Soil fertility, organic carbon and fractions of the organic matter at different distances from eucalyptus stumps

Knowledge on variations in vertical, horizontal and temporal characteristics of the soil chemical properties under eucalyptus stumps left in the soil is of fundamental importance for the management of subsequent crops. The objective of this work was to evaluate the effect of eucalyptus stumps (ES) left after cutting on the spatial variability of chemical characteristics in a dystrophic Yellow Argisol in the eastern coastal plain region of Brazil. For this purpose, ES left for 31 and 54 months were selected in two experimental areas with similar characteristics, to assess the decomposition effects of the stumps on soil chemical attributes. Soil samples were collected directly around these ES, and at distances of 30, 60, 90, 120 and 150 cm away from them, in the layers 0-10, 10-20 and 20-40 cm along the row of ES, which is in-between the rows of eucalyptus trees of a new plantation, grown at a spacing of 3 x 3 m. The soil was sampled in five replications in plots of 900 m² each and the samples analyzed for pH, available P and K (Mehlich-1), exchangeable Al, Ca and Mg, total organic carbon (TOC) and C content in humic substances (HS) and in the free light fraction. The pH values and P, K, Ca2+, Mg2+ and Al3+ contents varied between the soil layers with increasing distance from the 31 and 54-monthold stumps. The highest pH, P, K, Ca2+ and Mg2+ values and the lowest Al3+ content were found in the surface soil layer. The TOC of the various fractions of soil organic matter decreased with increasing distance from the 31 and 54-month-old ES in the 0-10 and 10-20 cm layers, indicating that the root (and stump) cycling and rhizodeposition contribute to maintain soil organic matter. The C contents of the free light fraction, of the HS and TOC fractions were higher in the topsoil layer under the ES left for 31 months due to the higher clay levels of this layer, than in those found under the 54-month-old stumps. However, highest C levels of the different fractions of soil organic matter in the topsoil layer reflect the deposition and maintenance of forest residues on the soil surface, mainly after forest harvest.

Spatial and temporal variability of crop yield and some Rhodic Hapludox properties under no-tillage

Soil properties are closely related with crop production and spite of the measures implemented, spatial variation has been repeatedly observed and described. Identifying and describing spatial variations of soil properties and their effects on crop yield can be a powerful decision-making tool in specific land management systems. The objective of this research was to characterize the spatial and temporal variations in crop yield and chemical and physical properties of a Rhodic Hapludox soil under no-tillage. The studied area of 3.42 ha had been cultivated since 1985 under no-tillage crop rotation in summer and winter. Yield and soil property were sampled in a regular 10 x 10 m grid, with 302 sample points. Yields of several crops were analyzed (soybean, maize, triticale, hyacinth bean and castor bean) as well as soil chemical (pH, Soil Organic Matter (SOM), P, Ca2+, Mg2+, H + Al, B, Fe, Mn, Zn, CEC, sum of bases (SB), and base saturation (V %)) and soil physical properties (saturated hydraulic conductivity, texture, density, total porosity, and mechanical penetration resistance). Data were analyzed using geostatistical analysis procedures and maps based on interpolation by kriging. Great variation in crop yields was observed in the years evaluated. The yield values in the Northern region of the study area were high in some years. Crop yields and some physical and soil chemical properties were spatially correlated.

Temporal variability of soil water content under different surface conditions in the semiarid region of the Pernambuco state

Rainfall in the semiarid region of Pernambuco is characterized by irregular distribution in time and space, which significantly hinders the rainfed agriculture in the region. This work aims to evaluate the temporal profile of soil moisture in the semiarid region of the Pernambuco State (Brazil) and the effect of different soil surface conditions on soil water content variation and the yield of rainfed beans. To monitor soil water content, five plots 4.5 m wide by 11 m long were installed in a Yellow Argisol (Ultisol). The following treatments were adopted in the experimental plots: natural vegetation, bean intercropped with cactus, beans planted down the slope, beans planted along contour lines with mulch and rock barriers, and bare soil. In each plot, eight PVC access tubes were installed for monitoring the soil water content profile at depths of 0.20 and 0.40 m using a neutron probe device. The surface condition significantly influenced the soil water content variation, both in the dry and rainy seasons. The use of mulch, associated with rock barriers, provided higher soil water content levels than the other treatments and increased the rainfed beans production.

Estabilidade temporal do conteúdo de água em três condições de uso do solo, em uma bacia hidrográfica da região da Serra da Mantiqueira, MG

A descrição de processos hidrológicos é relativamente complexa, principalmente da variação do conteúdo de água no solo, devido à influência de fatores edáficos, topográficos, climáticos e de vegetação. Em condições de campo, a estimativa do conteúdo de água no solo requer um plano de amostragem adequado, considerando as variações no tempo e no espaço. Visando representar adequadamente o conteúdo de água no solo com reduzido esforço amostral e custo, o conceito de estabilidade temporal tem sido muitas vezes empregado. Este estudo foi realizado com o objetivo de analisar a estabilidade temporal do conteúdo de água na camada superficial do solo (0-0,20 m de profundidade), sob diferentes usos do solo, em uma bacia hidrográfica experimental da região da Serra da Mantiqueira, Minas Gerais, nos períodos de estiagem e chuvoso, estimando os pontos mais representativos para essa determinação. Houve maior estabilidade temporal do conteúdo de água no solo na área de vegetação de várzea, menor na área ocupada por Mata Atlântica e intermediária na área de pastagem. Ocorreram, também, variações significativas da diferença relativa média entre os períodos de medição, concluindo-se que as características de cada área devem ser consideradas particularmente para escolha dos pontos. Na área de pastagem, foi possível identificar apenas um ponto para monitoramento tanto para o período chuvoso como para o de estiagem. Por outro lado, nas áreas de Mata Atlântica e vegetação de várzea foram identificados dois pontos, sendo um especificamente para o período chuvoso e outro para o período de estiagem, sendo recomendada uma análise individual específica para cada estação.

Decomposition and nutrient release of leguminous plants in coffee agroforestry systems

Leguminous plants used as green manure are an important nutrient source for coffee plantations, especially for soils with low nutrient levels. Field experiments were conducted in the Zona da Mata of Minas Gerais State, Brazil to evaluate the decomposition and nutrient release rates of four leguminous species used as green manures (Arachis pintoi, Calopogonium mucunoides, Stizolobium aterrimum and Stylosanthes guianensis) in a coffee agroforestry system under two different climate conditions. The initial N contents in plant residues varied from 25.7 to 37.0 g kg-1 and P from 2.4 to 3.0 g kg-1. The lignin/N, lignin/polyphenol and (lignin+polyphenol)/N ratios were low in all residues studied. Mass loss rates were highest in the first 15 days, when 25 % of the residues were decomposed. From 15 to 30 days, the decomposition rate decreased on both farms. On the farm in Pedra Dourada (PD), the decomposition constant k increased in the order C. mucunoides < S. aterrimum < S. guianensis < A. pintoi. On the farm in Araponga (ARA), there was no difference in the decomposition rate among leguminous plants. The N release rates varied from 0.0036 to 0.0096 d-1. Around 32 % of the total N content in the plant material was released in the first 15 days. In ARA, the N concentration in the S. aterrimum residues was always significantly higher than in the other residues. At the end of 360 days, the N released was 78 % in ARA and 89 % in PD of the initial content. Phosphorus was the most rapidly released nutrient (k values from 0.0165 to 0.0394 d-1). Residue decomposition and nutrient release did not correlate with initial residue chemistry and biochemistry, but differences in climatic conditions between the two study sites modified the decomposition rate constants.

Calibration of the century, apsim and ndicea models of decomposition and n mineralization of plant residues in the humid tropics

The aim of this study was to calibrate the CENTURY, APSIM and NDICEA simulation models for estimating decomposition and N mineralization rates of plant organic materials (Arachis pintoi, Calopogonium mucunoides, Stizolobium aterrimum, Stylosanthes guyanensis) for 360 days in the Atlantic rainforest bioma of Brazil. The models´ default settings overestimated the decomposition and N-mineralization of plant residues, underlining the fact that the models must be calibrated for use under tropical conditions. For example, the APSIM model simulated the decomposition of the Stizolobium aterrimum and Calopogonium mucunoides residues with an error rate of 37.62 and 48.23 %, respectively, by comparison with the observed data, and was the least accurate model in the absence of calibration. At the default settings, the NDICEA model produced an error rate of 10.46 and 14.46 % and the CENTURY model, 21.42 and 31.84 %, respectively, for Stizolobium aterrimum and Calopogonium mucunoides residue decomposition. After calibration, the models showed a high level of accuracy in estimating decomposition and N- mineralization, with an error rate of less than 20 %. The calibrated NDICEA model showed the highest level of accuracy, followed by the APSIM and CENTURY. All models performed poorly in the first few months of decomposition and N-mineralization, indicating the need of an additional parameter for initial microorganism growth on the residues that would take the effect of leaching due to rainfall into account.

Microbial biomass and soil fauna during the decomposition of cover crops in no-tillage system

The decomposition of plant residues is a biological process mediated by soil fauna, but few studies have been done evaluating its dynamics in time during the process of disappearance of straw. This study was carried out in Chapecó, in southern Brazil, with the objective of monitoring modifications in soil fauna populations and the C content in the soil microbial biomass (C SMB) during the decomposition of winter cover crop residues in a no-till system. The following treatments were tested: 1) Black oat straw (Avena strigosa Schreb.); 2) Rye straw (Secale cereale L.); 3) Common vetch straw (Vicia sativa L.). The cover crops were grown until full flowering and then cut mechanically with a rolling stalk chopper. The soil fauna and C content in soil microbial biomass (C SMB) were assessed during the period of straw decomposition, from October 2006 to February 2007. To evaluate C SMB by the irradiation-extraction method, soil samples from the 0-10 cm layer were used, collected on eight dates, from before until 100 days after residue chopping. The soil fauna was collected with pitfall traps on seven dates up to 85 days after residue chopping. The phytomass decomposition of common vetch was faster than of black oat and rye residues. The C SMB decreased during the process of straw decomposition, fastest in the treatment with common vetch. In the common vetch treatment, the diversity of the soil fauna was reduced at the end of the decomposition process.

Water retention in a peatland with organic matter in different decomposition stages

Peatlands are ecosystems formed by successive pedogenetic processes, resulting in progressive accumulation of plant remains in the soil column under conditions that inhibit the activity of most microbial decomposers. In Diamantina, state of Minas Gerais, Brazil, a peatland is located at 1366 m asl, in a region with a quartz-rich lithology and characteristic wet grassland vegetation. For this study, the peat area was divided in 12 transects, from which a total of 90 soil samples were collected at a distance of 20 m from each other. The properties rubbed fiber content (RF), bulk density (Bd), mineral material (MM), organic matter (OM), moisture (Moi) and maximum water holding capacity (MWHC) were analyzed in all samples. From three selected profiles of this whole area, samples were collected every 27 cm from the soil surface down to a depth of 216 cm. In these samples, moisture was additionally determined at a pressure of 10 kPa (Moi10) or 1500 kPa (Moi1500), using Richards' extractor and soil organic matter was fractionated by standard procedures. The OM decomposition stage of this peat was found to increase with soil depth. Moi and MWHC were highest in layers with less advanced stages of OM decomposition. The humin levels were highest in layers in earlier stages of OM decomposition and with higher levels of water retention at MWHC and Moi10. Humic acid contents were higher in layers at an intermediate stage of decomposition of organic matter and with lowest levels of water retention at MWHC, Moi10 and Moi1500.

Padrão espaço-temporal da umidade volumétrica do solo em uma bacia hidrográfica com predominância de latossolos

A umidade volumétrica do solo possui alta variabilidade espacial e temporal devido à influência de vários fatores ambientais e de uso do solo. Desse modo, seu entendimento assume papel fundamental na modelagem dos processos que envolvem o escoamento superficial, a erosão do solo e o transporte de sedimentos. Nesse contexto, objetivou-se neste estudo avaliar o padrão espacial e temporal da umidade volumétrica na camada superficial do solo, nas diferentes estações do ano, em uma bacia hidrográfica experimental, com predominância de latossolos, localizada na região Sul de Minas Gerais. Para isso, utilizou-se o conceito de estabilidade temporal e escalonamento de semivariogramas, o qual possibilitou a comparação da estrutura espacial dos modelos de semivariogramas ajustados. Foi possível detectar forte dependência espacial da umidade do solo na bacia hidrográfica, com grau de dependência sempre acima de 80 %, e os semivariogramas escalonados mostraram semelhanças no padrão espacial no verão e no outono e diferenças em relação ao inverno e à primavera. Dessa forma, constatou-se que houve diferença no padrão espacial da umidade do solo ao longo do ano, contudo maior homogeneidade no período chuvoso (verão). Ocorreu variação no padrão temporal de umidade do solo de acordo com as estações do ano, sendo verificada tendência nos dados de inverno e primavera, demonstrada pelo teste de Spearman. Devido às diferenças verificadas no padrão espaçotemporal da umidade do solo ao longo das estações do ano, quatro pontos distintos foram identificados, um em cada estação, para implantação de monitoramento permanente desse atributo do solo na bacia hidrográfica.

Straw decomposition of nitrogen-fertilized grasses intercropped with irrigated maize in an integrated crop-livestock system

The greatest limitation to the sustainability of no-till systems in Cerrado environments is the low quantity and rapid decomposition of straw left on the soil surface between fall and spring, due to water deficit and high temperatures. In the 2008/2009 growing season, in an area under center pivot irrigation in Selvíria, State of Mato Grosso do Sul, Brazil, this study evaluated the lignin/total N ratio of grass dry matter , and N, P and K deposition on the soil surface and decomposition of straw of Panicum maximum cv. Tanzânia, P. maximum cv. Mombaça, Brachiaria. brizantha cv. Marandu and B. ruziziensis, and the influence of N fertilization in winter/spring grown intercropped with maize, on a dystroferric Red Latosol (Oxisol). The experiment was arranged in a randomized block design in split-plots; the plots were represented by eight maize intercropping systems with grasses (sown together with maize or at the time of N side dressing). Subplots consisted of N rates (0, 200, 400 and 800 kg ha-1 year-1) sidedressed as urea (rates split in four applications at harvests in winter/spring), as well as evaluation of the straw decomposition time by the litter bag method (15, 30, 60, 90, 120, and 180 days after straw chopping). Nitrogen fertilization in winter/spring of P. maximum cv. Tanzânia, P. maximum cv. Mombaça, B. brizantha cv. Marandu and B. ruziziensis after intercropping with irrigated maize in an integrated crop-livestock system under no-tillage proved to be a technically feasible alternative to increase the input of straw and N, P and K left on the soil surface, required for the sustainability of the system, since the low lignin/N ratio of straw combined with high temperatures accelerated straw decomposition, reaching approximately 30 % of the initial amount, 90 days after straw chopping.

Year-round poultry litter decomposition and N, P, K and Ca release

Poultry litter is an important nutrient source in agriculture, although little information is available regarding its decomposition rate and nutrient release. To evaluate these processes, poultry litter (PL) was applied to the soil to supply 100, 200 and 300 kg ha-1 N contained in 4,953, 9,907 and 14,860 kg ha-1 PL, respectively. The litter bag technique was used to monitor the process of decomposition and nutrient release from the litter. These bags were left on the soil surface and collected periodically (after 15, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, and 365 days). The dry matter (DM) loss was highest (35 %) after the first 30 days of field incubation. The highest nutrient release occurred in the first 60 days on the field, when 40, 34, 91, and 39 %, respectively, of N, P, K, and Ca of the initial PL dry matter (4,860 kg ha-1) was already released to the soil. In absolute terms, these percentages represent 40, 23, 134, and 69 kg ha-1 of N, P, K, and Ca and these values doubled and tripled as the PL fertilization rates increased to 9,907 and 14,860 kg ha-1, respectively. After one year of field incubation, the residual contents in the litter were 27, 15, 18 and 30 % of the initial DM , and N, P and Ca, respectively. The release rate of K was the fastest and 91 % of the K had been released from the PL after 30 days of field incubation.

Estabilidade temporal e variabilidade espacial da distribuição da armazenagem de água no solo numa sucessão feijão/aveia-preta

A armazenagem de água no solo é muito variável no tempo e no espaço devido à influência de vários fatores ambientais e topográficos. Objetivou-se neste estudo: quantificar a armazenagem de água no solo; avaliar sua estabilidade temporal e sua variabilidade espacial em um local próximo e outro distante do sistema radicular numa sucessão feijão/aveia-preta; e constatar sua variabilidade espacial em função do relevo. Em área experimental de 1.500 m², situada em Piracicaba-SP (latitude de 22° 42' 30" S, longitude de 47° 38' 00" W e 546 m de altitude), estabeleceram-se 60 pontos de amostragem, distanciados entre si de 5 m, numa grade de 10 por 6 pontos (50 x 30 m). Os valores da armazenagem de água no solo apresentaram comportamento-padrão para o solo estudado, com valores maiores em profundidade do que na camada mais superficial. Houve maior estabilidade temporal da armazenagem de água no solo durante o período chuvoso, porém na fase de secagem do solo a estabilidade temporal também foi constatada, mas com valores de coeficiente de correlação mais elevados na camada de 0,0-0,80 m, mostrando que essa estabilidade foi claramente devida à posição topográfica desses pontos, os quais estão localizados na porção mais baixa do relevo. Assim, o ponto 52 foi escolhido como representativo da média na fase de recarga de água no solo em ambas as camadas estudadas, e o ponto 46, na camada superior durante a fase de secagem do solo. A dependência espacial da variabilidade da armazenagem de água no solo foi detectada em ambas as camadas de solo, porém com maior alcance na camada de 0,0-0,40 m, quando houve ocorrência de precipitação. Quando as chuvas cessaram, o alcance foi maior na camada de 0,0-0,80 m. Durante o período chuvoso, o padrão de variabilidade espacial foi muito semelhante em ambas as camadas de solo, com armazenagens maiores na faixa de maior inclinação e depressões do terreno.

Particulate soil organic carbon and stratification ratio increases in response to crop residue decomposition under no-till

In soils under no-tillage (NT), the continuous crop residue input to the surface layer leads to carbon (C) accumulation. This study evaluated a soil under NT in Ponta Grossa (State of Paraná, Brazil) for: 1) the decomposition of black oat (Avena strigosa Schreb.) residues, 2) relation of the biomass decomposition effect with the soil organic carbon (SOC) content, the particulate organic carbon (POC) content, and the soil carbon stratification ratio (SR) of an Inceptisol. The assessments were based on seven samplings (t0 to t6) in a period of 160 days of three transects with six sampling points each. The oat dry biomass was 5.02 Mg ha-1 at t0, however, after 160 days, only 17.8 % of the initial dry biomass was left on the soil surface. The SOC in the 0-5 cm layer varied from 27.56 (t0) to 30.07 g dm-3 (t6). The SR increased from 1.33 to 1.43 in 160 days. There was also an increase in the POC pool in this period, from 8.1 to 10.7 Mg ha-1. The increase in SOC in the 0-5 cm layer in the 160 days was mainly due to the increase of POC derived from oat residue decomposition. The linear relationship between SOC and POC showed that 21 % of SOC was due to the more labile fraction. The results indicated that the continuous input of residues could be intensified to increase the C pool and sequestration in soils under NT.

Análise espaço-temporal de componentes do balanço hídrico em um Latossolo

O monitoramento das variáveis que constituem a equação do balanço hídrico do solo em campo cultivado é necessário para avaliar com confiabilidade os períodos de déficits hídricos durante o ciclo das culturas, manejar a irrigação e quantificar perdas de nutrientes por lixiviação. Os componentes da equação do balanço hídrico podem variar no espaço e no tempo, e o estudo da estabilidade temporal da variabilidade espacial desses componentes é essencial para determinar quais são os pontos de observação no campo (locais) para monitorar a água do solo com precisão e esforço amostral reduzido. Assim, os objetivos deste trabalho foram avaliar os componentes do balanço da água (especificamente a variação de armazenamento de água do solo, drenagem interna e evapotranspiração real) de plantas de milho em um Latossolo Vermelho-Amarelo e analisar a variabilidade espacial e temporal, por meio da técnica de estabilidade temporal. O estudo foi realizado em uma área do Campus da ESALQ/USP, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. O relevo da área experimental, que tem 1.500 m², é plano. Nessa área foram instalados 60 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons e 120 tensiômetros com manômetro de mercúrio (60 na profundidade de 0,75 m e 60 na profundidade de 0,85 m). Isso permitiu estimar a densidade de fluxo de água do solo na profundidade de 0,80 m por meio da equação de Darcy-Buckingham e o armazenamento de água na camada de 0,0-0,80 m, ao longo do ciclo da cultura. A precipitação pluvial foi medida por meio de um pluviômetro instalado no centro da área experimental, e a evaporação real foi considerada como desconhecida da equação do balanço hídrico. A pesquisa foi realizada dividindo o ciclo de cultivo em 13 períodos (P1 a P13). O uso da estatística descritiva foi feito para evidenciar a variação do comportamento dos dados após a remoção dos pontos discrepantes, que representaram entre 0,0 e 3,9 % dos pontos amostrais por período. O uso da estatística descritiva foi útil por ter apresentado a mudança no comportamento dos dados, após a retirada de valores discrepantes e extremos em alguns períodos. A técnica da estabilidade temporal é viável para avaliação do balanço hídrico no espaço e no tempo. Os coeficientes de correlação de Spearman entre os períodos indicaram estabilidade temporal para a armazenagem da água independentemente do teor de umidade do solo, mas não expressaram confiabilidade para a avaliação da drenagem interna e a evapotranspiração real da cultura. A evapotranspiração oscilou ao longo do ciclo da cultura mantendo-se praticamente constante nos períodos P5 a P9, em que houve maior desenvolvimento vegetativo das plantas.

Caracterização das chuvas erosivas em Urussanga, SC, com relação ao padrão de distribuição temporal

O estudo da distribuição temporal de chuvas é realizado com objetivo de caracterizar o padrão de chuva mais frequente. O conhecimento das características físicas das chuvas com relação aos padrões de precipitação permite realizar modelagem matemática de eventos hidrológicos em condições mais próximas às condições reais. O objetivo deste trabalho foi caracterizar as chuvas erosivas em Urussanga, SC, com relação aos padrões hidrológicos de distribuição temporal. Foram usados os pluviogramas da estação meteorológica de Urussanga (latitude 28,31º S, longitude 49,19º W e altitude de 49 m) relativos ao período de outubro de 1980 a março de 2012. As chuvas erosivas foram classificadas em padrões avançado, intermediário e atrasado, se a maior intensidade ocorre no terço de duração inicial, intermediário e final, respectivamente. Foram determinadas as características de altura pluvial, duração da chuva, energia cinética, intensidade máxima em 30 min, erosividade e frequência de chuvas mensais de cada padrão de chuva. Verificou-se a ocorrência de 1.221 chuvas erosivas, das quais 651 com perfil avançado; 416, intermediário; e 154, atrasado. A duração média das chuvas erosivas é de 14,4 h. A média total de intensidade média para as chuvas erosivas foi de 17,4 mm h-1. A maior concentração de chuvas (32,9 %) foi observada no intervalo de duração de 6 a 12 h. Para duração inferior a 18 h, ocorre maior frequência de chuvas do padrão avançado; já para acima de 18 h, as frequências de chuvas do padrão avançado e intermediário são semelhantes.