Microbiological and biochemical properties of an agricultural Mexican soil amended with sewage sludge

The application of sewage sludge is a concern because it may affect the quality of organic matter and microbiological and biochemical soil properties. The effects of surface application of sewage sludge to an agricultural soil (at 18 and 36 t ha-1 dry basis) were assessed in one maize (Zea mays L.) growing season. The study evaluated microbial biomass, basal respiration and selected enzymatic activities (catalase, urease, acid and alkaline phosphatase, and β-glucosidase) 230 days after sewage sludge application and infrared spectroscopy was used to assess the quality of dissolved organic matter and humic acids. Sewage sludge applications increased the band intensity assigned to polysaccharides, carboxylic acids, amides and lignin groups in the soil. The organic matter from the sewage sludge had a significant influence on the soil microbial biomass; nevertheless, at the end of the experiment the equilibrium of the soil microbial biomass (defined as microbial metabolic quotient, qCO2) was recovered. Soil urease, acid and alkaline phosphatase activity were strongly influenced by sewage sludge applications.

Atributos bioquímicos e químicos do solo rizosférico e não rizosférico de culturas em rotação no sistema de semeadura direta

Sistemas autossustentáveis favorecem as populações microbianas devido à conservação e ao aumento da matéria orgânica no solo. Além disso, as plantas que fazem parte desses sistemas promovem o efeito rizosférico, por meio da zona de influência das raízes, que resulta no aumento da atividade e na modificação da população microbiana. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da rotação de culturas de inverno sobre sequências de verão, em sistema de semeadura direta, nos atributos bioquímicos (amilase, urease, celulase e protease) e químicos (carbono orgânico total - COT, carboidratos totais e proteínas totais) em solo rizosférico (SR) e não rizosférico (SNR). Este estudo foi constituído de três culturas de inverno: milho (Zea mays L.), girassol (Helianthus anuus L.) e guandu (Cajanus cajan (L.) Millsp), que estavam em rotação sobre três sequências de verão: soja/soja (Glycine max L.), milho/milho e soja/milho, e duas posições no solo: solo aderido às raízes das plantas (SR) e solo da entrelinha de plantio (SNR). As atividades da amilase, celulase, protease e urease no SR foram 16, 85, 62 e 100 % maiores do que no SNR; para COT e proteínas totais a diferença foi de 21 %. Das culturas de inverno, o milho foi a que mais estimulou as atividades das enzimas amilase, celulase, urease e protease no SR, bem como a atividade das enzimas amilase, urease e protease no SNR. De modo geral, os teores de proteínas totais não foram influenciados pelas culturas de inverno e pelas sequências de verão; os carboidratos totais foram influenciados pelas culturas de inverno milho e girassol. Para o COT houve influência apenas da sequência de verão milho/milho. Os atributos bioquímicos e químicos avaliados neste estudo podem ser utilizados como indicadores das alterações no solo promovidas pelas culturas de inverno e pelas sequências de verão.

Aluminum in corn plants: influence on growth and morpho-anatomy of root and leaf

Aluminum (Al) toxicity is one of the most limiting factors for productivity. This research was carried out to assess the influence of Al nutrient solution on plant height, dry weight and morphoanatomical alterations in corn (Zea mays L.) roots and leaves. The experiment was conducted in a greenhouse with five treatments consisting of Al doses (0, 25, 75, 150, and 300 µmol L-1) and six replications. The solutions were constantly aerated, and the pH was initially adjusted to 4.3. The shoot dry matter, root dry matter and plant height decreased significantly with increasing Al concentrations. Compared to the control plants, it was observed that the root growth of corn plants in Al solutions was inhibited, there were fewer lateral roots and the development of the root system reduced. The leaf anatomy of plants grown in solutions containing 75 and 300 µmol L-1 Al differed in few aspects from the control plants. The leaf sheaths of the plants exposed to Al had a uniseriate epidermis coated with a thin cuticle layer, and the cells of both the epidermis and the cortex were less developed. In the vascular bundle, the metaxylem and protoxylem had no secondary walls, and the diameter of both was much smaller than of the control plants.

Legumes and forage species sole or intercropped with corn in soybean-corn succession in midwestern Brazil

The feasibility of no-tillage in the Cerrado (Savanna-like vegetation of Brazil) depends on the production of sufficient above-ground crop residue, which can be increased by corn-forage intercropping. This study evaluated how above-ground crop residue production and yields of soybean and late-season corn in a soybean-corn rotation were influenced by the following crops in the year before soybean: corn (Zea mays L.) intercropped with Brachiaria (Urochloa) brizantha cv. Marandu, B. decumbens cv. Basilisk, B. ruziziensis, cv. comum., Panicummaximum cv. Tanzânia, sunn hemp (Crotalaria juncea L.), pigeon pea [Cajanus cajan (L.) Millsp]; sole corn, forage sorghum [Sorghum bicolor (L.) Moench (cv. Santa Elisa)], and ruzi grass. In March 2005, corn and forage species were planted in alternate rows spaced 0.90 m apart, and sole forage species were planted in rows spaced 0.45 m apart. In October 2005, the forages were killed with glyphosate and soybean was planted. After the soybean harvest in March 2006, sole late-season corn was planted in the entire experimental area. Corn grain and stover yields were unaffected by intercropping. Above-ground crop residue was greater when corn was intercropped with Tanzania grass (10.7 Mg ha-1), Marandu (10.1 Mg ha-1), and Ruzi Grass (9.8 Mg ha-1) than when corn was not intercropped (4.0 Mg ha-1). The intercropped treatments increased the percentage of soil surface covered with crop residue. Soybean and corn grain yields were higher after sole ruzi grass and intercropped ruzi grass than after other crops. The intercropping corn with Brachiaria spp. and corn with Panicum spp. increases above-ground crop residue production and maintains nutrients in the soil without reducing late-season corn yield and the viability of no-till in the midwestern region of Brazil.

Crescimento e produção de milho associados com o intervalo hídrico ótimo

O Intervalo hídrico ótimo (IHO) é muito utilizado como indicador agronômico de qualidade física do solo, contudo pouquíssimas pesquisas relacionaram o IHO com crescimento e produção de plantas. Os escassos resultados são insuficientes para confirmar ou negar a eficiência do IHO, porém apontam para a discordância entre IHO e produção das culturas. O objetivo deste estudo foi analisar a correlação do IHO com as variáveis de crescimento e com a produção de grãos da cultura de milho (Zea mays L.) de oito cultivos (quarto na safra 2010/11 e quatro na safra 2011/12) em Latossolo Vermelho distroférrico típico, com diferentes estados de compactação. Os tratamentos consistiram de plantio direto, que recebeu escarificação e compactação adicional. Foram medidos a altura de plantas (Ap), o índice de área foliar (IAF), a profundidade efetiva de raízes (Ze), o rendimento de grãos e o peso de 1000 grãos nos oito cultivos de milho. O IHO foi determinado para seis combinações de resistência do solo à penetração e potencial matricial (RP:Ψ), usadas nos limites inferiores: (2:-0,8), (3:-0,8), (4:-0,8), (2:-1,5), (3:-1,5) e (4:-1,5), expressos em MPa. O IHO esteve fracamente associado com Ap, IAF e Ze. Os coeficientes de correlação variaram entre -0,20 e 0,36 e a maioria das correlações não foi significativa. Além disso, a melhor relação linear explicou apenas 17 % da variação da altura das plantas em função da variação do IHO. Não houve correlação entre IHO e produção de grãos de milho. Esses resultados indicaram que, embora o IHO seja sensível à compactação do solo, ele não é um índice agronômico robusto para orientar o manejo da compactação para culturas, cujo objetivo principal é a produção de grãos.

Efeito de semeadora com haste sulcadora para ação profunda em solo manejado com plantio direto

A adoção do plantio direto na região subtropical úmida do Brasil, fundamentada apenas em dois preceitos da agricultura conservacionista - mobilização de solo restrita à linha de semeadura e manutenção de resíduos culturais na superfície do solo -, tem induzido à estratificação de atributos químicos do solo na camada de 0-20 cm profundidade e degradação física da camada subsuperficial (entre aproximadamente 5-20 cm de profundidade), que podem contribuir para frustrações de safras agrícolas, quando da ocorrência de estiagens. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito residual de uma semeadora/adubadora, equipada com elemento rompedor de solo tipo haste sulcadora, atuando em quatro profundidades para a semeadura de milho (Zea mays L.), na mitigação de problemas de ordem física e química, em um Latossolo Vermelho distrófico húmico, manejado em plantio direto há mais de 10 anos. Os tratamentos avaliados foram: T1 = hastes sulcadoras atuando até 5 cm de profundidade; T2 = hastes sulcadoras atuando até 10 cm de profundidade; T3 = hastes sulcadoras atuando até 15 cm de profundidade; e T4 = hastes sulcadoras atuando até 17 cm de profundidade. O efeito desses tratamentos sobre os atributos físicos do solo foi avaliado pela técnica do perfil cultural associada à determinação da densidade, porosidade total, macroporosidade e resistência do solo à penetração, aos oito e 12 meses, após a semeadura da cultura de milho. Sobre os atributos químicos, esses efeitos foram avaliados pela determinação de pH em H2O, P e K disponíveis, Ca, Mg e Al trocáveis, acidez potencial e matéria orgânica, em amostras de solo coletadas em camadas de 2,5 cm de espessura, de 0-22,5 cm de profundidade. A utilização da semeadora/adubadora, equipada com elemento rompedor de solo tipo haste sulcadora, evidenciou-se eficaz em mitigar os problemas físicos e químicos do solo, tanto aos oito como aos 12 meses após a operação de semeadura.

Carbono e nitrogênio nas frações granulométricas da matéria orgânica do solo, em sistemas de culturas sob plantio direto

A qualidade do solo em plantio direto está relacionada ao sistema de culturas e pode ser avaliada pelo teor de matéria orgânica particulada (>53 ∝m), em razão da funcionalidade que essa fração proporciona ao solo e à sua sensibilidade às diferenças de manejo. Visando estudar a qualidade do solo em sistemas de culturas em plantio direto, este trabalho foi conduzido em experimento de longa duração (21 anos) em Latossolo Vermelho distrófico típico nos Campos Gerais do Paraná. Seis sistemas de culturas foram avaliados, em que trigo-TR (Triticum aestivum L.), soja-SO (Glycine max L.), milho-MI (Zea mays L.), aveia-preta-AV, para cobertura (Avena strigosa Schreb.), ervilhaca-ER, para cobertura (Vicia villosa Roth); azevém-AZ, para feno (Lolium multiflorum Lam.); ou alfafa-AL, para feno (Medicago sativa L.) compuseram os seguintes sistemas: TR-SO (referência), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO e AL-MI (milho a cada três anos). Os estoques de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e de C e N na matéria orgânica (MO) particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) foram determinados em 0-5, 5-10 e 10-20 cm. O sistema semiperene AL-MI apresentou os maiores estoques de COT e NT na camada de 0-20 cm (63,6 Mg ha-1 COT e 4,6 Mg ha-1 NT), com incrementos anuais de 0,23 Mg ha-1 COT e 0,03 Mg ha-1 NT, em relação ao sistema TR-SO. O sistema AL-MI também teve os maiores estoques de C e N na MO particulada nessa camada (12,5 e 0,91 Mg ha-1, respectivamente), por causa da maior adição de fitomassa pelas raízes e a proteção física dos resíduos orgânicos. Os menores estoques de COT e NT na camada 0-20 cm ocorreram no sistema ER-MI-TR-SO (57,8 Mg ha-1 COT e 4,03 Mg ha-1 NT), sem apresentar incremento anual em relação ao sistema TR-SO. Os estoques de C e N na MO particulada foram de 10,4 e 0,67 Mg ha-1, respectivamente. Essa tendência repetiu-se para as camadas individuais, com diferença significativa entre os sistemas na camada de 0-5 cm e não significativa, para as de 5-10 e 10-20 cm. Na média dos sistemas, a MO particulada contribuiu em torno de 30 % para o estoque total de C na camada 0-5 cm. Rotação de culturas com espécies que tenham sistema radicular ativo por mais tempo, como o sistema semiperene AL-MI, tem potencial de incrementar o estoque total de C e N, especialmente da fração MO particulada, proporcionando funcionalidade ao solo e, consequentemente, qualidade.

Effect of cropping systems in no-till farming on the quality of a Brazilian Oxisol

The no-till system with complex cropping sequences may improve the structural quality and carbon (C) sequestration in soils of the tropics. Thus, the objective of this study was to evaluate the effects of cropping sequences after eight years under the no-till system on the physical properties and C sequestration in an Oxisol in the municipality of Jaboticabal, Sao Paulo, Brazil. A randomized split-block design with three replications was used. The treatments were combinations of three summer cropping sequences - corn/corn (Zea mays L.) (CC), soybean/soybean (Glycine max L. Merryll) (SS), and soybean-corn (SC); and seven winter crops - corn, sunflower (Helianthus annuus L.), oilseed radish (Raphanus sativus L.), pearl millet (Pennisetum americanum (L.) Leeke), pigeon pea (Cajanus cajan (L.) Millsp), grain sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench), and sunn hemp (Crotalaria juncea L.). Soil samples were taken at the 0-10 cm depth after eight years of experimentation. Soil under SC and CC had higher mean weight diameter (3.63 and 3.55 mm, respectively) and geometric mean diameter (3.55 and 2.92 mm) of the aggregates compared to soil under SS (3.18 and 2.46 mm). The CC resulted in the highest soil organic C content (17.07 g kg-1), soil C stock (15.70 Mg ha-1), and rate of C sequestration (0.70 Mg ha-1 yr-1) among the summer crops. Among the winter crops, soil under pigeon pea had the highest total porosity (0.50 m³ m-3), and that under sunn hemp had the highest water stable aggregates (93.74 %). In addition, sunn hemp did not differ from grain sorghum and contained the highest soil organic C content (16.82 g kg-1) and also had the highest rate of C sequestration (0.67 Mg ha-1 yr-1). The soil resistance to penetration was the lower limit of the least limiting water range, while the upper limit was air-filled porosity for soil bulk densities higher than 1.39 kg dm-3 for all cropping sequences. Within the SC sequence, soil under corn and pigeon pea increased least limiting water range by formation of biopores because soil resistance to penetration decreased with the increase in soil bulk density.

Transfer of cadmium and barium from soil to crops grown in tropical soils

Phytotoxicity and transfer of potentially toxic elements, such as cadmium (Cd) or barium (Ba), depend on the availability of these elements in soils and on the plant species exposed to them. With this study, we aimed to evaluate the effect of Cd and Ba application rates on yields of pea (Pisum sativum L.), sorghum (Sorghum bicolor L.), soybean (Glycine max L.), and maize (Zea mays L.) grown under greenhouse conditions in an Oxisol and an Entisol with contrasting physical and chemical properties, and to correlate the amount taken up by plants with extractants commonly used in routine soil analysis, along with transfer coefficients (Bioconcentration Factor and Transfer Factor) in different parts of the plants. Plants were harvested at flowering stage and measured for yield and Cd or Ba concentrations in leaves, stems, and roots. The amount of Cd accumulated in the plants was satisfactorily evaluated by both DTPA and Mehlich-3 (M-3). Mehlich-3 did not relate to Ba accumulated in plants, suggesting it should not be used to predict Ba availability. The transfer coefficients were specific to soils and plants and are therefore not recommended for direct use in risk assessment models without taking soil properties and group of plants into account.

SOIL FUNGISTASIS AGAINST FUSARIUM GRAMINEARUM UNDER DIFFERENT CROP MANAGEMENT SYSTEMS

Soil management, in terms of tillage and cropping systems, strongly influences the biological properties of soil involved in the suppression of plant diseases. Fungistasis mediated by soil microbiota is an important component of disease-suppressive soils. We evaluated the influence of different management systems on fungistasis against Fusarium graminearum, the relationship of fungistasis to the bacterial profile of the soil, and the possible mechanisms involved in this process. Samples were taken from a long-term experiment set up in a Paleudult soil under conventional tillage or no-tillage management and three cropping systems: black oat (Avena strigose L.) + vetch (Vicia sativa L.)/maize (Zea mays L.) + cowpea (Vigna sinensis L.), black oat/maize, and vetch/maize. Soil fungistasis was evaluated in terms of reduction of radial growth of F. graminearum, and bacterial diversity was assessed using ribosomal intergenic spacer analysis (RISA). A total of 120 bacterial isolates were obtained and evaluated for antibiosis, and production of volatile compounds and siderophores. No-tillage soil samples showed the highest level of F. graminearum fungistasis by sharply reducing the development of this pathogen. Of the cropping systems tested, the vetch + black oat/maize + cowpea system showed the highest fungistasis and the oat/maize system showed the lowest. The management system also affected the genetic profile of the bacteria isolated, with the systems from fungistatic soils showing greater similarity. Although there was no clear relationship between soil management and the characteristics of the bacterial isolates, we may conclude that antibiosis and the production of siderophores were the main mechanisms accounting for fungistasis.

EFFECT OF SOIL TILLAGE AND PLANT RESIDUE ON SURFACE ROUGHNESS OF AN OXISOL UNDER SIMULATED RAIN

Surface roughness of the soil is formed by mechanical tillage and is also influenced by the kind and amount of plant residue, among other factors. Its persistence over time mainly depends on the fundamental characteristics of rain and soil type. However, few studies have been developed to evaluate these factors in Latossolos (Oxisols). In this study, we evaluated the effect of soil tillage and of amounts of plant residue on surface roughness of an Oxisol under simulated rain. Treatments consisted of the combination of the tillage systems of no-tillage (NT), conventional tillage (CT), and minimum tillage (MT) with rates of plant residue of 0, 1, and 2 Mg ha-1 of oats (Avena strigosa Schreb) and 0, 3, and 6 Mg ha-1 of maize (Zea mays L.). Seven simulated rains were applied on each experimental plot, with intensity of 60±2 mm h-1 and duration of 1 h at weekly intervals. The values of the random roughness index ranged from 2.94 to 17.71 mm in oats, and from 5.91 to 20.37 mm in maize, showing that CT and MT are effective in increasing soil surface roughness. It was seen that soil tillage operations carried out with the chisel plow and the leveling disk harrow are more effective in increasing soil roughness than those carried out with the heavy disk harrow and leveling disk harrow. The roughness index of the soil surface decreases exponentially with the increase in the rainfall volume applied under conditions of no tillage without soil cover, conventional tillage, and minimum tillage. The oat and maize crop residue present on the soil surface is effective in maintaining the roughness of the soil surface under no-tillage.

Desempenho de dois sistemas distribuidores de sementes utilizados em semeadoras de milho

O tratamento de sementes de milho (Zea mays L.) com inseticidas altera a rugosidade da superfície das sementes, afetando o desempenho da semeadora, pela dificuldade de movimentá-las no depósito e também nos sistemas distribuidores, e a densidade de plantio. Determinou-se o efeito do tratamento com inseticidas ou grafite sobre o ângulo de repouso de sementes de milho, e avaliou-se o efeito da velocidade de deslocamento, do tratamento químico e com grafite das sementes, além da classificação por peneiras, no desempenho de dois sistemas distribuidores, de disco e de dedos prensores. Os testes foram realizados em uma bancada montada em laboratório com sementes classificadas em diferentes peneiras e submetidas a seis tratamentos, testadas em duas velocidades de deslocamento e em dois sistemas de distribuição de sementes. O delineamento utilizado foi em blocos casualizados, com três repetições. No sistema de dedos prensores, o uso do inseticida melhorou significativamente o desempenho da semeadora, ao contrário do verificado no sistema de disco. Com a adição de grafite, na dose de 4 g/kg de sementes, o desempenho voltou a ser o mesmo de antes do tratamento com a utilização de Semevin, e ligeiramente inferior com Furadan.

Determination of the critical period of weed control in corn using a thermal basis

Field studies were conducted over 3 years in southeast Buenos Aires, Argentina, to determine the critical period of weed control in maize (Zea mays L.). The treatments consisted of two different periods of weed interference, a critical weed-free period, and a critical time of weed removal. The Gompertz and logistic equations were fitted to relative yields representing the critical weed-free and the critical time of weed removal, respectively. Accumulated thermal units were used to describe each period of weed-free or weed removal. The critical weed-free period and the critical time of weed removal ranged from 222 to 416 and 128 to 261 accumulated thermal units respectively, to prevent yield losses of 2.5%. Weed biomass proved to be inverse to the crop yield for all the years studied. When weeds competed with the crop from emergence, a large increase in weed biomass was achieved 10 days after crop emergence. However, few weed seedlings emerged and prospered after the 5-6 leaf maize stage (10-20 days after emergence).

Efeitos de sistemas de cultivo na densidade e macroporosidade do solo e no desenvolvimento radicular do milho em latossolo roxo

Neste trabalho foram estudados os efeitos imediato e residual de dois sistemas de preparo na densidade e macroporosidade do solo e no desenvolvimento radicular do milho (Zea mays L.), em camadas estruturalmente estabilizadas de um Latossolo Roxo, mantido por longo período sob plantio direto de milho. Os efeitos imediatos das operações envolvendo a subsolagem e a aração e gradagem aumentaram, em menos de um ano agrícola, a macroporosidade da camada superficial desse solo bem como o potencial de desenvolvimento radicular. Nesses tratamentos e nos três primeiros anos agrícolas, a adoção contínua do sistema de plantio direto diminuiu a porosidade de aeração do solo e o potencial de desenvolvimento radicular do milho. Os benefícios da manutenção desse sistema conservacionista nos valores de macroporosidade e densidade na camada superficial do solo iniciaram-se no quarto ano agrícola. A partir daí aumentaram, atingindo no oitavo ano agrícola consecutivo valores semelhantes aos imediatamente obtidos após as operações mecânicas realizadas na instalação do experimento. As relações entre desenvolvimento radicular, densidade e macroporosidade do solo foram estabelecidas por equações bem como por classes de desenvolvimento radicular.

Mobilização do solo, erosão e produtividade de milho e feijão em um regossolo no agreste pernambucano

Este estudo foi conduzido no município de Caruaru (PE), no período de 1970 a 1990, em um Regossolo eutrófico com 12% de declividade, para avaliar o efeito de diferentes graus de mobilização sobre as perdas de solo e água e sobre a produtividade de milho (Zea mays L.) e feijão (Phaseolus vulgaris L.), em condições de chuva natural. Os dados foram coletados em quatro talhões de 1.000 m², equipados com coletores de material erosado, compreendendo os seguintes tratamentos: enxada (manual), aração e gradagem, duas arações e gradagem, e gradagem. Comparando as perdas médias anuais de solo e água, verificou-se que a maior intensidade de mobilização provocou as maiores perdas, mas que, de modo geral, foram muito baixas, fato atribuído às quantidades de cascalho e areia grossa existentes no perfil do solo, por reduzirem o impacto das gotas de chuva e aumentarem a permeabilidade do solo. Além do mais, os tratamentos mais mobilizados, por colocarem as camadas mais ricas em nutrientes a profundidades maiores, facilitando a absorção deles, proporcionaram as maiores produtividades médias de milho e feijão, com destaque para o milho. Houve boa correlação da produtividade média do milho com os teores médios de P extraível, nas profundidades de 9 a 14 cm, de 10 a 19 cm e de 14 a 22 cm.