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.

Erosão hídrica em campo nativo sob diversos manejos: perdas de água e solo e de fósforo, potássio e amônio na água de enxurrada

Os campos nativos do sul do Brasil são utilizados para o pastejo de bovinos e ovinos. Após o verão, no início da estação fria, a fitomassa excedente do pastejo seca, sendo comum sua queima para facilitar o rebrote da pastagem na primavera. No entanto, a queima da fitomassa mineraliza nutrientes e deixa o solo descoberto, potencializando a erosão hídrica. Este trabalho teve o objetivo de quantificar as perdas totais de água e solo e os teores de P, K e NH4+ na água da enxurrada, em campo nativo sobre um Latossolo Bruno aluminoférrico típico. Foram estudados os tratamentos: campo nativo sem queima e sem adubo; campo nativo sem queima e com superfosfato triplo; campo nativo com queima e sem adubo; e campo nativo com queima e com superfosfato triplo. Sobre as parcelas, com 11 m de comprimento, na direção do declive, e 3,5 m de largura, aplicou-se uma chuva simulada com intensidade de 75 mm h-1 e duração de 3 h. A queima influenciou a erosão hídrica e as perdas de nutrientes. A queima da fitomassa do campo nativo diminuiu os tempos de início e pico da enxurrada e a infiltração de água no solo, bem como aumentou a taxa máxima de enxurrada, as perdas de água e solo por erosão hídrica e os teores e as perdas totais de P, K e NH4+ na água de enxurrada, em relação à ausência da queima. A concentração de sedimentos na enxurrada foi maior no tratamento com queima da fitomassa do que no sem queima. O maior e o menor valor da concentração de sedimentos ocorreram em menor tempo de duração do escoamento superficial no tratamento com queima do que no tratamento sem queima, contribuindo para que a perda total de solo fosse 8,9 vezes maior com a queima do que sem a queima do campo. O teor e a perda total de P na água da enxurrada foram maiores no tratamento com adubo fosfatado do que no tratamento sem adubo, tanto no tratamento com queima da fitomassa quanto no sem queima. Para o K e o NH4+, os teores e as perdas totais foram maiores no tratamento com queima do que no sem queima. O modelo exponencial do tipo y = ae-bx ajustou-se aos teores de P, K e NH4+ na água da enxurrada, em relação ao tempo de ocorrência do escoamento superficial (p < 0,01).

Root growth of tomato seedlings intensified by humic substances from peat bogs

Peats are an important reserve of humified carbon in terrestrial ecosystems. The interest in the use of humic substances as plant growth promoters is continuously increasing. The objective of this study was to evaluate the bioactivity of alkaline soluble humic substances (HS), humic (HA) and fulvic acids (FA) isolated from peats with different decomposition stages of organic matter (sapric, fibric and hemic) in the Serra do Espinhaço Meridional, state of Minas Gerais. Dose-response curves were established for the number of lateral roots growing from the main plant axis of tomato seedlings. The bioactivity of HA was greatest (highest response in lateral roots at lowest concentration) while FA did not intensify root growth. Both HS and HA stimulated root hair formation. At low concentrations, HS and HA induced root hair formation near the root cap, a typical hormonal imbalance effect in plants. Transgenic tomato with reporter gene DR5::GUS allowed the observation that the auxin-related signalling pathway was involved in root growth promotion by HA.

Diversidade genética, tolerância aos fatores de acidez e eficiência simbiótica de rizóbios para cornichão de solos do Rio Grande do Sul

O cornichão é uma leguminosa forrageira perene hiberno-primaveril de grande importância para o Rio Grande do Sul, destacando-se pela capacidade de se manter em solos relativamente ácidos e pouco férteis. Com este trabalho, objetivou-se a seleção de rizóbios para cornichão tolerantes à acidez e ao Al tóxico e eficientes na fixação biológica de N em solos de baixa fertilidade. Foram avaliados 52 isolados de rizóbios de Lotus spp. obtidos de solos de cinco localidades do Rio Grande do Sul. Os rizóbios foram avaliados quanto à diversidade genética, à tolerância a pH 4,2 e ao Al tóxico. Entre os rizóbios tolerantes a fatores de acidez, sete foram avaliados quanto à eficiência simbiótica com plantas, em casa de vegetação, em vasos com solo não estéril. Observou-se alta diversidade genética entre os rizóbios estudados, dos quais 16 foram tolerantes a pH 4,2 e a 50 µM de Al em meio de cultura, produzindo populações da ordem de 10(7) até 10(8) UFC mL-1. Os sete rizóbios testados em casa de vegetação superaram as estirpes atualmente recomendadas para a produção de inoculantes, o que demonstra a existência, em solos do Rio Grande do Sul, de rizóbios tolerantes à acidez do solo e eficientes como fixadores de N em plantas de cornichão.

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.

Indicadores microbianos de qualidade do solo em diferentes sistemas de manejo

A atividade agrícola, mediante diferentes práticas de manejo, pode alterar a capacidade produtiva do solo. Assim, há necessidade de se avaliar o impacto de uma determinada prática sobre o solo. Este trabalho analisou diversos atributos microbianos para avaliar a qualidade do solo submetido a diferentes sistemas de preparo e de culturas, em relação a um sistema referência. Os atributos analisados foram a atividade das enzimas β-glicosidase, urease, fosfatase ácida e arilsulfatase, juntamente com a determinação da atividade respiratória e da biomassa da microbiota do solo. Os sistemas de manejo avaliados foram os preparos de solo direto (PD) e convencional (PC), e os sistemas de culturas foram duas rotações e pousio no inverno. Além desses sistemas, foi avaliado também o campo natural (CN) - este considerado como condição original do solo para a realização de comparações entre os diferentes manejos. As análises foram realizadas em quatro períodos distintos, ao longo de dois anos agrícolas. Os resultados, nas quatro avaliações, indicaram que a atividade das enzimas, assim como a biomassa e a respiração microbianas, foi menor no PC em relação aos demais sistemas, enquanto o CN e o PD tenderam a apresentar resultados semelhantes, indicando a capacidade do PD em manter a qualidade original do solo. Por sua vez, os sistemas de culturas avaliados não influenciaram significativamente os atributos avaliados.

Volatilização de amônia em solos alagados influenciada pela forma de aplicação de ureia

A volatilização de amônia (NH3) e a nitrificação seguida pela desnitrificação são os principais mecanismos de perdas de N nos solos alagados destinados ao cultivo do arroz. Se os fertilizantes nitrogenados não forem manejados adequadamente, os índices de recuperação de N pelas plantas serão muito baixos. O objetivo deste trabalho foi quantificar a volatilização de amônia em solos alagados influenciada pela forma de aplicação de ureia, em casa de vegetação. Foram conduzidos dois experimentos, sendo um em Cambissolo (Thermic Vertic Haplaquepts), no Estado do Mississippi, EUA, e outro em Gleissolo (Entisol Aeric Typic), em Santa Catarina, Brasil. A captação de amônia foi realizada por esponjas acidificadas, colocadas dentro de tubos de PVC (15 cm de diâmetro e 60 cm de altura) encravados dentro de baldes com 15 cm de espessura de solo, sem a presença de plantas. Em cada vaso, foram aplicados 353 mg de N, equivalente a 200 kg ha-1 de N, nas seguintes formas: ureia sólida aplicada sobre a superfície do solo úmido, sem alagamento posterior; ureia solubilizada em água deionizada e aplicada sobre a lâmina de água de alagamento; ureia sólida aplicada sobre a lâmina de água de alagamento; ureia incorporada na lama, seguida de alagamento; ureia aplicada sobre solo seco, seguida de alagamento 48 h depois; e uma testemunha alagada (sem N). As esponjas captadoras de amônia foram trocadas ao serem completados 1, 3, 6, 9, 13, 17 e 22 dias de alagamento, e nelas determinou-se a quantidade de amônia volatilizada. Na água de alagamento do solo, determinaram-se o pH e a concentração de amônio. A emissão de amônia variou com a forma de aplicação da ureia, e o comportamento foi similar nos dois solos. A volatilização de amônia na testemunha foi insignificante. Nos tratamentos com ureia, as menores perdas ocorreram quando ela foi incorporada na lama (com posterior alagamento) seguida pela aplicação em solo seco com alagamento 48 h após, tendo atingido, respectivamente, 4 e 15 % do N aplicado no Cambissolo (CXbe) e 6 e 10 % no Gleissolo (GXbd). As maiores perdas ocorreram quando a ureia foi aplicada na lâmina de água, tanto na forma líquida (34 % no CXbe e 38 % no GXbd) quanto na sólida (29 % no CXbe e 37 % no GXbd), seguida pela ureia aplicada em solo úmido, sem alagamento (26 % no CXbe e 22 % no GXbd). A fim de evitar excessiva volatilização de amônia em solos cultivados com arroz no sistema inundado, a ureia deve ser aplicada na lama ou em condições de solo seco e, em ambos os casos, seguida de alagamento imediato.

Application of alkaline waste from pulp industry to acid soil with pine

In Brazil extensive areas are covered with pine forests, planted for pulp and paper production. This industry generates solid alkaline waste, such as dregs. The application of this dregs to forest soils is an alternative for soil acidity correction and plant nutrient supply, as well as a solution for its proper disposal. The purpose of this study was to compare the residual effect of surface application of dregs and dolomitic lime on (a) changes in the physical and chemical properties of an acidic soil and (b) pine tree development. The experiment was carried out in 2004 in Bocaina do Sul, Santa Catarina, consisting of the application of increasing dreg and lime rates to a Pinus taeda L. production area, on a Humic Cambisol, in a randomized block design with four replications and 10 x 10 m plots. The treatments consisted of levels of soil acidity amendments corresponding to the recommendations by the SMP method to reach pH 5.5 in the 0-20 cm layer, as follows: no soil amendment; dregs at 5.08 (1/4 SMP), 10.15 (1/2 SMP) and 20.3 Mg ha-1 (1 SMP); and lime at 8.35 (1/2 SMP) and 16.7 Mg ha-1 (1 SMP). Soil layers were sampled in 2010 for analyses of soil chemical and physical properties. The diameter at breast height of the 6.5 year old pine trees was also evaluated. Surface application of dregs improved soil chemical fertility by reducing acidity and increasing base saturation, similar to liming, especially in surface layers. Dregs, comparable to lime, reduced the degree of clay flocculation, but did not affect the soil physical quality. There was no effect of the amendments on increase in pine tree diameter. Thus, the alternative to raise the pH in forest soils to 5.5 with dregs is promising for the forestry sector with a view to dispose of the waste and increase soil fertility.

Organic matter quality and dynamics in tropical soils amended with sugar industry residue

Soil organic matter depletion caused by agricultural management systems have been identified as a critical problem in most tropical soils. The application of organic residues from agro-industrial activities can ameliorate this problem by increasing soil organic matter quality and quantity. Humic substances play an important role in soil conservation but the dynamics of their transformations is still poorly understood. This study evaluated the effect of compost application to two contrasting tropical soils (Inceptisol and Oxisol) for two years. Soil samples were incubated with compost consisting of sugarcane filter cake, a residue from the sugar industry, at 0, 40, 80, and 120 Mg ha-1. Filter cake compost changed the humic matter dynamics in both content and quality, affecting the soil mineralogical composition. It was observed that carbon mineralization was faster in the illite-containing Inceptisol, whereas humic acids were preserved for a longer period in the Oxisol. In both soils, compost application increased fulvic acid contents, favoring the formation of small hydrophilic molecules. A decrease in fluorescence intensity according to the incubation time was observed in the humic acids extracted from amended soils, revealing important chemical changes in this otherwise stable C pool.

Phosphorus accumulation and pollution potential in a hapludult fertilized with pig manure

Successive applications of pig litter to the soil surface can increase the phosphorus (P) content and alter its adsorption, promoting P transfer to surface or subsurface waters. The purpose of this study was to evaluate P accumulation and the pollution potential of a soil after application of pig litter. In March 2010, eight years after the installation of an experiment in Braço do Norte, Santa Catarina, SC, Brazil, on a Typic Hapludult, soil was sampled (layers 0-2.5, 2.5-5, 5-10, 10-15, 15-20 and 20-30 cm) after the following fertilization treatments: no pig litter fertilization, pig slurry application and pig manure application. In this period, 694 and 1,890 kg P2O5 ha-1 were applied in the treatments with pig slurry and pig manure, respectively. The P content was determined, based on Mehlich-1, anion exchange resin (AER), 0.01 mol L-1 CaCl2 and total P in the samples. The adsorption isotherm parameters were also determined by the Langmuir and Koski-Vähälä & Hartikainem models in the layers 0-2.5 and 20-30 cm. The application of 1,890 kg P2O5 ha-1 in the form of pig manure led to P accumulation, as evidenced by Mehlich-1, down to a depth of 15 cm, by AER and 0.01 mol L-1 CaCl2 down to 20 cm and by total P to 30 cm. After application of 1,890 kg P2O5 ha-1 in the form of pig manure, the values of maximum P adsorption capacity were lowest in the deepest layer (20-30 cm), indicating the occupation of part of the adsorption sites of the particles. The application of swine manure to the soil over eight years increased the P quantity in the soil solution of the surface layer, indicating environmental contamination risk for surface and subsurface waters.

Uncertainties in the prediction of spatial variability of soil CO2 emissions and related properties

The soil CO2 emission has high spatial variability because it depends strongly on soil properties. The purpose of this study was to (i) characterize the spatial variability of soil respiration and related properties, (ii) evaluate the accuracy of results of the ordinary kriging method and sequential Gaussian simulation, and (iii) evaluate the uncertainty in predicting the spatial variability of soil CO2 emission and other properties using sequential Gaussian simulations. The study was conducted in a sugarcane area, using a regular sampling grid with 141 points, where soil CO2 emission, soil temperature, air-filled pore space, soil organic matter and soil bulk density were evaluated. All variables showed spatial dependence structure. The soil CO2 emission was positively correlated with organic matter (r = 0.25, p < 0.05) and air-filled pore space (r = 0.27, p < 0.01) and negatively with soil bulk density (r = -0.41, p < 0.01). However, when the estimated spatial values were considered, the air-filled pore space was the variable mainly responsible for the spatial characteristics of soil respiration, with a correlation of 0.26 (p < 0.01). For all variables, individual simulations represented the cumulative distribution functions and variograms better than ordinary kriging and E-type estimates. The greatest uncertainties in predicting soil CO2 emission were associated with areas with the highest estimated values, which produced estimates from 0.18 to 1.85 t CO2 ha-1, according to the different scenarios considered. The knowledge of the uncertainties generated by the different scenarios can be used in inventories of greenhouse gases, to provide conservative estimates of the potential emission of these gases.

Changes in soil acidity and organic carbon in a sandy typic hapludalf after medium-term pig-slurry and deep-litter application

Successive applications of liquid swine waste to the soil can increase the contents of total organic carbon and nutrients and change acidity-related soil chemical properties. However, little information is available on the effects of swine waste application in solid form, as of swine deep-litter. The objective of this study was to evaluate alterations of organic carbon and acidity-related properties of a soil after eight years of pig slurry and deep-litter application. In the eighth year of a field experiment established in Braço do Norte, Santa Catarina (SC) on a sandy Typic Hapludalf samples were taken (layers 0-2.5; 2.5-5; 5-10; 10-15; 15-20 and 20-30 cm) from unfertilized plots and plots with pig slurry or deep-litter applications, providing the simple or double rate of N requirement of Zea mays and Avena strigosa in rotation. Soil total organic carbon, water pH, exchangeable Al, Ca and Mg, and cation exchange capacity (CECeffective and CECpH7.0), H+Al, base saturation, and aluminum saturation were measured. The application of pig slurry and deep-litter for eight years increased total organic carbon and CEC in all soil layers. The pig slurry and deep-litter applications reduced active acidity and aluminum saturation and increased base saturation down to a depth of 30 cm. Eight years of pig slurry application did not affect soil acidity.

Atributos físicos relacionados à compactação de solos sob vegetação nativa em região de altitude no Sul do Brasil

A compactação causada por atividades antrópicas altera os atributos físicos do solo, causando redução na produtividade e impactos ao ambiente. Muitos estudos sobre esse tema têm sido realizados em solos agrícolas, porém poucas são as informações em áreas com vegetação nativa, nas quais, geralmente, os teores de matéria orgânica são mais elevados. Assim, é oportuno avaliar a relação entre os atributos físicos relacionados à compactação, nessas condições, a fim de estabelecer valores de referência para projetos de recuperação de áreas degradadas em campos naturais ou matas ciliares. Objetivou-se relacionar densidade máxima (DsMáx), umidade ótima de compactação (UOC) e densidade relativa (DR) com os limites de consistência, granulometria e teor de matéria orgânica de solos predominantes do Planalto Sul do Estado de Santa Catarina sob vegetação nativa de clima temperado. Amostras do horizonte A foram coletadas em dois Nitossolos, dois Neossolos e dois Cambissolos. Foram avaliados: a granulometria, a densidade de partícula, o teor de carbono orgânico total, os limites de liquidez, de plasticidade e de pegajosidade, o índice de plasticidade, a densidade máxima, a umidade ótima de compactação, a densidade do solo e a densidade relativa. A DsMáx aumenta com o teor de areia total e areia fina e reduz com os teores de argila e com os limites de liquidez e de pegajosidade. A UOC diminui nos solos arenosos, especialmente naqueles com predominância de areia fina, e aumenta nos argilosos ou com maior teor de carbono orgânico total e dos limites de Atterberg. A UOC variou entre 0,76 e 1,05 vezes o limite de plasticidade, tendo relação direta com o teor de silte, indicando que a umidade ótima de compactação não pode ser avaliada apenas com a determinação do limite de plasticidade de um solo. Os solos de altitude do Planalto Sul de SC têm relação UOC/LP diferente da de solos de outros locais, como consequência dos elevados teores de matéria orgânica desses solos.

Caracterização hidrodinâmica e hidrodispersiva de um latossolo amarelo na microrregião do brejo paraibano

Para modelar o fluxo de água e o transporte de soluto em solos são necessários parâmetros hidrodinâmicos e hidrodispersivos como dados de entrada nos modelos numéricos. O experimento de infiltração axissimétrica utilizando um infiltrômetro de anel simples com um traçador conservativo (KCl) é um método simples e eficiente para determinar esses parâmetros no campo. O objetivo deste trabalho consistiu na caracterização hidrodinâmica e hidrodispersiva de um Latossolo Amarelo situado na microrregião do brejo paraibano, no município de Areia, PB, em nível de campo, por meio da infiltrometria de anel simples. Os experimentos foram realizados em uma área cultivada com feijão em uma malha de 50 x 50 m. A condutividade hidráulica saturada, Ks, e a sorvidade, S, foram estimadas pelas análises de infiltração tridimensional axissimétrica para tempos curto e longo. O soluto inerte (Cl-) foi utilizado para o cálculo da fração de água móvel, Φ, por meio da medição da concentração de soluto na camada do solo (0-15 cm) ao final do experimento de infiltração. Um modelo numérico de transferência de soluto com base no conceito de convecção-dispersão (CD) foi utilizado para definir os parâmetros (D e R) de transporte. A infiltrometria de anel simples demonstrou ser um método simples e eficiente para obtenção dos parâmetros hidrodinâmicos e hidrodispersivos. Observou-se boa concordância entre os valores medidos e calculados (v, D e R) com o modelo CD observado pelos coeficientes de determinação (r²).

Phosphorus fractions in sandy soils of vineyards in southern Brazil

Phosphorus (P) applications to vineyards can cause P accumulation in the soil and maximize pollution risks. This study was carried out to quantify the accumulation of P fractions in sandy soils of vineyards in southern Brazil. Soil samples (layers 0-5, 6-10 and 11-20 cm) were collected from a native grassland area and two vineyards, after 14 years (vineyard 1) and 30 years (vineyard 2) of cultivation, in Santana do Livramento, southern Brazil, and subjected to chemical fractionation of P. Phosphorus application, especially to the 30-year-old vineyard 2, increased the inorganic P content down to a depth of 20 cm, mainly in the labile fractions extracted by anion-exchange resin and NaHCO3, in the moderately labile fraction extracted by 0.1 and 0.5 mol L-1 NaOH, and in the non-labile fraction extracted by 1 mol L-1 HCl, indicating the possibility of water eutrophication. Phosphorus application and grapevine cultivation time increased the P content in the organic fraction extracted by NaHCO3 from the 0-5 cm layer, and especially in the moderately labile fraction extracted by 0.1 mol L-1 NaOH, down to a depth of 20 cm.