Estoque de carbono orgânico no solo e emissões de dióxido de carbono influenciadas por sistemas de manejo no sul do Brasil

O C fotossintetizado adicionado ao solo pelos resíduos vegetais (C-resíduo), as emissões de C na forma de dióxido de carbono (C-CO2) e o estoque de C orgânico do solo (C-solo) são componentes do ciclo deste elemento no sistema solo-planta-atmosfera. O efeito de práticas de manejo de solo sobre esses componentes necessita de melhor entendimento, visando à identificação de um sistema com potencial de reter C atmosférico no solo e contribuir para a mitigação do aquecimento global. Neste estudo, as emissões de C-CO2, o estoque de C e as adições de C pelos resíduos vegetais foram avaliados em experimento de longa duração (18 anos), localizado em Eldorado do Sul (RS). O quociente C-CO2/(C-resíduo + C-solo) foi proposto como índice da capacidade de sistemas de preparo e de cultura em conservar C no solo (ICC). A emissão de C-CO2 foi medida durante 17 meses; a quantidade de C-resíduo foi estimada com base em amostragens da massa de plantas de cobertura de inverno e no índice de colheita do milho; e o estoque de C-solo, avaliado na camada de 0-0,2 m do solo submetido aos sistemas de preparo convencional (PC) e plantio direto (PD), associados às sucessões de aveia (Avena strigosa Schreb)/milho (Zea mays L.) (A/M) e ervilhaca comum (Vicia sativa L.)/milho (E/M). Com objetivo de avaliar a relação das emissões de C-CO2 com fatores ambientais, foram monitoradas a temperatura a 0,05 m de profundidade e a umidade gravimétrica do solo nas camadas de 0-0,05; 0,05-0,1; e 0,1-0,2 m. Em comparação ao estoque de C-solo no início do experimento (33,4 t ha-1), o balanço foi negativo no solo em PC (-0,31 t ha-1 ano-1 no A/M e -0,10 t ha-1 ano-1 no E/M) e positivo no solo em PD (0,15 t ha-1 ano-1 ) apenas quando associado ao sistema E/M, o qual apresentou maior aporte de resíduos. As taxas mensais médias das emissões variaram entre 0,27 g m-2 de C-CO2 no inverno (média das temperaturas mínimas = 8 °C) e 1,36 g m-2 de C-CO2 no verão (média das temperaturas máximas = 38º C), que se relacionaram com a temperatura do solo (r > 0,85). A emissão total de C-CO2 no período variou entre 3,6 e 4,0 t ha-1 de C-CO2, não tendo sido verificada diferença significativa entre os sistemas de preparo de solo e de cultura. Entretanto, o ICC evidenciou que o potencial dos sistemas de manejo em conservar C no solo aumentou na ordem PC A/M < PC E/M < PD A/M < PD E/M. As condições menos oxidativas contribuíram para o balanço positivo de C no solo em plantio direto, característica que é potencializada pela utilização de sistemas de cultura com leguminosas como plantas de cobertura, que favorecem o acúmulo de C no solo por permitirem maior produção de massa das gramíneas cultivadas em sucessão, devido ao fornecimento de N.

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.

Leaf application of silicic acid to white oat and wheat

Silicon (Si) is beneficial to plants in several aspects, but there are doubts about the effectiveness of leaf application. The purpose of this work was to evaluate the effects of Si, applied in a newly developed stabilized silicic acid form to the leaf, on nutrition and yield of irrigated white oat and wheat. Two experiments were performed (one per crop) in winter 2008, in Botucatu-SP, Brazil. A completely randomized block design with 14 replications was used. Treatments consisted of a control (without Si application) and Si leaf spraying, at a rate of 2.0 L ha-1 of the commercial product containing 0.8 % soluble Si. Silicon rate was divided in three parts, i.e. applications at tillering, floral differentiation and booting stages. Silicon leaf application increased N, P, K, and Si concentrations in white oat flag leaf, resulting in higher shoot dry matter, number of panicles per m², number of grains per panicle and grain yield increase of 34 %. In wheat, Si leaf application increased K and Si concentrations, shoot dry matter and number of spikes per m², resulting in a grain yield increase of 26.9 %.

Fitomassa e decomposição de resíduos de plantas de cobertura puras e consorciadas

O cultivo de plantas de cobertura, no outono/inverno, na região do Planalto do Rio Grande Sul contribui para o sucesso do sistema plantio direto. No entanto, informações relativas à produção de fitomassa e decomposição de resíduos dessas espécies ainda são escassas para a região, sobretudo para espécies consorciadas. O experimento foi conduzido em Não-Me-Toque, RS, em um Latossolo Vermelho distrófico típico, avaliando-se nove tratamentos, sendo quatro constituídos por plantas de cobertura em culturas puras [centeio (Secale cereale L.), aveia-preta (Avena strigosa Schreb), ervilha forrageira (Pisum sativum subesp. arvense) e nabo forrageiro (Raphanus sativus L. var. oleiferus Metzg)] e cinco por consórcios [(centeio + ervilha forrageira, centeio + nabo forrageiro, aveia + nabo forrageiro, centeio + ervilhaca (Vicia sativa L.) e aveia + ervilhaca)]. A dinâmica de decomposição dos resíduos culturais das plantas de cobertura foi avaliada em bolsas de decomposição, as quais foram distribuídas na superfície do solo e coletadas aos sete, 14, 21, 28, 57, 117 e 164 dias. O consórcio entre leguminosas e crucífera com gramíneas resultou em maior produção de fitomassa em relação ao cultivo destas em culturas puras. O nitrogênio (N) acumulado na parte aérea dos consórcios formados por ervilha forrageira e nabo com centeio e aveia foi semelhante ao da leguminosa e da crucífera em culturas puras e superou em 220,4 % os valores de N observados para as gramíneas em culturas puras. Por meio do consórcio entre as espécies de cobertura foi possível reduzir a taxa de decomposição dos resíduos culturais, em comparação com as culturas puras da leguminosa e da crucífera.

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.

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.

AVALIAÇÃO ECOTOXICOLÓGICA DO RESÍDUO DE MINERAÇÃO DE CARVÃO

RESUMO O descarte de grandes quantidades de resíduos de mineração de carvão modifica quimicamente o solo e isso pode alterar a estrutura e atividade da fauna edáfica. Objetivou-se estudar os efeitos ecotoxicológicos das deposições de resíduo piritoso (carvão mais a pirita) em dois solos, coletados em Santa Catarina, Argissolo Vermelho-Amarelo e Nitossolo Háplico, nas doses de 0; 2,5; 5; 10 e 20 % desse resíduo. Os testes realizados foram sobrevivência e reprodução de Enchytraeus crypticus e de germinação comAvena sativa e Lotus corniculatus. O valor de pH, independentemente do tipo do solo, diminuiu à medida que aumentou a dose de resíduo piritoso. O resíduo piritoso na menor dose resultou em efeitos negativos ao E. crypticus, como redução na taxa sobrevivência de adultos e nenhuma reprodução. Nos testes de sobrevivência e reprodução de enquitreídeos, o valor de LC50 (concentração estimada que pode causar efeitos negativos na sobrevivência e germinação em 50 % de um grupo de organismos) ficou abaixo 4 % e EC50 (efeitos negativos na reprodução) <2,5 % para os dois solos, respectivamente. A exposição de A. sativa aos dois solos não expressou efeito tóxico para L. corniculatus, no Nitossolo. Porém, no Argissolo, a contaminação causou efeitos na menor dose para L. corniculatus. No teste de germinação de sementes, somente L. corniculatus apresentou sensibilidade no Argissolo Vermelho-Amarelo (LC50<4 %). A elevada sensibilidade dos organismos do solo avaliado à aplicação do resíduo piritoso influenciou-os negativamente, tanto em um curto período de tempo quanto em longo prazo.

Comportamento de adubos verdes de inverno na região serrana fluminense

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o comportamento de espécies de adubos verdes de inverno, em um Cambissolo Háplico Tb distrófico, sob duas condições de fertilidade, a 1.100 m de altitude. Dois experimentos de campo foram conduzidos em Nova Friburgo, RJ, utilizando as seguintes espécies: aveia-preta (Avena strigosa Schieb.), azevém-anual (Lollium multiflorum Lam.), chícharo (Lathyrus sativus L.), ervilhaca-comum (Vicia sativa L.), ervilhaca-peluda (Vicia villosa Roth), utilizada somente no segundo experimento, serradela-flor-rosa (Ornithopus sativus Brot.), tremoço-amarelo (Lupinus luteus L.), tremoço-branco cultivar Comum (Lupinus albus L.), tremoço-branco cultivar Multo Lupa Doce (Lupinus albus L.), tremoço-branco cultivar TRM 881 (Lupinus albus L.), trevo-branco (Trifolium repens L.), trevo-vermelho cultivar Achylesmarium (Trifolium pratense L.), e trevo-vesiculoso cultivar Jacuí 52 (Trifolium vesiculosum Savi). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com três repetições. As espécies que mais se destacaram na produção de massa seca e acumulação de N na parte aérea, sob condições de boa fertilidade no solo, foram as três cultivares de tremoço-branco, o tremoço-amarelo, a ervilhaca-comum e a aveia-preta. Sob condições de baixo teor de P, Ca e Mg no solo, as que mais se destacaram foram as três cultivares de tremoço-branco e a aveia-preta.

Nutrientes minerais na biomassa da parte aérea em culturas de cobertura de solo

O objetivo deste trabalho foi estimar as quantidades de nutrientes reciclados por cinco espécies vegetais utilizadas como culturas de cobertura do solo e que podem retornar ao solo pela mineralização da biomassa. Foram coletadas de vários experimentos amostras da matéria verde de aveia-preta (Avena strigosa Schreb), mucu-napreta (Stizolobium aterrimum Piper & Tracy), guandu (Cajanus cajan (L.) Millsp), tremoço (Lupinus albus L. e L. angustifolius L.) e ervilhaca (Vicia sativa L.). Foi estimado o rendimento de matéria seca e determinados os teores de N, P, K, Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, e, a partir dessas concentrações, foram calculadas a média observada, a média estimada e o intervalo de confiança a 95% para cada nutriente dentro de cada classe de rendimento de matéria seca, em cada espécie vegetal. Os dados foram tabulados dentro de intervalos de classe de rendimento de matéria seca e apresentadas as quantidades estimadas de nutrientes minerais. Foram ajustadas equações para estimar as quantidades desses nutrientes. A aveia-preta e a ervilhaca reciclam grande quantidade de K, e a ervilhaca, a mucu-napreta, o tremoço e o guandu reciclam grande quantidade de N. Todas as espécies reciclam quantidades apreciáveis de Ca, Mg e micronutrientes, porém baixas quantidades de P. A rotação de culturas é um meio de implementar com sucesso o aumento das áreas de lavoura em semeadura direta.

On the relationship between C and N fixation in nodulated alfalfa (Medicago sativa)

Legumes such as alfalfa (Medicago sativa L.) are vital N2-fixing crops accounting for a global N2 fixation of ~35 MtNyear-1. Although enzymatic and molecular mechanisms of nodule N2 fixation are now well documented, some uncertainty remains as to whether N2 fixation is strictly coupled with photosynthetic carbon fixation. That is, the metabolic origin and redistribution of carbon skeletons used to incorporate nitrogen are still relatively undefined. Here, we conducted isotopic labelling with both 15N2 and 13C-depleted CO2 on alfalfa plants grown under controlled conditions and took advantage of isotope ratio mass spectrometry to investigate the relationship between carbon and nitrogen turn-over in respired CO2, total organic matter and amino acids. Our results indicate that CO2 evolved by respiration had an isotopic composition similar to that in organic matter regardless of the organ considered, suggesting that the turn-over of respiratory pools strictly followed photosynthetic input. However, carbon turn-over was nearly three times greater than N turn-over in total organic matter, suggesting that new organic material synthesised was less N-rich than pre-existing organic material (due to progressive nitrogen elemental dilution) or that N remobilisation occurred to sustain growth. This pattern was not consistent with the total commitment into free amino acids where the input of new C and N appeared to be stoichiometric. The labelling pattern in Asn was complex, with contrasted C and N commitments in different organs, suggesting that neosynthesis and redistribution of new Asn molecules required metabolic remobilisation. We conclude that the production of new organic material during alfalfa growth depends on both C and N remobilisation in different organs. At the plant level, this remobilisation is complicated by allocation and metabolism in the different organs. Additional keywords: carbon exchange, carbon isotopes, nitrogen fixation, nitrogen 15 isotope

Concerted changes in N and C primary metabolism in alfalfa (Medicago sativa) under water restriction

Although the mechanisms of nodule N2 fixation in legumes are now well documented, some uncertainty remains on the metabolic consequences of water deficit. In most cases, little consideration is given to other organs and, therefore, the coordinated changes in metabolism in leaves, roots, and nodules are not well known. Here, the effect of water restriction on exclusively N2-fixing alfalfa (Medicago sativa L.) plants was investigated, and proteomic, metabolomic, and physiological analyses were carried out. It is shown that the inhibition of nitrogenase activity caused by water restriction was accompanied by concerted alterations in metabolic pathways in nodules, leaves, and roots. The data suggest that nodule metabolism and metabolic exchange between plant organs nearly reached homeostasis in asparagine synthesis and partitioning, as well as the N demand from leaves. Typically, there was (i) a stimulation of the anaplerotic pathway to sustain the provision of C skeletons for amino acid (e.g. glutamate and proline) synthesis; (ii) re-allocation of glycolytic products to alanine and serine/glycine; and (iii) subtle changes in redox metabolites suggesting the implication of a slight oxidative stress. Furthermore, water restriction caused little change in both photosynthetic efficiency and respiratory cost of N2 fixation by nodules. In other words, the results suggest that under water stress, nodule metabolism follows a compromise between physiological imperatives (N demand, oxidative stress) and the lower input to sustain catabolism.

Detection of drechslera avenae in oat seeds

The fungus Drechslera avenae, the causal agent of Helminthosporium leaf spot on oats (Avena sativa), survives as mycelium in crop residues and in infected seeds. In trials carried out in the laboratory, ten methods were evaluated for their efficiency to detect D. avenae in oat seeds. In each experiment, groups of two or three methods were compared to a standard protocol, in which seeds were placed in Petri dishes containing the Reis selective medium and incubated at 25±2 °C for ten days. Data were submitted to analysis of variation and the means of the methods were compared using the Dunnett test at the 5% significance level. Overall, the highest levels of seed infection by D. avenae were observed on oat seeds plated in the osmotic, the oat-agar and the Reis media, or on seeds subjected to heat treatment previous to incubation in malt-agar. Therefore, these methods should be recommended for detection of D. avenae in oat seed testing.

Pastejo e adubação nitrogenada sobre os atributos físicos do solo em sistema de integração lavoura-pecuária

RESUMO O sistema de integração lavoura-pecuária (SILP) é uma alternativa que vem atraindo grande interesse dos agricultores nas regiões produtoras de grãos, devido ao suporte à pecuária por meio da produção de alimento, além de melhoria nas propriedades físicas do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do pastejo e da adubação nitrogenada em atributos físicos do solo e na produtividade da cultura do milho, em um sistema de integração lavoura-pecuária. O delineamento foi em blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, sendo as parcelas as doses de nitrogênio, e as subparcelas, a presença e ausência de pastejo. Foram utilizadas três repetições por tratamento. Os tratamentos foram doses de nitrogênio de 0; 75; 150 e 225 kg ha-1 aplicados na pastagem de azevém (Lolium multiflorum Lam.) e aveia-branca (Avena sativa Lam.) no inverno. Posteriormente à pastagem, foi implantada a cultura do milho (Zea mays Lam.) no verão. O pastejo com controle da taxa de lotação animal de ovinos e manutenção da massa de forragem consorciada com aveia e azevém não alterou a densidade, a macroporosidade, a microporosidade e a porosidade total no Latossolo Bruno. O pastejo nas áreas que receberam adubação nitrogenada na pastagem, não prejudicou a produtividade da cultura do milho. A adubação nitrogenada da pastagem de inverno, igual ou superior a 150 kg N ha-1, garante elevada produtividade da cultura do milho na ausência da aplicação de N.

Weed interference periods in the 'Fécula Branca' cassava

This study aimed to determine the periods of weed interference in the first cycle of 'Fécula Branca' cassava. The experiment was arranged in a randomized block design, with four repetitions. The treatments consisted of eight periods of weed control (25, 50, 75, 100, 125, 150, and 175 days after planting - DAP) and eight periods of coexistence between the weed community and the crop (25, 50, 75, 100, 125, 150, and 175), besides control without weeds and control with weeds until harvest (322 DAP). The predominant weed species with higher relative importance were: Avena sativa, Sorghum halepense, Conyza Canadensis, Euphorbia heterophylla, Raphanus raphanistrum, and Commelina benghalensis. It was concluded that, accepting losses of 1% for root and starch production, the period before interference (PBI) was 66 and 70 DAP; the total period of interference prevention (TPIP) was 88 and 91 DAP and the critical period of interference (CPI) was between 66-88 and 70-91 DAP, respectively. For losses of 5% for root and starch production, the PBI was 87 and 88 DAP, and the TPIP 80 and 81 DAP, respectively; in this case, there was no CPI. Considering the average prices of R$ 218.90 t-1 and R$ 1,191.84 t-1, paid in 2012 for root and starch production, respectively, and control cost of R$ 300.00 ha-1 , the root and starch production for the period prior to economic loss (WEEPPEL) could be estimated to be 20 and 24 DAP, respectively.

Sorption of oxadiazon in soils cultivated in the brazilian cerrado

The objective of this study was to evaluate oxadiazon sorption in different soils of the Brazilian Cerrado, highlighting the correlations of lethal doses of this herbicide capable of inhibiting 50% of the dry matter accumulation of the bio-indicator (LD50) among the chemical characteristics of the soil and its direct and indirect effects. The experiment was carried out in a greenhouse in a randomized block design and four repetitions. Each experimental unit consisted of a pot with increasing rates of oxadiazon and oat (Avena sativa), as the bio-indicator species. For sorption evaluation, washed sand and 22 soils (substrates) from Cerrado Brazilian's Alliaceae cultivated areas were used. LD50 and sorption ratio (SR) = [(LD50soil - LD50sand)/LD50sand] to the substrates were determined. Pearson correlation analysis was performed between the chemical characteristics of the substrates and the LD50 of oxadiazon. A path analysis was quantified, to deploy only the significant correlations estimated in direct and indirect effects of the characters on LD50, which is a basic variable. A more pronounced LD50 (528.09 g ha-1) for the Cerrado soil sample resulted in higher SR (> 53.00), while in the washed sand substrate, LD50 corresponded only to 9.74 g ha-1 of the oxadiazon (available in soil). It was concluded that oxadiazon sorption is influenced by the chemical characteristics of the soils, highlighting the correlation with pH (CaCl2), magnesium content, aluminum, organic matter, organic carbon, and aluminum saturation.