Dinâmica de carbono e nitrogênio em um sistema agroflorestal sucessional na região neotropical

The present study aimed to assess the effect of fourteen years of implementation of a successional and biodiverse agroforestry system (AFS) in a degraded agricultural field located in the Cerrado region of Central Brazil on the carbon and nitrogen dynamics. To track short term soil N dynamics we sampled instantaneous soil N rates in four seasonal periods (wet-dry, dry, dry-wet, wet) and to track long term C and N dynamics we measured C and N stable isotopes in the plant-litter-soil system. As additional data we determined the aboveground biomass; resorption rates of foliar and, soil C and N stocks.  The measured aboveground biomass was 19.2 Mg C ha-1. The mean resorption rate of foliar N was 49.3%. C:N ratio was 20.4 ± 1.4 and 14.2 ± 0.32 in the litter layer and the topsoil, respectively. Soil N-NH4+ was predominant over N-NO3-. After 40 days, the cumulative N-N2O emission was 0.33 kg ha-1. The mean C and N stocks were 3.8 Mg N ha-1 and 43.6 Mg C ha-1, respectively. The averaged soil δ15N was 6.8‰. Soil δ13C was -20.3‰. After 14 years of implementation, approximately 40% of the total C in the topsoil (0-20 cm depth) was derived from the AFS biomass input, predominantly from the C3 photosynthetic pathway. The studied biodiverse AFS that replaced a degraded agricultural field in the Cerrado region showed to be responsive both in terms of soil and plant C and N pools and fluxes.O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito de quatorze anos de implementação de um sistema agroflorestal (SAF) sucessional e biodiverso em uma área agrícola degradada localizada na região de Cerrado do Brasil Central sobre a dinâmica de carbono e nitrogênio. Para verificar a dinâmica de N no curto prazo foram feitas medidas das taxas de transformação de N no solo em quatro períodos sazonais (chuva-seca, seca, seca-chuva e chuva) e para determinar a dinâmica de C e N no longo prazo foram analisadas as razões isotópicas de C e N no sistema planta-serapilheira-solo. Além disso, os seguintes parâmetros foram medidos: biomassa acima do solo, taxas de retranslocação de N foliar, e estoques de C e N no solo. A biomassa acima do solo foi de 19,2 Mg C ha-1. A taxa média de reabsorção de N foliar foi de 49,3%. A relação C:N foi de 20,4 ± 1,4 e 14,2 ± 0,32 na camada de serapilheira e na camada superficial do solo, respectivamente. O N-NH4 + do solo foi predominante sobre o N-NO3-. Após 40 dias, a emissão cumulativa de N-N2O foi de 0,33 kg ha-1. Os estoques médios de C e N foram de 3,8 Mg N ha-1 e 43,6 Mg C ha-1, respectivamente. O valor médio de δ15N do solo foi de 6,8‰, enquanto o valor médio de δ13C no solo foi de -20,3‰. Após 14 anos de implementação, aproximadamente 40% do C total na camada superficial do solo (0-20 cm de profundidade) mostrou ser derivado da entrada de biomassa oriunda do SAF, que é predominantemente do tipo fotossintético C3. O SAF estudado, que substituiu um campo agrícola degradado na região do Cerrado, mostrou-se responsivo tanto em termos de estoques e fluxos de C e N do solo e da planta

Management of cover crops at flowering and physiological maturity and its effect on maize yield

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do manejo de plantas de cobertura na floração e na maturação fisiológica sobre a produtividade do milho cultivado em sucessão. O experimento, em delineamento de blocos ao acaso com parcelas subdivididas, foi realizado em Latossolo Vermelho, em sistema plantio direto, com nove espécies. Foram avaliados: produtividade de matéria seca; tempo de ciclagem dos resíduos vegetais; teores de N das plantas de cobertura; e produtividade de grãos e teores de N nas folhas do milho. As espécies Pennisetum glaucum, Mucuna aterrima, Cajanus cajan e Canavalia brasiliensis apresentaram as maiores produtividades de matéria seca na floração. Na maturação fisiológica, Sorghum bicolor, P. glaucum, C. brasiliensis, Crotalaria juncea e C. cajan apresentaram produtividades mais elevadas de fitomassa. Não houve efeito da época de corte e da interação planta de cobertura e época de corte sobre a produtividade do milho. As maiores produtividades de milho foram obtidos após cultivo de Urochloa ruziziensis, C. juncea, C. brasiliensis, C. cajan, P. glaucum e Raphanus sativus, e estão relacionadas ao maior acúmulo de matéria seca e ao menor tempo de ciclagem dos resíduos vegetais das plantas de cobertura.The objective of this work was to evaluate the effect of cover crop management at flowering and physiological maturity on maize yield cultivated in succession. The experiment, in a randomized complete block design in a split‑plot arrangement, was carried out on a Cerrado Oxisol under no‑tillage system, with nine species. The following were evaluated: dry matter yield; turnover time of plant residues; N contents in cover crop plants; and maize grain yield and N contents in leaves. The species Pennisetum glaucum, Mucuna aterrima, Cajanus cajan, and Canavalia brasiliensis showed the highest dry matter yields during flowering. In physiological maturity, Sorghum bicolor, P. glaucum, C. brasiliensis, Crotalaria juncea, and C. cajan showed higher phytomass contents. There was no effect of mowing time and of the interaction between cover crop species and mowing time on maize yields. The highest maize yields were obtained after planting of Urochloa ruziziensis, C. juncea, C. brasiliensis, C. cajan, P. glaucum, and Raphanus sativus, and are associated with the higher dry matter yield and lower turnover time of the plant residues of the cover crop species

Management of cover crops at flowering and physiological maturity and its effect on maize yield

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do manejo de plantas de cobertura na floração e na maturação fisiológica sobre a produtividade do milho cultivado em sucessão. O experimento, em delineamento de blocos ao acaso com parcelas subdivididas, foi realizado em Latossolo Vermelho, em sistema plantio direto, com nove espécies. Foram avaliados: produtividade de matéria seca; tempo de ciclagem dos resíduos vegetais; teores de N das plantas de cobertura; e produtividade de grãos e teores de N nas folhas do milho. As espécies Pennisetum glaucum, Mucuna aterrima, Cajanus cajan e Canavalia brasiliensis apresentaram as maiores produtividades de matéria seca na floração. Na maturação fisiológica, Sorghum bicolor, P. glaucum, C. brasiliensis, Crotalaria juncea e C. cajan apresentaram produtividades mais elevadas de fitomassa. Não houve efeito da época de corte e da interação planta de cobertura e época de corte sobre a produtividade do milho. As maiores produtividades de milho foram obtidos após cultivo de Urochloa ruziziensis, C. juncea, C. brasiliensis, C. cajan, P. glaucum e Raphanus sativus, e estão relacionadas ao maior acúmulo de matéria seca e ao menor tempo de ciclagem dos resíduos vegetais das plantas de cobertura.The objective of this work was to evaluate the effect of cover crop management at flowering and physiological maturity on maize yield cultivated in succession. The experiment, in a randomized complete block design in a split-plot arrangement, was carried out on a Cerrado Oxisol under no-tillage system, with nine species. The following were evaluated: dry matter yield; turnover time of plant residues; N contents in cover crop plants; and maize grain yield and N contents in leaves. The species Pennisetum glaucum, Mucuna aterrima, Cajanus cajan, and Canavalia brasiliensis showed the highest dry matter yields during flowering. In physiological maturity, Sorghum bicolor, P. glaucum, C. brasiliensis, Crotalaria juncea, and C. cajan showed higher phytomass contents. There was no effect of mowing time and of the interaction between cover crop species and mowing time on maize yields. The highest maize yields were obtained after planting of Urochloa ruziziensis, C. juncea, C. brasiliensis, C. cajan, P. glaucum, and Raphanus sativus, and are associated with the higher dry matter yield and lower turnover time of the plant residues of the cover crop species

Óxidos de nitrogênio e CO2 de Latossolo cultivado com milho em sucessão a plantas de cobertura

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de duas leguminosas (Crotalaria juncea e Mucuna pruriens), usadas como plantas de cobertura, e de vegetação espontânea, como tratamento-controle, sobre as emissões de NOx, N2O e CO2 de um Latossolo Vermelho cultivado com milho, em sistemas convencional e de plantio direto, na região do Cerrado, no Brasil Central. As variações dos fluxos de CO2 no solo foram explicadas principalmente pela umidade do solo e, nas leguminosas, sob sistema convencional, pela concentração de N-NH4+. Parcelas com leguminosas em sistema plantio direto mostraram maiores emissões anuais de CO2, NOx e N2O do que a vegetação espontânea. Os resultados mostram que o uso de leguminosas como plantas de cobertura favorece as emissões de N-NOx + N-N2O e C-CO2. Entretanto, ao se considerar o potencial de mitigação de emissões de CO2 e de óxidos de nitrogênio oriundas do solo, é importante avaliar as variações nos estoques de carbono e nitrogênio no solo.The objective of this work was to evaluate the effect of two legumes (Crotalaria juncea and Mucuna pruriens), as cover crops, and of natural fallow, as a control treatment, on the emissions of NOx, N2O, and CO2 from an Oxisol cultivated with corn, under conventional and no-tillage systems, in the Cerrado region, in Central Brazil. Variations of CO2 fluxes in the soil were explained mainly by soil humidity and, in the legumes, under conventional system, by soil NH4+-N concentration. Plots with legumes under no-tillage system had higher annual emissions of CO2, NOx, and N2O than natural fallow. Results show that the use of legumes as cover crops favors the emissions of NOx-N + N2O-N and CO2-C. However, when considering the potential for mitigation of CO2 and nitrogen oxide emissions from the soil, it is important to evaluate changes in soil carbon and nitrogen stocks

Caracterização de plantas de cobertura por RMN : impactos nos teores de carbono, nitrogênio e fósforo sob sistemas de manejo

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da composição química de plantas de cobertura por RMN de 13C CPMAS no estado sólido sobre os estoques de C e N, bem como, razões C/N e C/P em Latossolo Vermelho-Amarelo sob preparo convencional e sistema plantio direto. Amostras de tecidos das plantas de cobertura Crotalaria juncea, Canavalia brasiliensis, Mucuna pruriens, e Raphanus sativus foram analisadas por RMN de 13C CPMAS no estado sólido. Amostras de solo para caracterização dos teores de C, N e P foram coletadas em duas épocas e nas camadas de 0-5 e 5-10 cm. A espécie Mucuna pruriens apresentou maiores concentrações de carbono do grupo de compostos aromáticos no tecido vegetal, refletindo uma menor decomposição desse material lignificado. Os estoques de carbono foram mais elevados na camada superficial no sistema plantio direto. Os incrementos da razão C/N no solo cultivado com Mucuna pruriens, na estação seca, resultaram da decomposição mais lenta dos resíduos vegetais que apresentaram maior concentração de compostos recalcitrantes (aromáticos) no tecido vegetal. A decomposição mais lenta do resíduo de Mucuna pruriens, principalmente, pela composição química com menor proporção de polissacarídeos em relação aos compostos aromáticos, também pode ter resultado nos valores de C/P mais elevados encontrados no solo cultivado com essa leguminosa. Os maiores valores de C/P na camada de 0-5 cm devem-se aos maiores teores de P (Mehlich-1) na camada de 5-10 cm (25 mg kg-1) e também à maior concentração de C na superfície do solo pelo acúmulo dos resíduos vegetais.The objective of this study was to investigate the chemical composition of cover crops by solid-state CPMAS 13C NMR spectroscopy and its effects on carbon, nitrogen and phosphorus in a Typic Acrustox. Cover crops (Crotalaria juncea, Canavalia brasiliensis, Cajanus cajan, Mucuna pruriens and Raphanus sativus) and natural fallow were studied in rotation with maize under conventional and no-tillage regimes. Tissues of Crotalaria juncea, Canavalia brasiliensis, Mucuna pruriens and Raphanus sativus were analyzed using CPMAS 13C NMR spectroscopy. Soil samples were collected at the end of the growing season of the cover crops (September 2002) and during the grain filling period in corn from 0-5 and 5-10 cm layers. Cajanus cajan presented the lowest content of polysaccharides and along with Mucuna pruriens presented the highest percentage of aromatic carbon compounds, reflecting the slow decomposition of highly lignified material. Carbon stocks were higher in the superficial soil layer and under no-tillage due to the accumulation and slower decomposition of plant tissues under these conditions. Increases in the C/N ratio of the soil with Mucuna pruriens and the C/P ratio with Cajanus cajan in the dry season were also related to slower rates of decomposition, caused by the large concentration of aromatic compounds in the tissues of these species. The higher C/P ratios found at 0-5 cm layer are due to higher values of P (Mehlich-1) at 5-10 cm (25 mg kg-1) layer and the higher concentration of carbon in the superficial soil layer as a result of the accumulation of plant residues

Soil microbiological properties and available nitrogen for corn in monoculture and intercropped with forage

Abstract -The objective of this work was to evaluate the effects of corn (Zea mays) in monoculture and intercropped with forage on soil microbiological properties and nitrogen availability under no-tillage in the Cerrado (Brazilian savanna). The experiment was carried out from the 2007/2008 to the 2010/2011 crop season, in a Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (Typic Haplustox). A randomized complete block design with three replicates was used, with the following treatments: corn in monoculture; corn intercropped with Panicum maximum; corn intercropped with Urochloa humidicola; P. maximum in monoculture; and U. humidicola in monoculture. Soil samples were taken at 0.00-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.20, and 0.20-0.30-m soil depths, in the begining and in the end of the last crop season. The intercropping systems of corn increased soil nitrogen availability, but did not alter total nitrogen and organic carbon contents in the soil, when compared to corn in monoculture. Corn intercropped with P. maximum increased soil microbial biomass nitrogen and microbial nitrogen quotient, in comparison to corn in monoculture, as well soil as microbial biomass carbon in the surface soil layer, when compared to corn intercropped with U. humidicola. Index terms: Panicum maximum, Urochloa humidicola, Zea mays, nitrogen microbial quotient, soil microbial biomass, soil quality. Propriedades microbiológicas do solo e disponibilidade de nitrogênio para milho em monocultura e em consórcio com forrageiras Resumo -O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de cultivos de milho (Zea mays) em monocultura e consorciado com forrageiras nas propriedades microbiológicas de solo e na disponibilidade de nitrogênio, em plantio direto, no Cerrado. O experimento foi realizado nas safras de 2007/2008 até 2010/2011, em Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições e os seguintes tratamentos: milho em monocultura; milho em consórcio com Panicum maximum; milho em consórcio com Urochloa humidicola; P. maximum em monocultura; e U. humidicola em monocultura. Amostras de solos foram retiradas nas profundidades de 0, 00-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, n

Propriedades microbiológicas do solo e disponibilidade de nitrogênio para milho em monocultura e em consórcio com forrageiras

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de cultivos de milho (Zea mays) em monocultura e consorciado com forrageiras nas propriedades microbiológicas de solo e na disponibilidade de nitrogênio, em plantio direto, no Cerrado. O experimento foi realizado nas safras de 2007/2008 até 2010/2011, em Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com três repetições e os seguintes tratamentos: milho em monocultura; milho em consórcio com Panicum maximum; milho em consórcio com Urochloa humidicola; P. maximum em monocultura; e U. humidicola em monocultura. Amostras de solos foram retiradas nas profundidades de 0,00-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, no início e no final da última safra. Os cultivos consorciados de milho aumentaram o nitrogênio disponível no solo, mas não alteraram os conteúdos totais de nitrogênio e carbono orgânico, quando comparado ao cultivo do milho em monocultura. O consórcio de milho com P. maximum aumentou o nitrogênio da biomassa microbiana e o quociente microbiano de nitrogênio no solo, em comparação ao milho em monocultura, bem como o carbono da biomassa microbiana, na camada superficial do solo, quando comparado ao consórcio com U. humidicola.The objective of this work was to evaluate the effects of corn (Zea mays) in monoculture and intercropped with forage on soil microbiological properties and nitrogen availability under no-tillage in the Cerrado (Brazilian savanna). The experiment was carried out from the 2007/2008 to the 2010/2011 crop season, in a Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (Typic Haplustox). A randomized complete block design with three replicates was used, with the following treatments: corn in monoculture; corn intercropped with Panicum maximum; corn intercropped with Urochloa humidicola; P. maximum in monoculture; and U. humidicola in monoculture. Soil samples were taken at 0.00-0.05, 0.05-0.10, 0.10-0.20, and 0.20-0.30-m soil depths, in the begining and in the end of the last crop season. The intercropping systems of corn increased soil nitrogen availability, but did not alter total nitrogen and organic carbon contents in the soil, when compared to corn in monoculture. Corn intercropped with P. maximum increased soil microbial biomass nitrogen and microbial nitrogen quotient, in comparison to corn in monoculture, as well soil as microbial biomass carbon in the surface soil layer, when compared to corn intercropped with U. humidicola

Dinâmica de atributos microbiológicos do solo em sistemas integrados de produção, pastagem contínua e cerrado nativo

O objetivo deste trabalho foi avaliar a dinâmica de atributos microbiológicos do solo em sistemas integrados de produção, em pastagem contínua e em cerrado nativo. O estudo foi conduzido em área de transição de lavoura para pecuária. Quatro áreas com diferentes usos da terra foram avaliadas: sistema de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), cultivado com renques de Eucalyptus urograndis, com espaçamento de 2x2 m entre plantas e 22 m entre renques; sistema de integração lavoura-pecuária (ILP); além de duas áreas adjacentes de cerrado nativo e pastagem contínua, usadas como referência. Para a avaliação dos atributos microbiológicos, amostras de solos foram retiradas das camadas de 0,00-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, em fevereiro de 2012 e fevereiro de 2014 (estação chuvosa), e em julho de 2012 e setembro de 2013 (estação seca). No geral, o solo sob cerrado apresentou os maiores níveis de carbono da biomassa microbiana (CBM), enquanto sob ILPF apresentou os menores. A ILP aumentou o CBM e o coeficiente microbiano nas camadas mais profundas, após dois anos de estabelecimento. A respiração basal, o nitrogênio da biomassa microbiana e o CBM são os atributos microbiológicos mais adequados para diferenciar os sistemas avaliados.The objective of this work was to evaluate the dynamics of soil microbiological attributes under integrated production systems, continuous pasture, and native cerrado. The study was conducted in a transition area from crop to livestock. Four areas with different land uses were evaluated: an integrated crop-livestock-forestry system (ICLFS), cultivated with Eucalyptus urograndis alley cropping, spaced 2x2 m between plants and 22 m between alleys; an integrated crop-livestock system (ICLS); besides two adjacent areas of native cerrado and continuous pasture, used as a reference. For the assessment of microbiological attributes, soil samples were taken in the 0.00-0.10, 0.10-0.20, and 0.20-0.30-m layers, in February 2012 and February 2014 (rainy season), and in July 2012 and September 2013 (dry season). In general, soil under native cerrado had the highest microbial biomass carbon (MBC) levels, while under the ICLFS it had the lowest ones. The ICLS increased MBC and microbial coefficient in the deeper soil layers, after two years of establishment. Basal respiration, microbial biomass nitrogen, and MBC are the soil microbiological attributes better able to differentiate the evaluated systems

Nitrogen doses and its effect on microbial soil quality indicators of barley crop

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2006.O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de doses de nitrogênio mineral, no nitrogênio (NBMS) e carbono (CBMS) da biomassa microbiana do solo em diferentes profundidades, em um Latossolo Vermelho Amarelo cultivado com cevada. O experimento foi instalado em junho de 2004, em área experimental da Embrapa Cerrados no Distrito Federal, a qual foi anteriormente cultivada com milheto por três anos e posteriormente com soja por duas safras. Estabeleceu-se, pela primeira vez neste estudo, o sistema de plantio direto, empreendendo os seguintes tratamentos: quatro doses de nitrogênio (30, 60, 90 e 120 Kg N/ha) e o controle sem adubação nitrogenada. As amostras de solo foram coletadas em quatro profundidades: 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm e em três épocas: perfilhamento, floração e logo após a colheita. O CBMS foi avaliado pelo método da fumigação-extração. Em geral, o CBMS diminuiu com a profundidade, com exceção do tratamento sem adubação nitrogenada. Em doses mais elevadas, em geral, houve diminuição do CBMS e da razão CBMS:CORG com a aplicação de nitrogênio, principalmente nas camadas mais profundas do solo. Em geral, a adubação nitrogenada aumentou o qCO2 e a atividade respiratória microbiana, principalmente nas doses entre 60 e 90 Kg N/ha. Correlações negativas entre a razão CBMS:CORG, e o pH do solo foram observadas apenas na dose de 120 Kg Nha. O NBMS e a razão NBMS:NTOTAL diminuíram com a profundidade. Em geral, doses mais elevadas de nitrogênio não aumentaram o NBMS. O NTOTAL não foi alterado nas diferentes doses de nitrogênio, mas diminuiu com a profundidade. Houve correlação negativa entre o NBMS e o pH do solo em todas as doses de nitrogênio, com exceção da dose zero. Houve também, correlação positiva entre a razão NBMS:NTOTAL e o NBMS, porém não entre a razão NBMS:NTOTAL e o NTOTAL. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe objective of this study was to evaluate the effect of different nitrogen doses and soil depths on microbial biomass carbon and nitrogen in a sandy textured Oxisol, cultivated with barley. The experiment was installed in June, 2004, in an area located at Embrapa Cerrados, Federal District, which had been cultivated with millet for three years and subsequently with soya beans for two seasons. A first year no-till system was established in this experiment. The treatments were four doses of nitrogen (30, 60, 90 e 120 Kg N/ha) and a control without it. Soil samples were collected in four depths: 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm, with three replicates and in three sampling periods: tillering, flowering and right after the harvest. The CSMB was analyzed through the fumigation-extraction method. As a whole, the CSMB decreased with depth, except for the treatment were nitrogen was not added. The CSMB and CSMB:CORG decreased with higher doses of nitrogen, especially in the deeper layers of the soil. Nitrogen fertilization increased the metabolic quotient and microbial activity, especially in the doses of 60 e 90 Kg N/ha. For the treatment of 120 Kg N/ha, there was negative correlations between the CSMB:CORG and soil pH. The NSMB and NSMB:NTOTAL decreased with depth. As a whole, higher doses of nitrogen didn’t increase the NSMB. The NTOTAL wasn’t altered with the application of nitrogen, but it decreased with depth. There were negative correlations between the NSMB and soil pH for all the doses, with an exception for the treatment without nitrogen. There were also positive correlations between the NSMB:NTOTAL and NSMB, but not between NSMB:NTOTAL and NTOTAL