The S Index and its relationship with soil characteristics and eucalyptus productivity

A grande importância econômica, social e ambiental da cultura do eucalipto tem levado à utilização de modelos de crescimento com base processual, com destaque para o 3-PG, para a determinação da capacidade produtiva do sítio florestal. Esse modelo, contudo, necessita ser dotado de resolução em nível de solo de modo que possa se constituir em ferramenta efetiva para o manejo florestal. Para isso, acredita-se que o desenvolvimento de um modulador pedológico capaz de refletir os fluxos de ar, água e nutrientes, e sua utilização nesse modelo seja estratégia adequada. Nesse contexto, para avaliar a qualidade física do solo, foi proposto o Índice S , caracterizado pela inclinação da curva de retenção de água do solo no seu ponto de inflexão, que necessita ser avaliado para solos cultivados com eucalipto. O objetivo deste trabalho foi determinar o Índice S , avaliar sua relação com características físicas de solos e com a produtividade de eucalipto, visando sua utilização para representar a qualidade física em modulador pedológico a ser utilizado no 3-PG. Para tanto, foram obtidas as curvas de retenção de água conforme o modelo de van Genuchten em amostras de Latossolos (LA, LVA e LV), Cambissolos Háplicos (CX) e Neossolos Flúvicos (RY) da região do Vale do Rio Doce MG, o Índice S foi determinado e correlacionado com a densidade do solo, a porosidade total, a macroporosidade, a microporosidade, a relação macroporosidade/microporosidade, e com os teores de argila, de silte mais argila e de matéria orgânica. O relacionamento do Índice S com a produtividade de eucalipto (incremento médio anual, IMA7) e com a razão de produtividades (IMA7/IMAp, sendo IMAp a produtividade potencial, estimada pelo 3-PG, foi feito pelo método da Linha de Fronteira. O Índice S relacionou-se com características físicas que refletem o sistema poroso do solo e com o teor de matéria orgânica, mostrando-se capaz de representar a qualidade física de solos cultivados com eucalipto e, assim, útil para integrar modulador pedológico a ser usado em modelos de crescimento com base processual, como o 3-PG. Foram obtidas faixas de valores de S associadas a classes descritivas da qualidade física do solo para o eucalipto. Em torno de 80 % dos solos cultivados com eucalipto na região do Vale do Rio Doce MG apresentam boa qualidade física.The great economic, social and environmental importance of eucalyptus has led to the use of process-based growth models, especially the 3-PG model, to determine the productive capacity of the forest site. This model, however, needs to be provided with resolution at the soil level so that it may be an effective tool for forest management. For this, it is believed that the development of a pedological modulator capable of reflecting flows of air, water and nutrients, and their use in this model is an appropriate strategy. Thus, to evaluate the physical quality of soil an S index has been proposed, characterized by the slope of the soil water retention curve at its point of inflection, which requires evaluation in the soils cultivated with eucalyptus. The objective of this study was to determine the S index to assess its relationship with physical characteristics of the soil and eucalyptus productivity, for their use to represent physical quality in the pedological modulator to be used in the 3-PG model. For this purpose, the water retention curves were obtained in accordance with the van Genuchten model in Oxisols, Inceptsols and Fluvents samples from the Vale do Rio Doce, MG, Brazil; the "S" index was determined and correlated with bulk density, total porosity, macroporosity, microporosity, the macroporosity/microporosity ratio, and levels of clay, silt plus clay and organic matter. The relationship of the "S" index with eucalyptus productivity (mean annual increment, MAI7) and the ratio of yields (MAI7/MAIp, where MAIp is the potential yield, estimated by 3-PG model), was made by the Boundary Line method . The "S" index was related to the soil physical characteristics that reflect the porous system and the organic matter content, being able to represent the physical quality of soils cultivated with eucalyptus and thus useful for integrating a pedological modulator to be used in process-based growth models, such as the 3-PG model. Ranges of "S" values associated with soil physical quality class for eucalyptus are proposed. Approximately 80% of the soils cultivated with eucalyptus in the Vale do Rio Doce - MG present good physical quality.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Pedogenesis of Spodosols under environments of the Barreiras formation and sandbank on southern Bahia

Em áreas do Barreiras e de restinga do sul da Bahia é comum a ocorrência de Espodossolos muito diferenciados morfologicamente. No domínio dos sedimentos da Formação Barreiras dessa região é comum a observação de um ambiente edafologicamente diferenciado, localmente chamado de muçununga , o qual ocorre em áreas deprimidas dos Tabuleiros Costeiros, e que alagam no período chuvoso. Nessas muçunungas observam-se Espodossolos com horizonte E (muçunungas brancas) e sem este horizonte (muçunungas pretas) que apresentam características diferenciadas entre si e em relação àqueles encontrados na restinga. Em razão da pequena quantidade de trabalhos realizados sobre os Espodossolos do Brasil existe a necessidade de conhecer suas características físico-químicas para melhor compreensão de sua gênese nestes ambientes. Assim, com o objetivo de caracterizar química, física e mineralogicamente e avaliar as possíveis diferenças nos processos de formação dos Espodossolos do Barreiras e da restinga no extremo sul da Bahia, foram descritos e coletados oito perfis de solos com materiais espódicos e realizadas análises químicas como extrações seletivas de ferro e alumínio pelo ditionito-citrato-bicarbonato de sódio (DCB), oxalato de amônio e pirofosfato de sódio, caracterização e fracionamento da matéria orgânica e extração de ácidos orgânicos de baixa massa molecular, mineralógicas, através da difratometria de raios-x nas frações argila, silte e areia dos horizontes espódicos dos solos estudados, e física para caracterização textural. Foi feita, também na fração areia grossa, a análise de visualização e obtenção de fotografias por microscopia ótica. No ambiente Barreiras, os Espodossolos apresentaram fragipã abaixo dos horizontes espódicos. As muçunungas brancas apresentaram horizonte B espódico cimentado, enquanto as pretas possuem estrutura pequena granular e coloração escura desde a superfície. Os solos apresentam textura arenosa e aumento dos teores de argila nos horizontes espódicos. São solos ácidos, distróficos e álicos. A CTC, dominada por H + Al, é representada basicamente pela matéria orgânica. Os resultados obtidos pelo ataque sulfúrico à TFSA mostram teores de sílica relativamente mais elevados nos fragipãs dos perfis e baixos teores de Fe e Al sugerindo destruição de argila dos Argissolos Amarelos coesos que ocorrem circundando os Espodossolos em áreas do Barreiras. Os solos apresentam acúmulo de matéria orgânica, principalmente ácidos fúlvicos e ácidos húmicos, e óxidos de Al e Fe nos horizontes B espódicos. A participação do Al é mais marcante em relação ao Fe no processo de podzolização, bem como a de formas mal cristalizadas em relação àquelas de melhor cristalinidade. Assim, A coloração parda e escura verificada nesses solos parece estar mais relacionada aos compostos orgânicos do que aos óxidos de ferro. Na análise de determinação de ácidos orgânicos de baixa massa molecular constatou-se a ocorrência dos ácidos acético, butírico, succínico, málico, malônico, tartárico, oxálico e cítrico, sendo o acético, butírico e succínico os de valores mais expressivos, que podem estar contribuindo para o processo de formação dos Espodossolos ao promover, junto à outros materiais orgânicos, a solubilização e translocação de íons ao longo do perfil, favorecendo o acúmulo de complexos organometálicos em profundidade e, assim, a formação e o desenvolvimento dos horizontes B espódicos. Os principais componentes da fase mineral da fração argila dos horizontes espódicos são os minerais caulinita e, possivelmente, vermiculita com hidróxi entre camadas (VHE), este último em quantidades muito pequenas. Quartzo, mica e traços de caulinita foram observados na fração silte e apenas quartzo na fração areia. Foram constatadas diferenças químicas, físicas, morfológicas e mineralógicas entre os Espodossolos da Formação Barreiras e os da restinga. As muçunungas pretas e brancas apresentaram apenas diferenças morfológicas e químicas entre si.In areas of the Barreiras and sandbank on southern Bahia, the occurrence of Spodosols that are much differentiated morphologically is common. In the sediment domains of the Barreiras formation in this region, it is common to observe an edaphologically differentiate environment and locally co-called "muçununga" which occurs in depressed areas of the Tabuleiros Costeiros and flood in the rainy season. In those muçunungas, one may observe the Spodosols with horizon E (white muçunungas) and without this horizon (black muçunungas), that show characteristics differing among each other and in relation to those found in the sandbank. Because the shortage of studies on Spodosols in Brazil, there is a need for knowing their physiochemical characteristics in order to get a better understanding of its genesis in those environments. So, this study was carried out to accomplish the chemical, physical and mineralogical characterization of those soils and to evaluate the possible differences in the Spodosol formation processes of both Barreiras and sandbank on extreme southern Bahia. Eight soil profiles with spodic materials were described and collected. Then, the following procedures were performed under laboratory conditions: selective extractions of either iron and aluminum by sodium dithionite-citrate-bicarbonate (DCB) and the ammonium oxalate and sodium pyrophosphate, characterization and fractioning of the organic matter and extraction of the low molecular weight organic acids, mineralogical by x-ray diffractometry in the clay, silt and sand fractions of the spodic horizons in the soils under study, and physical analyses for textural characterization. The analysis for visualization and obtainment of the photographs by optical microscopy were also performed in the coarse sand fraction. In Barreiras environment, the Spodosols showed fragipan below the spodic horizons. The white muçunungas showed a cemented spodic B horizon, whereas the black ones show small granular structure with dark coloration from the surface. Besides presenting sandy texture and increased clay contents in the spodic horizons, those are acid, distrophic and alic soils. So-called H + Al, the CTC is basically represented by the organic matter. The results obtained by the sulfuric attack to TFSA show relatively higher silica contents in the fragipans of the profiles, but low Fe and Al contents, so suggesting destructed clay in the cohesive Yellow Ultisols that occur surrounding the Spodosols in Barreiras areas. The soils show accumulation of organic matter, mainly both fulvic and humic acids and the Al and Fe oxides in the spodic B horizons B. The participation of Al is more accentuated in relation to Fe in the podzolization process, as well as that of the poorly crystallized forms in relation to those with better crystallinity. So, the brown and dark coloration found in those soils seems to be more related to the organic compounds than to the iron oxides. In the analysis for determination of the organic acids with low molecular weight, the occurrence of the acids (acetic, butyric, succinic, malic, malonic, tartaric, and oxalic) were verified, and the acetic, butyric and succinic acids showed the more expressive values, therefore they are probably contributing to the Spodosol formation process, when together with other organic materials they promote the solubilization and translocation of the ions along the profile, therefore favoring the accumulation of the organometallic complexes as a function of depth, consequently the formation and development of the spodic B horizons. The main components at the mineral phase of the clay fraction in the spodic horizons are the minerals caulinite and probably the vermiculite with inter layers hydroxy (VHE), as being the last one at very low amounts. Quartz, mica and caulinite traces were observed in the silt fraction, but only quartz in the sand fraction. Chemical physical, morphological and mineralogical differences were found in the Spodosols of both Barreiras Formation and sandbank. The white and black muçunungas showed only morphologic and chemical differences among each other.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

EVALUATING THE INFLUENCE OF SOIL AND SOCIOECONOMIC FACTORS ON AGRICULTURAL EFFICIENCY

Background: Given the importance of the agricultural activity for the economic development of the state of Rio de Janeiro, Brazil, in this paper we assess the effect of the environmental parameters related to soils and socioeconomic factors on the performance of the municipalities. Objective: To identify factors that influence on agricultural production performance, as well as the directions of such influences (positive or negative). Methodology: A two-stage Data Envelopment Analysis (DEA) was chosen for this analysis. The performance scores are computed considering land, labor, and capital (or technology) as inputs, and the value of crops and of livestock production as outputs. Results: The average efficiency was 0.5509 and 12 municipalities out of the 89 assessed were 100% efficient. A high level of susceptibility to erosion significantly and negatively influences the efficiency scores. The suitability of land for agriculture and for livestock are positively associated with performance. The presence of family-based farmers favors the agricultural performance of the assessed municipalities. Implications: These results may support public policies related to land use and soil governance. Conclusions: The proposed two-stage DEA approach was useful to assess the influence of factors related to soils and socioeconomic indicators on the agricultural performance of the municipalities in the state of Rio de Janeiro

Litter Matters: The Importance of Decomposition Products for Soil Bacterial Diversity and abundance of key groups of the N cycle in Tropical Areas

This study investigated the contribution of soil organic layers to bacterial diversity evaluations. We used a forest in the eastern Amazon and an adjacent pasture as model systems. Distinct organic and organo-mineral layers were identified in the forest and pasture floors, including the litter, partially and wholly decomposed organic material, and the mineral and rhizospheric soils. DNA was extracted, and 16S rRNA gene sequencing and qPCR were performed to assess bacterial community structure and the abundance of critical groups of the N cycle. We observed a clear vertical gradient in bacterial community composition. Species followed a log-normal distribution, with the highest richness and diversity observed in transitional organic layers of both land uses. Generally, critical groups of the N cycle were more abundant in these transitional layers, especially in the pasture’s fragmented litter and in the forest’s partially decomposed organic material. Considering the organic layers increased diversity estimates significantly, with the highest alpha and gamma bacterial diversity observed on the pasture floor and the highest beta diversity on the forest floor. The results show that organic layers harbor significant bacterial diversity in natural and anthropized systems and suggest that they can be crucial for maintaining the N cycle in these ecosystems, highlighting the need to consider them when studying soil bacterial diversity.This is a pre-print of the article Diniz, Priscila Pereira, Beatriz Maria Ferrari Borges, Aline Pacobahyba de Oliveira, Mauricio Rizzato Coelho, Osnar Obede da Silva Aragao, Thiago Goncalves Ribeiro, Fernando Igne Rocha et al. "Litter Matters: The Importance of Decomposition Products for Soil Bacterial Diversity and abundance of key groups of the N cycle in Tropical Areas." bioRxiv (2023): 2023-03. DOI: 10.1101/2023.03.03.530969. Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0). Copyright 2023 The copyright holder for this preprint is the author/funder, who has granted bioRxiv a license to display the preprint in perpetuity. Posted with permission

Spodosols pedogenesis under barreiras formation and sandbank environments in the south of Bahia Pedogênese de espodossolos em ambientes da formação barreiras e de restinga do sul da Bahia

Morphologically differentiated Spodosols usually occur in the Coastal Plain of the South of Bahia and North of Espírito Santo. They are found in profiles known as "muçungas", i.e. sandy soils that accumulate water. In these areas, two kinds of Spodosols, different from those in the Restinga area, can be found: Spodosols with E albic horizon (white muçunungas) and without this horizon (black muçunungas). Eight soil profiles with spodic characteristics were collected and described in order to evaluate differences in the formation process of Barreiras and Restinga Spodosols in the South of Bahia. The soil profiles were also characterized chemically, physically and mineralogically. Additionally, texture and chemical analysis, Fe and Al extraction by sodium dithionite-citrate-bicarbonate (DBC), acid ammonium oxalate and sodium pyrophosphate, ammonium oxalate extract optic density (DOox), sulphuric acid attack, and X ray difractometry of the clay fraction were performed. In the Spodosols of the Barreiras area, fragipan was found the spodic layers. Cemented B spodic horizon were observed in the white muçunungas, and granular structure and dark color from the surface in the black muçunungas. There was no fragipan or hard spodic horizon in the Restinga Spodosol. This soil is acid, dystrophic and alic, with sandy texture and high clay percentages in the spodic horizons. The CEC, based on H + Al, is predominantly represented by the organic matter. The most representative components of the mineral phase of the clay fraction are kaolinite and possibly vermiculite traces with interlayered hydroxy. Chemical, physical, morphological and mineralogical differences were observed between the Barreiras and Restinga environments. The black and white muçunungas differ in morphologic and chemical properties only.<br>Nos domínios dos Tabuleiros Costeiros do sul da Bahia e norte do Espírito Santo é comum a ocorrência de Espodossolos morfologicamente diferenciados, que ocorrem em depressões popularmente conhecidas como muçunungas - terras arenosas que acumulam água. Nessas áreas, observam-se Espodossolos com horizonte E álbico (muçunungas brancas) e sem este horizonte (muçunungas pretas), que apresentam características diferenciadas entre si e em relação àqueles encontrados em áreas de Restinga. Com o objetivo de avaliar as possíveis diferenças nos processos de formação dos Espodossolos da Formação Barreiras e da Restinga no sul da Bahia e caracterizá-los química, física e mineralogicamente, foram descritos e coletados oito perfis de solos com materiais espódicos e realizadas análises textural, químicas de rotina, extração de Fe e Al pelo ditionito-citrato-bicarbonato de sódio (DCB), oxalato ácido de amônio e pirofosfato de sódio, densidade ótica do extrato do oxalato de amônio (DOox), ataque sulfúrico e difratometria de raios-x das frações areia, silte e argila. No ambiente Barreiras, os Espodossolos apresentam fragipã abaixo dos horizontes espódicos. As muçunungas brancas apresentam horizonte B espódico cimentado, enquanto as pretas possuem estrutura pequena granular e coloração escura desde a superfície. No Espodossolo de restinga não se observou horizonte espódico endurecido nem fragipã. Os solos apresentam textura arenosa e aumento dos teores de argila nos horizontes espódicos. São solos ácidos, distróficos e álicos. A CTC, dominada por H + Al, é quase exclusivamente representada pela matéria orgânica. Os principais componentes da fase mineral da fração argila dos horizontes espódicos são caulinita e, possivelmente, traços de vermiculita com hidroxi entre camadas (VHE). Foram constatadas diferenças químicas, físicas, morfológicas e mineralógicas entre os Espodossolos da Formação Barreiras e os da Restinga. As muçunungas pretas e brancas apresentaram apenas diferenças morfológicas e químicas entre si