Effect of compaction on microbial activity and carbon and nitrogen transformations in two oxisols with different mineralogy

The use of machinery in agricultural and forest management activities frequently increases soil compaction, resulting in greater soil density and microporosity, which in turn reduces hydraulic conductivity and O2 and CO2 diffusion rates, among other negative effects. Thus, soil compaction has the potential to affect soil microbial activity and the processes involved in organic matter decomposition and nutrient cycling. This study was carried out under controlled conditions to evaluate the effect of soil compaction on microbial activity and carbon (C) and nitrogen (N) mineralization. Two Oxisols with different mineralogy were utilized: a clayey oxidic-gibbsitic Typic Acrustox and a clayey kaolinitic Xantic Haplustox (Latossolo Vermelho-Amarelo ácrico - LVA, and Latossolo Amarelo distrófico - LA, respectively, in the Brazil Soil Classification System). Eight treatments (compaction levels) were assessed for each soil type in a complete block design, with six repetitions. The experimental unit consisted of PVC rings (height 6 cm, internal diameter 4.55 cm, volume 97.6 cm³). The PVC rings were filled with enough soil mass to reach a final density of 1.05 and 1.10 kg dm-3, respectively, in the LVA and LA. Then the soil samples were wetted (0.20 kg kg-1 = 80 % of field capacity) and compacted by a hydraulic press at pressures of 0, 60, 120, 240, 360, 540, 720 and 900 kPa. After soil compression the new bulk density was calculated according to the new volume occupied by the soil. Subsequently each PVC ring was placed within a 1 L plastic pot which was then tightly closed. The soils were incubated under aerobic conditions for 35 days and the basal respiration rate (CO2-C production) was estimated in the last two weeks. After the incubation period, the following soil chemical and microbiological properties were detremined: soil microbial biomass C (C MIC), total soil organic C (TOC), total N, and mineral N (NH4+-N and NO3--N). After that, mineral N, organic N and the rate of net N mineralization was calculated. Soil compaction increased NH4+-N and net N mineralization in both, LVA and LA, and NO3--N in the LVA; diminished the rate of TOC loss in both soils and the concentration of NO3--N in the LA and CO2-C in the LVA. It also decreased the C MIC at higher compaction levels in the LA. Thus, soil compaction decreases the TOC turnover probably due to increased physical protection of soil organic matter and lower aerobic microbial activity. Therefore, it is possible to conclude that under controlled conditions, the oxidic-gibbsitic Oxisol (LVA) was more susceptible to the effects of high compaction than the kaolinitic (LA) as far as organic matter cycling is concerned; and compaction pressures above 540 kPa reduced the total and organic nitrogen in the kaolinitic soil (LA), which was attributed to gaseous N losses.

Absorção de nutrientes e crescimento do arroz com suprimento combinado de amônio e nitrato¹

O arroz é classificado como uma planta tolerante ao amônio (NH4+) devido à predominância desse íon nos solos alagados. Entretanto, nas regiões oxidadas do solo e da rizosfera do arroz pode haver a formação de nitrato (NO3-) e esta se tornar importante fonte de N para cultura. Este trabalho foi conduzido com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes proporções entre os íons NH4+ e NO3- no desenvolvimento do arroz em solução nutritiva. O experimento foi realizado em casa de vegetação no período de janeiro a fevereiro de 2008, em solução nutritiva com as seguintes proporções entre NH4+ e NO3-: 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 e 0:100 na concentração de 5,0 mmol L-1 de N. Foi cultivado o genótipo IRGA 417 e avaliado o rendimento de biomassa, os teores de N, K, Ca e Mg na biomassa e na seiva do xilema. Houve toxidez por NH4+ nas proporções de 100:0 e 75:25 e por NO3- nas proporções de 25:75 e 0:100. Na proporção de 50:50 as plantas se desenvolveram normalmente. O suprimento combinado de NH4+ e NO3- aumentou a produção de biomassa em relação ao NH4+ e ao NO3- supridos isoladamente. O NH 4+ na solução reduziu os teores de Ca e Mg na biomassa, porém não influenciou o teor de N e o de K. Já na seiva do xilema houve redução nos teores de K, Ca e Mg, indicando que o NH4+ influenciou na absorção desses cátions. A quantidade total absorvida de N, K, Mg e Ca foi maior com o suprimento combinado de NH4+ e NO3-, indicando que, além de promover melhor desenvolvimento das plantas de arroz, aumenta a eficiência de absorção de nutrientes em relação ao suprimento isolado das duas formas de N.

Brachiaria species affecting soil nitrification

Nitrification can lead to substantial losses of the applied N through nitrate leaching and N2O emission. The regulation of nitrification may be a strategy to improve fertilizer N recovery and increase its agronomic efficiency. The objective of this study was to evaluate the inhibiting capacity of nitrification in soil by Brachiaria species. The greenhouse experiment was conducted using pots with 10 dm³ of a Red Latosol sample. The treatments consisted of the cultivation of three forage species (Brachiaria brizantha, B. ruziziensis and B. decumbens) and four n rates (0, 100, 200, and 300 mg/pot), and the control (without plants). In the absence of the forage plants, all N fertilization levels raised the N-NO3- soil levels, as a result of nitrification. The mineralization of organic matter supplied much of the N requirement of the forage plants and nitrification was influenced in the rhizosphere of B. brizantha; however, this effect was not high enough to alter the N-NH4+ level in the total soil volume of the pot.

Nitrate role in basic cation leaching under no-till

Especially under no-tillage, subsuface soil acidity has been a problem, because it depends on base leaching, which has been associated with the presence of low molecular weigth organic acids and companion anions. The objective of this study was to evaluate exchangeable base cation leaching as affected by surface liming along with annual urea side-dressing of maize and upland rice. Treatments consisted of four lime rates (0, 1500, 3000, and 6000 kg ha-1) combined with four nitrogen rates (0, 50, 100, and 150 kg ha-1) applied to maize (Zea mays) and upland rice (Oryza sativa), in two consecutive years. Maize was planted in December, three months after liming. In September of the following year, pearl millet (Pennisetum glaucum) was planted without fertilization and desiccated 86 days after plant emergence. Afterwards, upland rice was grown. Immediately after upland rice harvest, 18 months after surface liming, pH and N-NO3-, N-NH4+, K, Ca, and Mg levels were evaluated in soil samples taken from the layers 0-5, 5-10, 10-20 and 20-40 cm. Higher maize yields were obtained at higher N rates and 3000 kg ha-1 lime. Better results for upland rice and pearl millet yields were also obtained with this lime rate, irrespective of N levels. The vertical mobility of K, Ca and Mg was higher in the soil profiles with N fertilization. Surface liming increased pH in the upper soil layers causing intense nitrate production, which was leached along with the base cations.

Crescimento e produção do arroz sob diferentes proporções de Nitrato e de Amônio

As plantas diferem quanto à preferência pela forma de N mineral a ser absorvida e metabolizada. No arroz, essa preferência parece variar com o estádio de crescimento da cultura. O presente trabalho objetivou avaliar o efeito de proporções de N-nitrato e de N-amônio sobre o crescimento e a produção de grãos das cultivares de arroz de terras altas BRS Colosso e BRSMG Conai em solução nutritiva, em dois experimentos, um com cada cultivar. Em ambos os experimentos o delineamento utilizado foi o inteiramente casualizado, com quatro repetições, em esquema de parcelas subdivididas no tempo. As parcelas primárias foram constituídas por cinco relações N-nitrato (N-NO3-):N-amônio (N-NH4+) (100:00, 80:20, 60:40, 50:50 e 40:60), e as subparcelas, por estádios de crescimento do arroz (início do perfilhamento, diferenciação do primórdio floral e início da emissão de panículas). O fornecimento de N na forma exclusiva de nitrato, ou de amônio em maiores proporções que o nitrato, diminuiu a produção de matéria seca das cultivares de arroz, principalmente na época da emissão de panículas, alterando também a produção de grãos. A máxima produção de matéria seca da parte aérea das cultivares de arroz ocorreu para proporções de nitrato entre 58 e 68 %. Para a produção de grãos, os máximos foram obtidos com proporções de nitrato entre 75 e 78 %. A causa do menor crescimento e da produção das cultivares de arroz quando se forneceu apenas nitrato foi o acúmulo excessivo dessa forma nos tecidos das plantas na fase inicial do seu crescimento, devido à baixa atividade da redutase do nitrato nessa fase. Entretanto, houve efeito prejudicial também pelo excesso de amônio, quando este se encontrava em maiores proporções que o nitrato na solução nutritiva.

Estimating subsoil resistance to nitrate leaching from easily measurable pedological properties

Leaching of nitrate (NO3-) can increase the groundwater concentration of this anion and reduce the agronomical effectiveness of nitrogen fertilizers. The main soil property inversely related to NO3- leaching is the anion exchange capacity (AEC), whose determination is however too time-consuming for being carried out in soil testing laboratories. For this reason, this study evaluated if more easily measurable soil properties could be used to estimate the resistance of subsoils to NO3- leaching. Samples from the subsurface layer (20-40 cm) of 24 representative soils of São Paulo State were characterized for particle-size distribution and for chemical and electrochemical properties. The subsoil content of adsorbed NO3- was calculated from the difference between the NO3- contents extracted with 1 mol L-1 KCl and with water; furthermore, NO3- leaching was studied in miscible displacement experiments. The results of both adsorption and leaching experiments were consistent with the well-known role exerted by AEC on the nitrate behavior in weathered soils. Multiple regression analysis indicated that in subsoils with (i) low values of remaining phosphorus (Prem), (ii) low soil pH values measured in water (pH H2O), and (iii) high pH values measured in 1 moL L-1 KCl (pH KCl), the amounts of surface positive charges tend to be greater. For this reason, NO3- leaching tends to be slower in these subsoils, even under saturated flow condition.

Mineralização de nitrogênio em latossolos adubados com resíduos orgânicos

A taxa de mineralização do nitrogênio (N) varia de um resíduo orgânico para outro, evidenciando-se dependente da sua composição química e interação do material orgânico com o solo. Este estudo foi realizado com o objetivo de avaliar a dinâmica de mineralização de N de resíduos orgânicos incubados em Latossolos. O experimento foi conduzido no período de julho de 2007 a abril de 2008, sendo incubadas amostras de estercos, lodos, compostos, substrato e turfa em areia lavada, Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf), com 240 e 670 g kg-1 de argila, respectivamente. O N mineralizado foi avaliado medindo-se os teores de N-NH4+ e N-NO3- em lixiviados coletados aos 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150, 180, 210, 240 e 270 dias de incubação. A mineralização de N ocorreu a maiores taxas nos períodos iniciais de incubação. O N mineralizado (33 a 199,2 mg kg-1) após 270 dias de incubação é regulado pelos teores de N total e de carbono solúvel em água dos resíduos orgânicos. Independentemente do meio utilizado para incubação, os estercos de galinha e de codorna propiciaram os maiores teores de N mineralizado nos Latossolos. À exceção dos estercos de galinha e codorna, há imobilização líquida de N no LVA; mineralização líquida de N é verificada no LVdf, para todos os resíduos orgânicos. Em relação às formas de N disponibilizadas pelos resíduos, predomina o N-nitrato, sendo a proporção N-nítrico/N-amoniacal dependente da mistura solo-resíduo estudada.

Nitrogênio, carbono e compactação do solo como fatores limitantes do processo de recuperação de matas ciliares

A recuperação de áreas de floresta, principalmente de matas ciliares, tornou-se fator-chave para a adequação ambiental da agricultura, com o propósito de proteger os recursos hídricos e a biota. Entretanto, o cultivo agrícola tradicional, além de ter alterado a ciclagem de nutrientes com a perda de matéria orgânica, biomassa e atividade microbiana, causou também a compactação do solo, o que influencia a posterior implantação de reflorestamentos. O objetivo deste trabalho foi identificar quais atributos do solo (físicos, químicos e microbiológicos) mais influenciam o teor de C, N, P e umidade da serapilheira em áreas de mata ciliar com diferentes idades de recuperação (20, 10 e cinco anos), em comparação com uma área nativa (NT). A partir da ANOVA e dos testes de médias (Duncan) e correlação (Pearson), foram verificados quais atributos acompanham o tempo de recuperação e qual a relação entre eles. A análise multivariada de partição da inércia a partir da análise de redundância (pRDA) foi feita a fim de identificar quais atributos do solo foram mais importantes para discriminar entre as áreas, com base nos teores de C, N, P e umidade da serapilheira encontrados nessas áreas. Maior relação C/N da serapilheira foi encontrada nas áreas de 20 (26,8) e de cinco (29,9) anos. Entre os atributos microbiológicos avaliados, observou-se que a respiração basal do solo (C-CO2), o carbono da biomassa microbiana (CBM) e a atividade das enzimas desidrogenase e urease foram diretamente proporcionais ao aumento da idade das áreas. O C e N totais do solo, o N-NO3, o nitrogênio da biomassa microbiana (NBM), a atividade das enzimas desidrogenase e urease, bem como a macroporosidade correlacionaram-se positivamente e a microporosidade, negativamente, com o C e N da serapilheira. A partir da pRDA, o NBM e o carbono total do solo foram os atributos mais importantes para explicar o teor de N e C da serapilheira; a explicação compartilhada foi mais da metade de toda a explicação observada ou 28,2 %. A melhoria das condições físicas do solo e a adição de matéria orgânica que resultam na formação de uma serapilheira mais rica em N pode ser uma forma de melhorar as condições microbiológicas e químicas do solo e de acelerar o processo de recuperação.

Rice straw incorporated just before soil flooding increases acetic acid formation and decreases available nitrogen

Incorporation of rice straw into the soil just before flooding for water-seeded rice can immobilize mineral nitrogen (N) and lead to the production of acetic acid harmful to the rice seedlings, which negatively affects grain yield. This study aimed to evaluate the formation of organic acids and variation in pH and to quantify the mineral N concentration in the soil as a function of different times of incorporation of rice straw or of ashes from burning the straw before flooding. The experiment was carried out in a greenhouse using an Inceptisol (Typic Haplaquept) soil. The treatments were as follows: control (no straw or ash); incorporation of ashes from previous straw burning; rice straw incorporated to drained soil 60 days before flooding; straw incorporated 30 days before flooding; straw incorporated 15 days before flooding and straw incorporated on the day of flooding. Experimental units were plastic buckets with 6.0 kg of soil. The buckets remained flooded throughout the trial period without rice plants. Soil samples were collected every seven days, beginning one day before flooding until the 13th week of flooding for determination of mineral N- ammonium (NH4+) and nitrate (NO3-). Soil solution pH and concentration of organic acids (acetic, propionic and butyric) were determined. All NO3- there was before flooding was lost in approximately two weeks of flooding, in all treatments. There was sigmoidal behavior for NH4+ formation in all treatments, i.e., ammonium ion concentration began to rise shortly after soil flooding, slightly decreased and then went up again. On the 91st day of flooding, the NH4+ concentrations in soil was 56 mg kg-1 in the control treatment, 72 mg kg-1 for the 60-day treatment, 73 mg kg-1 for the 30-day treatment and 53 mg kg-1 for the ash incorporation treatment. These ammonium concentrations correspond to 84, 108, 110 and 80 kg ha-1 of N-NH4+, respectively. When the straw was incorporated on the day of flooding or 15 days before, the concentration of N-NH4+ in the soil was 28 and 54 mg kg-1, equivalent to an accumulation of 42 and 81 kg ha-1 of N-NH4+, respectively. There was formation of acetic acid in which toxic concentrations were reached (7.2 mmol L-1) on the 15th day of flooding only for the treatment with straw incorporated on the day of flooding. The pH of the soil solution of all the treatments increased after flooding and this increase was faster in the treatments with incorporation of straw, followed by the ash treatment and then the control. After 60 days of flooding, however, the pH values were around 6.5 for all treatments, except for the control, which reached a pH of 6.3. Rice straw should be incorporated into the soil at least 30 days before flooding; otherwise, it may immobilize part of the mineral N and produce acetic acid in concentrations toxic to rice seedlings.

Hidróxidos duplos lamelares como matrizes para fertilizantes de liberação lenta de nitrato

Diante do extensivo uso de fertilizantes nitrogenados na agricultura e elevado potencial de lixiviação do nitrato, há uma demanda por fertilizantes de liberação lenta ou controlada. Os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) sintéticos reúnem características que os qualifica para o uso como matrizes para fertilizantes de liberação lenta de íons nitrato. Os objetivos deste trabalho foram focados na síntese, caracterização e investigação do processo de liberação lenta de nitrato em um HDL contendo íons Mg2+ e Al3+ em sua estrutura. O HDL com a fórmula Mg0,83Al0,17(OH)2(NO3)0,17.0,56H2O foi sintetizado pelo método de coprecipitação em pH alcalino constante, separado por centrifugação e seco em estufa a vácuo. As análises de difração de raios-X, de espectroscopia vibracional na região do infravermelho com transformada Fourier e as análises térmicas comprovam a obtenção do composto contendo o íon nitrato hidratado intercalado, além da fórmula proposta. O composto foi submetido a testes de liberação de nitrato em solução de NaHCO3 tamponado a pH 6,5 e em água destilada. As curvas obtidas evidenciaram dois eventos complementares de liberação de nitrato, um evento inicial rápido e um outro lento e gradativo. O composto investigado neste trabalho demonstrou potencial para ser utilizado como matriz para fertilizante de liberação lenta de nitrato.

Liberação de nitrato de hidróxidos duplos lamelares como potenciais fertilizantes de liberação lenta

Hidróxidos duplos lamelares (HDL) são intercaladores potenciais aniônicos. Com o objetivo de obter fertilizantes de liberação lenta de nitrato, foram sintetizados HDL com a fórmula geral [M2+1-xM3+x(OH)2]x-(NO3)x.yH2O, em que M2+ = Mg2+ e M3+ = Al3+ e, ou, Fe3+, utilizando-se o método de coprecipitação a pH alcalino constante. Medidas de difração de raios-X evidenciaram que a cristalinidade aumenta com o acréscimo do valor de pH e da razão molar M2+/M3+. As medidas de FTIR apresentaram bandas características de nitrato livre no espaço interlamelar, além de pequena contaminação de íons carbonato. Medidas de TGA/DTA possibilitaram a confirmação das composições e dos teores de íons de nitrato intercalados. As curvas de liberação de nitrato demonstraram dois comportamentos de liberação complementar, um inicial rápido (A) e um lento gradativo (D), sendo, este último, relacionado à orientação planar do íon nitrato intercalado. Os materiais sintetizados e investigados neste trabalho apontaram grande potencial para serem utilizados como matrizes para fertilizantes de liberação lenta de nitrato.

Solução do Solo e Análise de Componentes Principais para Monitoramento da Aplicação de Lodo de Esgoto

O uso agrícola do lodo é uma alternativa viável para a reciclagem de nutrientes, embora haja certa preocupação com o aumento de espécies químicas solúveis originadas da mineralização da fração orgânica. Assim, para conhecer a disponibilidade de nutrientes e o risco de contaminação do solo e da água, o estudo da solução do solo é uma ferramenta valiosa. Nesses estudos, o número de variáveis utilizadas ultrapassa facilmente uma dezena, e ferramentas de análise exploratória, como a análise de componentes principais (ACP), revelam a existência ou não de amostras anômalas, de relações entre as variáveis medidas e sua contribuição relativa e de relações ou agrupamentos entre amostras. O objetivo deste trabalho foi identificar variáveis relacionadas com a solução do solo e alteradas, em razão do uso do lodo de esgoto e da adubação mineral, de forma a complementar os procedimentos para monitoramento/avaliação de áreas que recebem esse tipo de resíduo. A composição da solução do solo de uma área que recebeu lodo de esgoto por sete anos consecutivos foi estudada dos 22 aos 46 meses após a sua última aplicação. Com a solução do solo foi possível, por meio da ACP, distinguir as áreas em função da adubação aplicada. Após quatro anos da interrupção das aplicações sucessivas de lodo de esgoto, não verificou-se concentração apreciável de metais na solução do solo, embora ainda seja possível identificar traços da mineralização do resíduo. As variáveis pH, Mn2+, COD, SO4(2-), NO3- e NH4+ na solução do solo podem ser utilizadas no monitoramento de áreas tratadas com lodo de esgoto.

Adsorção de cádmio em Latossolos sob vegetação de mata nativa e cultivados¹

Os metais pesados podem ser encontrados naturalmente em solos, em baixas concentrações, podendo ter seus teores intensificados por meio de ações antrópicas, tornando-se um dos entraves no manejo de solos tropicais. Esses elementos químicos podem ser encontrados na constituição de adubos orgânicos e inorgânicos, inseticidas, fungicidas, rejeito de mineração e lixo urbano, podendo causar sérios danos ao ambiente e à saúde humana. Nesse sentido, estudos de adsorção são imprescindíveis na avaliação do comportamento de metais pesados no solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos atributos químicos, granulométricos e mineralógicos sobre a adsorção de Cd, avaliados pelos modelos de Langmuir e de Freundlich, em Latossolos que sofreram ou não ação antrópica. As amostras de solo foram coletadas da camada superficial, 0,00-0,20 m, sendo realizadas análises químicas, granulométricas e mineralógicas. No estudo de adsorção, foram usadas as concentrações 0, 5, 25, 50, 100, 200, 300 e 400 µg L-1 de Cd na forma de Cd(NO3)2. Para a construção das isotermas de adsorção, utilizaram-se os modelos matemáticos empíricos de Langmuir e Freundlich. Os dados obtidos foram analisados por meio de técnicas estatísticas multivariadas, Análise de Agrupamento e Análise de Componentes Principais; no experimento de adsorção os dados ajustaram-se aos modelos de Langmuir e Freundlich. Os solos com menor relação goethita/hematita e maior capacidade de troca de cátions e pH apresentaram maior capacidade máxima de adsorção de Cd.

Resposta do tomateiro à fertirrigação potássica e cobertura plástica do solo

O objetivo do presente estudo foi determinar os efeitos da fertirrigação potássica e da cobertura do solo em película de plástico preto, na cultura do tomate. O experimento foi realizado na Universidade Federal de Viçosa, em solo Podzólico Vermelho-Amarelo câmbico. Os tratamentos, em cinco repetições, no delineamento em blocos casualizados, corresponderam a: (A) aplicação manual de 40% da dose recomendada de K no sulco de transplante e 60% aplicados manualmente, em cobertura; (B) aplicação manual de 40% da dose de K no sulco de transplante, e 60% aplicados por fertirrigação; (C) procedimento idêntico ao anterior, porém com o solo coberto por plástico preto; (D) aplicação de 100% da dose de K por fertirrigação e (E) procedimento idêntico ao anterior, porém com o solo coberto por plástico preto. Os tratamentos B, C, D e E foram irrigados por gotejamento. Maiores produções de tomates foram obtidas com a aplicação do K por fertirrigação do que com a aplicação manual. Estas produções, entretanto, não foram influenciadas pela aplicação total ou parcial de K por fertirrigação, nem pela presença de cobertura plástica do solo. Os teores de N-NO3-, N-orgânico, K, Ca e Mg no pecíolo do tomateiro não foram influenciados pelos tratamentos.

Plant architecture of Paspalum vaginatum schwartz modified by nitrate and ammonium nutrition

Paspalum vaginatum Schwartz plants were grown under greenhouse conditions in a continuous-flow hydroponic culture, containing NO3- or NH4+or NH4NO3 as nitrogen source. After 30 days, the size of aerial biomass and root system decreased significantly when plants were supplied with NH4+as exclusive nitrogen source. Compared to NO3- treatment, reducing and non-reducing sugars were decreasing together with a significant increase in amino acids content. NH4+-nutrition caused tillers to grow toward an orthogravitropic position (average angle of 68° with respect to the horizontal), and with NO3--nutrition, tillers tended to become diagravitropic (average angle of 23°). With NH4NO3 all the parameters measured had values in between those of the other two sources. Thus, the morphologic differences among plants growing in NO3- or NH4+ nutrition confirm the hypothesis that nitrogen source determines the growth habit of tillers in P. vaginatum by modulating the endogenous levels of reducing-non-reducing sugars.