Postharvest nitrous oxide emissions from a subtropical oxisol as influenced by summer crop residues and their management

Nitrous oxide (N2O) is the most important non-CO2 greenhouse gas and soil management systems should be evaluated for their N2O mitigation potential. This research evaluated a long-term (22 years) experiment testing the effect of soil management systems on N2O emissions in the postharvest period (autumn) from a subtropical Rhodic Hapludox at the research center FUNDACEP, in Cruz Alta, state of Rio Grande do Sul. Three treatments were evaluated, one under conventional tillage with soybean residues (CTsoybean) and two under no-tillage with soybean (NTsoybean) and maize residues (NTmaize). N2O emissions were measured eight times within 24 days (May 2007) using closed static chambers. Gas flows were obtained based on the relations between gas concentrations in the chamber at regular intervals (0, 15, 30, 45 min) analyzed by gas chromatography. After soybean harvest, accumulated N2O emissions in the period were approximately three times higher in the untilled soil (164 mg m-2 N) than under CT (51 mg m-2 N), with a short-lived N2O peak of 670 mg m-2 h-1 N. In contrast, soil N2O emissions in NT were lower after maize than after soybean, with a N2O peak of 127 g m-2 h-1 N. The multivariate analysis of N2O fluxes and soil variables, which were determined simultaneously with air sampling, demonstrated that the main driving variables of soil N2O emissions were soil microbial activity, temperature, water-filled pore space, and NO3- content. To replace soybean monoculture, crop rotation including maize must be considered as a strategy to decrease soil N2O emissions from NT soils in Southern Brazil in a Autumn.

Chemical and physical properties of organic residues

Due to human activity, large amounts of organic residue are generated daily. Therefore, an adequate use in agricultural activities requires the characterization of the main properties. The chemical and physical characterization is important when planning the use and management of organic residue. In this study, chemical and physical properties of charcoal, coffee husk, pine-bark, cattle manure, chicken manure, coconut fiber, sewage sludge, peat, and vermiculite were determined. The following properties were analyzed: N-NH4+, N-N0(3)-, and total concentrations of N, P, S, K, Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, and B, as well as pH, Electrical Conductivity (EC) and bulk density. Coffee husk, sewage sludge, chicken manure and cattle manure were generally richer in nutrients. The EC values of these residues were also the highest (0.08 - 40.6 dS m-1). Peat and sewage sludge had the highest bulky density. Sodium contents varied from 0 to 4.75 g kg-1, with the highest levels in chicken manure, cattle manure and sewage sludge. Great care must be taken when establishing proportions of organic residues in the production of substrates with coffee husk, cattle or chicken manure or sewage sludge in the calculation of the applied fertilizer quantity in crop fertilization programs.

Nitrogen washing from C3 and C4 cover grasses residues by rain

Crop species with the C4 photosynthetic pathway are more efficient in assimilating N than C3 plants, which results in different N amounts prone to be washed from its straw by rain water. Such differences may affect N recycling in agricultural systems where these species are grown as cover crops. In this experiment, phytomass production and N leaching from the straw of grasses with different photosynthetic pathways were studied in response to N application. Pearl millet (Pennisetum glaucum) and congo grass (Brachiaria ruziziensis) with the C4 photosynthetic pathway, and black oat (Avena Strigosa) and triticale (X Triticosecale), with the C3 photosynthetic pathway, were grown for 47 days. After determining dry matter yields and N and C contents, a 30 mm rainfall was simulated over 8 t ha-1 of dry matter of each plant residue and the leached amounts of ammonium and nitrate were determined. C4 grasses responded to higher fertilizer rates, whereas N contents in plant tissue were lower. The amount of N leached from C4 grass residues was lower, probably because the C/N ratio is higher and N is more tightly bound to organic compounds. When planning a crop rotation system it is important to take into account the difference in N release of different plant residues which may affect N nutrition of the subsequent crop.

Atividade de urease no solo com feijoeiro influenciada pela cobertura vegetal e sistemas de plantio

A urease é a enzima que catalisa a hidrólise da ureia em dióxido de carbono e amônia. A distribuição da urease e os fatores que a influenciam têm importância relevante em vista do uso da ureia na agricultura. Nesse sentido, este estudo teve como objetivo definir a época adequada de coleta de solo, após adubação nitrogenada no feijoeiro comum, para medir a atividade de urease e seu perfil, considerando os efeitos residuais de diferentes plantas de cobertura e de sistema de preparo do solo. O experimento foi instalado em um Latossolo Vermelho distrófico e o feijoeiro, cultivar BRS Valente, semeado em junho de 2005, em sucessão a quatro plantas de cobertura de solo: capim-mombaça, milho em consórcio com braquiária, sorgo granífero e estilosantes, e dois sistemas de cultivo, direto e convencional. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso em parcelas divididas. As amostras de solo foram coletadas aos 3, 6, 8, 10 e 12 dias após a aplicação da ureia em cobertura no feijoeiro. A maior atividade de urease no solo ocorreu quando o feijoeiro foi cultivado após capim-mombaça, independentemente do preparo do solo e da época de sua avaliação. A mobilização do solo em cultivo no sistema plantio direto determinou menor atividade de urease, independentemente das espécies de cobertura e das épocas de sua avaliação. O pico de atividade de urease ocorreu entre o sétimo e o oitavo dia após a aplicação de ureia, independentemente das espécies de cobertura e do preparo do solo sob cultivo irrigado do feijoeiro comum.

Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from flood-irrigated rice by no incorporation of winter crop residues into the soil

Winter cover crops are sources of C and N in flooded rice production systems, but very little is known about the effect of crop residue management and quality on soil methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. This study was conducted in pots in a greenhouse to evaluate the influence of crop residue management (incorporated into the soil or left on the soil surface) and the type of cover-crop residues (ryegrass and serradella) on CH4 and N2O emissions from a flooded Albaqualf soil cultivated with rice (Oryza sativa L.). The closed chamber technique was used for air sampling and the CH4 and N2O concentrations were analyzed by gas chromatography. Soil solution was sampled at two soil depths (2 and 20 cm), simultaneously to air sampling, and the contents of dissolved organic C (DOC), NO3-, NH4+, Mn2+, and Fe2+ were analyzed. Methane and N2O emissions from the soil where crop residues had been left on the surface were lower than from soil with incorporated residues. The type of crop residue had no effect on the CH4 emissions, while higher N2O emissions were observed from serradella (leguminous) than from ryegrass, but only when the residues were left on the soil surface. The more intense soil reduction verified in the deeper soil layer (20 cm), as evidenced by higher contents of reduced metal species (Mn2+ and Fe2+), and the close relationship between CH4 emission and the DOC contents in the deeper layer indicated that the sub-surface layer was the main CH4 source of the flooded soil with incorporated crop residues. The adoption of management strategies in which crop residues are left on the soil surface is crucial to minimize soil CH4 and N2O emissions from irrigated rice fields. In these production systems, CH4 accounts for more than 90 % of the partial global warming potential (CH4+N2O) and, thus, should be the main focus of research.

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.

Enzymatic activity measured by microcalorimetry in soil amended with organic residues

Enzymatic activity is an important property for soil quality evaluation. Two sequences of experiments were carried out in order to evaluate the enzymatic activity in a soil (Rhodic Eutrudox) amended with cattle manure, earthworm casts, or sewage sludges from the municipalities of Barueri and Franca. The activity of commercial enzymes was measured by microcalorimetry in the same soil samples after sterilization. In the first experiment, the enzyme activities of cellulase, protease, and urease were determined in the soil samples during a three month period. In the second sequence of experiments, the thermal effect of the commercial enzymes cellulase, protease, and urease on sterilized soil samples under the same tretaments was monitored for a period of 46 days. The experimental design was randomized and arranged as factorial scheme in five treatments x seven samplings with five replications. The treatment effects were statistically evaluated by one-way analysis of variance. Tukey´s test was used to compare means at p < 0.05. The presence of different sources of organic residues increased the enzymatic activity in the sampling period. Cattle manure induced the highest enzymatic activity, followed by municipal sewage sludge, whereas earthworm casts induced the lowest activity, but differed from control treatment. The thermal effect on the enzyme activity of commercial cellulase, protease, and urease showed a variety of time peaks. These values probably oscillated due to soil physical-chemical factors affecting the enzyme activity on the residues.

Influence of digestion methods on the recovery of Iron, Zinc, Nickel, Chromium, Cadmium and Lead contents in 11 organic residues

There are currently many devices and techniques to quantify trace elements (TEs) in various matrices, but their efficacy is dependent on the digestion methods (DMs) employed in the opening of such matrices which, although "organic", present inorganic components which are difficult to solubilize. This study was carried out to evaluate the recovery of Fe, Zn, Cr, Ni, Cd and Pb contents in samples of composts and cattle, horse, chicken, quail, and swine manures, as well as in sewage sludges and peat. The DMs employed were acid digestion in microwaves with HNO3 (EPA 3051A); nitric-perchloric digestion with HNO3 + HClO4 in a digestion block (NP); dry ashing in a muffle furnace and solubilization of residual ash in nitric acid (MDA); digestion by using aqua regia solution (HCl:HNO3) in the digestion block (AR); and acid digestion with HCl and HNO3 + H2O2 (EPA 3050). The dry ashing method led to the greatest recovery of Cd in organic residues, but the EPA 3050 protocol can be an alternative method for the same purpose. The dry ashing should not be employed to determine the concentration of Cr, Fe, Ni, Pb and Zn in the residues. Higher Cr and Fe contents are recovered when NP and EPA 3050 are employed in the opening of organic matrices. For most of the residues analyzed, AR is the most effective method for recovering Ni. Microwave-assisted digestion methods (EPA3051 and 3050) led to the highest recovery of Pb. The choice of the DM that provides maximum recovery of Zn depends on the organic residue and trace element analyzed.

Ácidos húmicos e carvão vegetal ativado como amenizantes em solo contaminado por chumbo

A contaminação de solos por chumbo representa importante risco à saúde humana, sendo o município de Santo Amaro da Purificação, BA, um dos mais graves casos de contaminação do metal. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de ácidos húmicos e carvão vegetal ativado como amenizantes da toxidez de Pb para plantas de milho cultivadas em solo contaminado, coletado próximo à área da metalúrgica responsável pela contaminação. As doses foram estabelecidas com base no teor de C dos materiais (ácidos húmicos de compostagem, ácidos húmicos comerciais e carvão vegetal) e corresponderam a 0; 0,75; 1,5; 3; e 7,5 g kg-1 de C no solo. Ao final de 43 dias de cultivo, as plantas foram coletadas rente ao solo, separadas em parte aérea e raízes e submetidas à digestão nítrico perclórica para determinação de Pb. A fim de avaliar o efeito do metal sobre o aparato fotossintético, os teores de clorofilas a e b foram também avaliados. Os amenizantes aplicados no solo contaminado foram eficientes em diminuir o estresse provocado por Pb nas plantas de milho, sendo a maior eficiência obtida para os ácidos húmicos de compostagem, seguida pelo carvão vegetal e pelos ácidos húmicos comerciais. Todos os amenizantes testados diminuíram a translocação de Pb para a parte aérea das plantas, o que implica em maior fixação do metal no solo, com consequente diminuição dos riscos de transferência à cadeia trófica. Por essa razão, esses amenizantes podem ser recomendados para programas de fitoestabilização de Pb em solos.

Biomass decomposition and nutrient release from black oat and hairy vetch residues deposited in a vineyard

A significant quantity of nutrients in vineyards may return to the soil each year through decomposition of residues from cover plants. This study aimed to evaluate biomass decomposition and nutrient release from residues of black oats and hairy vetch deposited in the vines rows, with and without plastic shelter, and in the between-row areas throughout the vegetative and productive cycle of the plants. The study was conducted in a commercial vineyard in Bento Gonçalves, RS, Brazil, from October 2008 to February 2009. Black oat (Avena strigosa) and hairy vetch (Vicia villosa) residues were collected, subjected to chemical (C, N, P, K, Ca, and Mg) and biochemical (cellulose - Cel, hemicellulose - Hem, and lignin - Lig content) analyses, and placed in litter bags, which were deposited in vines rows without plastic shelter (VPRWS), in vines rows with plastic shelter (VPRS), and in the between-row areas (BR). We collected the residues at 0, 33, 58, 76, and 110 days after deposition of the litter bags, prepared the material, and subjected it to analysis of total N, P, K, Ca, and Mg content. The VPRS contained the largest quantities and percentages of dry matter and residual nutrients (except for Ca) in black oat residues from October to February, which coincides with the period from flowering up to grape harvest. This practice led to greater protection of the soil surface, avoiding surface runoff of the solution derived from between the rows, but it retarded nutrient cycling. The rate of biomass decomposition and nutrient release from hairy vetch residues from October to February was not affected by the position of deposition of the residues in the vineyard, which may especially be attributed to the lower values of the C/N and Lig/N ratios. Regardless of the type of residue, black oat or hairy vetch, the greatest decomposition and nutrient release mainly occurred up to 33 days after deposition of the residues on the soil surface, which coincided with the flowering of the grapevines, which is one of the phenological stages of greatest demand for nutrients.

Alternativas de análise de ensaios em látice no melhoramento vegetal

Compararam-se diferentes formas de análise de experimentos em blocos incompletos, abordadas como casos particulares de modelos mistos, quais sejam: (a) análise intrablocos, em que apenas o efeito do erro experimental é suposto aleatório; (b) análise interblocos (látice), com efeitos de blocos supostos aleatórios; (c) análise BLUP, com os efeitos de tratamentos supostos aleatórios, e (d) modelo aleatório. Além disso, montou-se a ANAVA, considerando duas alternativas: (e) usando o quadrado médio de tratamentos ajustados para blocos e o quadrado médio do erro efetivo do látice; (f) tomando as repetições como blocos completos. Um exemplo de análise de um teste de progênies de Eucalyptus grandis (Hill) Maiden ilustra as implicações da escolha dos modelos para fins de seleção e de caracterização genética de populações. Observou-se que em geral o ordenamento dos tratamentos sofreu maiores alterações ao se mudar a alternativa de análise do que as estimativas do progresso esperado pela seleção. Tendência que se reforça com a seleção mais intensa. As formas de análise que consideram a restrição da casualização (blocos incompletos) foram as mais precisas, e dentre estas, a análise BLUP de tratamentos é conceitualmente a melhor, pois os tratamentos eram progênies de polinização livre, sendo a que mais difere da análise usual do látice. Isto indica ser possível minorar os erros de seleção nas análises de blocos incompletos no melhoramento vegetal.

Desempenho de uma semeadora-adubadora para plantio direto, em dois solos com diferentes tipos de cobertura vegetal

O desempenho operacional de uma semeadora-adubadora de plantio direto, versão soja e milho, foi avaliado em um Podzólico Vermelho-Amarelo câmbico, fase terraço, e um Latossolo Vermelho-Amarelo, da Zona da Mata de Minas Gerais. A máquina foi testada em três tipos de cobertura do solo e em duas velocidades de trabalho. Por ocasião do plantio, foram avaliados a patinagem do trator e da semeadora-adubadora, o consumo de combustível e a potência exigida, a distribuição de fertilizante e o nível de danos às sementes. Depois do plantio, foram avaliados o número de sementes distribuídas, o estande final, a profundidade de plantio e a distribuição longitudinal da semente. A uniformidade de distribuição longitudinal foi avaliada pela porcentagem de espaçamentos aceitáveis, distribuição dupla e falhas na distribuição, e pelo coeficiente de variação dos espaçamentos entre sementes. A demanda de potência foi maior no Podzólico, por sua maior densidade e resistência à penetração. Independentemente do tratamento, o número de sementes distribuídas e o estande final não apresentaram diferenças significativas. As sementes distribuídas não tiveram sua qualidade afetada pelos dosadores da máquina. A análise de variância não indicou diferença significativa entre os porcentuais de espaçamentos aceitáveis, a distribuição dupla e as falhas.

Fósforo no solo e desenvolvimento de soja influenciados pela adubação fosfatada e cobertura vegetal

A eficiência agronômica dos adubos fosfatados pode ser afetada pelas fontes de fosfato, propriedades do solo, modos de aplicação e espécies vegetais. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de doses de fósforo e resíduos de plantas de cobertura na dinâmica do fósforo no solo e no desenvolvimento inicial da soja. O experimento foi realizado em casa de vegetação, em vasos com material de um Latossolo Vermelho distrófico. Os tratamentos constituíram-se de três palhadas, milheto, aveia e sorgo-de-guiné, simulando a cobertura do solo, na quantidade de 8 t ha-1 de massa de matéria seca, interagindo com 0, 50, 100 e 150 kg ha-1 de P, aplicados sobre a palhada, na forma de superfosfato simples. As doses de P e os diferentes tipos de palha influenciaram a dinâmica do P no solo. A cobertura com milheto foi mais eficiente na lixiviação do P disponível, enquanto as coberturas com aveia e sorgo-de-guiné foram mais eficientes em lixiviar o P orgânico.

Comparação de procedimentos de quantificação de nitrato em tecido vegetal

O teor de nitrato é um importante índice da qualidade dos alimentos, mas existem problemas na sua quantificação. O objetivo deste trabalho foi comparar procedimentos de quantificação de nitrato em tecido vegetal. Em amostras de matéria seca da parte aérea de três cultivares de alface adubadas com cinco doses de nitrogênio, provenientes de experimento realizado em casa de vegetação, foi feita extração de nitrato com água desionizada e quantificação, utilizando os procedimentos da coluna redutora contendo cádmio, da destilação, do ácido salicílico e da mistura redutora contendo zinco. Os procedimentos do ácido salicílico e da mistura redutora contendo zinco superestimam os teores de nitrato na matéria seca de alface, pois são mais sujeitos à presença de interferentes e ao efeito da cor do extrato. Os procedimentos da coluna redutora contendo cádmio e o da destilação são os mais adequados na quantificação de nitrato em tecido vegetal. Contudo, a simplicidade e o menor custo da destilação em relação à coluna redutora indicam que a destilação deve ser recomendada.

Atributos biológicos do solo sob influência da cobertura vegetal e do sistema de manejo

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de culturas de cobertura e dos sistemas plantio direto (PD) e convencional (PC) sobre indicadores biológicos do solo, cultivado com feijoeiro-comum, no inverno, sob irrigação. O experimento foi conduzido em Santo Antônio de Goiás, GO, em Latossolo Vermelho distrófico textura argilosa. Culturas de cobertura foram implantadas anualmente no verão, desde 2001, sendo utilizadas a braquiária, guandu, milheto, capim-mombaça, sorgo, estilosantes, braquiária consorciada com milho, e mata nativa, como tratamento referência. Em 2005, 60 dias após o corte das culturas de cobertura foi implantada a cultura do feijoeiro, cultivar BRS Valente, sob irrigação, com semeadura realizada em 16/6/2005 e colheita efetuada em 19/9/2005. Coletaram-se amostras de solo, na profundidade de 0-10 cm, em três épocas: novembro de 2004 (pré-plantio das culturas de coberturas), junho (pré-plantio do feijoeiro) e julho (florescimento do feijoeiro) de 2005. Avaliaram-se a respiração basal, o carbono e o nitrogênio da biomassa microbiana, a razão carbono da biomassa microbiana/carbono orgânico, a razão nitrogênio da biomassa microbiana/nitrogênio total e o quociente metabólico do solo. Esses atributos biológicos do solo são influenciados pelas culturas de cobertura, manejo do solo e épocas de amostragem.