Simple measures of climate, soil properties and plant traits predict national scale grassland soil carbon stocks

1. Soil carbon (C) storage is a key ecosystem service. Soil C stocks play a vital role in soil fertility and climate regulation, but the factors that control these stocks at regional and national scales are unknown, particularly when their composition and stability are considered. As a result, their mapping relies on either unreliable proxy measures or laborious direct measurements. 2. Using data from an extensive national survey of English grasslands we show that surface soil (0-7cm) C stocks in size fractions of varying stability can be predicted at both regional and national scales from plant traits and simple measures of soil and climatic conditions. 3. Soil C stocks in the largest pool, of intermediate particle size (50-250 µm), were best explained by mean annual temperature (MAT), soil pH and soil moisture content. The second largest C pool, highly stable physically and biochemically protected particles (0.45-50 µm), was explained by soil pH and the community abundance weighted mean (CWM) leaf nitrogen (N) content, with the highest soil C stocks under N rich vegetation. The C stock in the small active fraction (250-4000 µm) was explained by a wide range of variables: MAT, mean annual precipitation, mean growing season length, soil pH and CWM specific leaf area; stocks were higher under vegetation with thick and/or dense leaves. 4. Testing the models describing these fractions against data from an independent English region indicated moderately strong correlation between predicted and actual values and no systematic bias, with the exception of the active fraction, for which predictions were inaccurate. 5. Synthesis and Applications: Validation indicates that readily available climate, soils and plant survey data can be effective in making local- to landscape-scale (1-100,000 km2) soil C stock predictions. Such predictions are a crucial component of effective management strategies to protect C stocks and enhance soil C sequestration.

Global patterns of plant root colonization intensity by mycorrhizal fungi explained by climate and soil chemistry

Aim Most vascular plants on Earth form mycorrhizae, a symbiotic relationship between plants and fungi. Despite the broad recognition of the importance of mycorrhizae for global carbon and nutrient cycling, we do not know how soil and climate variables relate to the intensity of colonization of plant roots by mycorrhizal fungi. Here we quantify the global patterns of these relationships. Location Global. Methods Data on plant root colonization intensities by the two dominant types of mycorrhizal fungi world-wide, arbuscular (4887 plant species in 233 sites) and ectomycorrhizal fungi (125 plant species in 92 sites), were compiled from published studies. Data for climatic and soil factors were extracted from global datasets. For a given mycorrhizal type, we calculated at each site the mean root colonization intensity by mycorrhizal fungi across all potentially mycorrhizal plant species found at the site, and subjected these data to generalized additive model regression analysis with environmental factors as predictor variables. Results We show for the first time that at the global scale the intensity of plant root colonization by arbuscular mycorrhizal fungi strongly relates to warm-season temperature, frost periods and soil carbon-to-nitrogen ratio, and is highest at sites featuring continental climates with mild summers and a high availability of soil nitrogen. In contrast, the intensity of ectomycorrhizal infection in plant roots is related to soil acidity, soil carbon-to-nitrogen ratio and seasonality of precipitation, and is highest at sites with acidic soils and relatively constant precipitation levels. Main conclusions We provide the first quantitative global maps of intensity of mycorrhizal colonization based on environmental drivers, and suggest that environmental changes will affect distinct types of mycorrhizae differently. Future analyses of the potential effects of environmental change on global carbon and nutrient cycling via mycorrhizal pathways will need to take into account the relationships discovered in this study.

Local adaptation in migrated interior Douglas-fir seedlings is mediated by ectomycorrhizas and other soil factors

Separating edaphic impacts on tree distributions from those of climate and geography is notoriously difficult. Aboveground and belowground factors play important roles, and determining their relative contribution to tree success will greatly assist in refining predictive models and forestry strategies in a changing climate. In a common glasshouse, seedlings of interior Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii var. glauca) from multiple populations were grown in multiple forest soils. Fungicide was applied to half of the seedlings to separate soil fungal and nonfungal impacts on seedling performance. Soils of varying geographic and climatic distance from seed origin were compared, using a transfer function approach. Seedling height and biomass were optimized following seed transfer into drier soils, whereas survival was optimized when elevation transfer was minimised. Fungicide application reduced ectomycorrhizal root colonization by c. 50%, with treated seedlings exhibiting greater survival but reduced biomass. Local adaptation of Douglas-fir populations to soils was mediated by soil fungi to some extent in 56% of soil origin by response variable combinations. Mediation by edaphic factors in general occurred in 81% of combinations. Soil biota, hitherto unaccounted for in climate models, interacts with biogeography to influence plant ranges in a changing climate.

Evaluation of solid residues removed from a mangrove swamp in the Sao Vicente Estuary, SP, Brazil

Mangrove swamps are found in estuaries along the coastal plains of tropical regions and have be subjected to heavy occupation and use pressure due to their privileged locations and abundance of biological resources. The present work evaluated the ecological characteristics and solid wastes accumulated in eight areas along the Santos - Sao Vicente Estuary Complex. The superficially deposited residues at each sampling site were collected and subsequently washed, drained, counted, weighed and separated into classes according to their composition and predominant use. The predominant litter type in terms of density was plastic (62.81%) and, by weight, wood (55.53%). The greatest deposition of residues was associated with areas that were less inclined and that had low plant density levels, indicating that the presence of obstacles was not critical for retaining floating residues in mangrove areas. The presence of the most frequently encountered types of solid waste residues could be explained by local activities. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Desenvolvimento do feijoeiro sob o uso de biofertilizante e adubação mineral

A produção intensiva de alimentos exige manejo adequado do solo para garantir a produtividade e a sustentabilidade ambiental. Uma das alternativas é a utilização de resíduos orgânicos no desenvolvimento das culturas, diminuindo a dependência de adubos minerais. Com o objetivo de avaliar o desenvolvimento da cultura de feijão (Phaseolus vulgaris L.), utilizando biofertilizante e adubação mineral, conduziu-se o experimento com seis tratamentos dispostos ao acaso, em esquema fatorial, em quatro blocos, com parcelas de 8,0 x 5,0 m. Os tratamentos sob solo cultivado com a cultura de feijão caracterizaram-se como: com e sem biofertilizante (CB e SB, respectivamente) e para a adubação mineral foram utilizadas a dose recomendada no plantio, ½ dose de adubação e sem adubação mineral (AM, 1/2AM, SAM). Adotaram-se práticas culturais convencionais para o preparo inicial do solo, e em seguida foi efetuada a aplicação de biofertilizante de origem bovina na dosagem de 100 m³ ha-1, com antecedência de três meses da semeadura. Foram avaliados os parâmetros massa da matéria seca acumulada na parte aérea da planta, área foliar e produtividade da cultura. Os resultados mostraram semelhanças entre as características analisadas, obtendo-se melhor desenvolvimento à cultura que recebeu biofertilizante.

Efeito da calagem superficial em plantio direto na concentração de cátions hidrossolúveis na parte aérea de culturas anuais

A acidez do solo no sistema plantio direto pode ser minimizada com aplicação superficial de calcário. Tal prática é favorecida pela permanência de restos vegetais na superfície do solo, pela liberação de compostos orgânicos hidrossolúveis, que variam de planta para planta. Por isso foi instalado um experimento em Latossolo Vermelho distrófico (V = 41 %) em Botucatu (SP), objetivando avaliar os efeitos da aplicação superficial de calcário dolomítico na concentração de cátions solúveis nos resíduos vegetais das culturas de milheto, feijão e aveia preta em dois anos agrícolas (2002/2003 e 2003/2004). No caso do feijoeiro, o delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados em esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. As parcelas foram representadas por cultivares de feijão (Carioca, IAC Carioca Eté, Pérola, IAPAR 81 e Campeão 2), enquanto as subparcelas foram formadas por doses de calcário dolomítico (sem aplicação, 1,8; 3,6 e 5,4 t ha-1). Para o milheto e aveia preta foram consideradas apenas as doses como fator. Foram avaliados os teores de Ca, Mg, K e Mn na parte aérea de todas as culturas, bem como a condutividade elétrica no extrato. Os resultados evidenciaram que os teores de Ca, K e Mg solúveis na parte aérea das culturas anuais avaliadas não foram alterados com a aplicação superficial de doses de calcário dolomítico. As culturas do milheto e feijão apresentaram maior teor de cátions solúveis na parte aérea, quando comparado ao da aveia preta.

Chemical properties and enzyme activity in a sewage sludge-treated soil

A soil sample was taken from the top 0-20cm at Jaboticabal county, São Paulo State, Brazil, air dried, sieved to 5mm, and placed into pots (2700g per pot). Sewage sludge was air-dried, ground to 2mm, and thoroughly mixed to the top 0-10cm soil of each pot, which were irrigated with distilled water in a total volume equivalent to the last 30years average rainfall in the region. Sorghum was sowed 120days after sewage sludge incorporation and then the irrigation was made according to the plants' requirement. When the plants were about 10 cm high, they were thinned to two per pot. Soil samples (0-10, 10-20, and 20-30 cm depth) were obtained immediately after the incorporation of sewage sludge and at 30, 60, 120, and 170 days after, air dried, sieved to 2 mm and analyzed for organic matter (OM), pH (0,01 mol L-1 CaCl2), extractable P (resin), potassium (K), calcium (Ca), and magnesium (Mg), amylase and cellulase activity. Sewage sludge increased soil OM, pH, extractable phosphorus (P), K. Ca. amylase and cellulase activity, especially at the rate 16 t ha(-1). Organic matter, extractable P, K, Ca, Mg. and amylase activity were higher in the top 0-10cm, while pH was higher in the 20-30cm layer. Amylase activity was not affected by sampling depth. Organic matter, pH, extractable P. K, Ca, and Mg decreased during the experimental period. Amylase activity decreased until sorghum was sowed and increased afterwards. Cellulase activity increased until 90 days after sewage sludge application and then decreased. Sewage sludge used in the experiment should already contain some amylase activity or a substance that was a soil enzyme activator and also a substance that was an inhibitor of soil cellulase inhibitor. Sonic of the plant nutrients contained in sewage sludge, mainly P, did not migrate down the soil column. an indication that sewage sludge should be incorporated into the soil to improve nutrient bioavailability. Sorghum roots increased amylase activity but did not affect cellulase activity.

Effect of liming on the mineral nutrition and yield of growing guava trees in a typic hapludox soil

High soil acidity influences the availability of mineral nutrients and increases that of toxic aluminium (Al), which has a jeopardizing effect on plant growth. The objective of this research was to evaluate the effects of soil liming on the development of guava (Psidium guajava L.) plants, on soil chemical characteristics, and on fruit yield. The experiment was carried out at the Bebedouro Citrus Experimental Station, state of São Paulo, Brazil, in a Typic Hapludox soil, from August 1999 to March 2003. The treatments consisted of limestone dose: D0 = zero; D1 = half dose; D2 = total dose; D3 = 1.5 times the dose, and D4 = 2 times the dose to raise the V value to 70%. The doses corresponded to zero, 1.85, 3.71, 5.56, and 7.41tha(-1) applied to the upper soil layer (0-30cm deep) before planting. The results showed that liming caused an improvement in the evaluated soil chemical characteristics up to a depth of 60cm in soil samples both in the line and between lines. The highest fruit yields were obtained when the base saturation reached a value of 55% in the line and 62% between the lines. Foliar levels of calcium (Ca) and magnesium (Mg) were 8.8 and 2.5gkg-1, respectively. The highest limestone dose maintained the soil base saturation (at the layer of 0-20cm) in the line close to 55% during at least 40 months after the incorporation of limestone.

Produtividade agrícola de variedades de cana-de-açúcar e incidência de broca-comum e cigarrinha-da-raiz em canavial colhido sem queima

Com o uso de variedades adaptadas e o manejo do solo pós-colheita da soqueira de cana-de-açúcar em sistema de colheita mecanizada, poderá ser afetada a incidência de pragas e a produtividade do canavial. Assim, desenvolveu-se o presente trabalho com o objetivo de se avaliar a influência da palhada de dezoito variedades de cana-de-açúcar submetidas a diferentes sistemas de manejo de colheita mecânica, sem queima, na produtividade agrícola e na incidência de broca-comum e cigarrinha-das-raízes na cultura de cana-de-açúcar. Os tratamentos foram constituídos pela presença da palha sem trituração/sem cultivo (PST/SC); palha sem trituração/com cultivo com escarificador (PST/CC); palha triturada/com cultivo com escarificador (PT/CC). O rendimento de colmos na cana-soca é favorecido pelo manejo, com cultivo, da palhada da planta crua, colhida mecanicamente, sem alteração na incidência de broca-comum e da cigarrinha das raízes. A variedade SP87-365 de cana-de-açúcar é opção viável e rentável, em qualquer sistema de manejo da cana crua, com adaptação à colheita mecânica e às condições edafoclimáticas da região de Ribeirão Preto, SP. A incidência de broca-comum e da cigarrinha das raízes pode ser bastante reduzida com a utilização das variedades SP88-817 e SP76-112 de cana-de-açúcar, em qualquer sistema de manejo da palhada da cana crua colhida mecanicamente e minimizada na colheita mecânica da cana crua, seguida de trituração da palhada e cultivo com escarificador na entrelinha.

Phosphate fertilization and phosphorus forms in an Oxisol under no-till

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Phosphorus sources and fractions in an oxisol under no-tilled soybean

A dinâmica do P no solo pode ser modificada em sistemas com semeadura direta. Os agricultores brasileiros vêm aplicando fósforo na superfície do solo para otimizar a operação de máquinas, embora não seja uma prática recomendada pela pesquisa. Foi conduzido um experimento para estudar os efeitos da aplicação de duas fontes de fósforo na superfície do solo e no sulco de semeadura da soja. Os tratamentos consistiram da aplicação ou não de 80 kg ha-1 de P total como fosfato natural reativo e superfosfato, aplicados na superfície do solo, sobre os resíduos da cultura anterior. Na semeadura da soja, tratamentos adicionais (80 kg ha-1 de fosfato natural ou superfosfato) foram aplicados ao sulco de semeadura. O solo foi amostrado até 40 cm de profundidade, antes da semeadura da soja e após a colheita. Uma amostra controle foi tomada de área adjacente, sem cultivo. Houve aumento nos teores de P até 40 cm de profundidade, após a colheita da soja, de modo que o aumento foi observado principalmente no P ligado ao Ca e no P orgânico. Entretanto houve decréscimo nos teores de P ligado ao Fe. A adubação com ambas as fontes de fosfato levaram a um decréscimo nos teores de P ocluso na superfície do solo quando comparada com a área sem cultivo.

Potassium Leaching as Affected by Soil Texture and Residual Fertilization in Tropical Soils

Potassium (K) leaching is affected by soil texture and available K, among other factors. In this experiment, effects of soil texture and K availability on K distribution were studied in the presence of roots, with no excess water. Soils from two 6-year field experiments on a sandy clay loam and a clay soil fertilized yearly with 0, 60, 120, and 180 kg ha-1 of K2O were accommodated in pots that received 90 kg ha-1 of K2O. Soybean was grown up to its full bloom (R2). Under field conditions, K leaching below the arable layer increased with K rates, but the effect was less noticeable in the clay soil. Potassium leaching in a sandy clay loam soil was related to soil K contents from prior fertilizations. With no excess water, in the presence of soybean roots, K distribution in the profile was significant in the lighter textured soil but was not apparent on the heavier textured soil.

Least limiting water range and crop yields as affected by crop rotations and tillage

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cátions hidrossolúveis na parte aérea de culturas anuais mediante aplicação de calcário e gesso em superfície

A eficiência da calagem superficial pode ser melhorada por meio de compostos orgânicos hidrossolúveis liberados por resíduos vegetais. No entanto, não se sabe se os teores desses compostos nos resíduos das culturas podem ser modificados pela aplicação de calcário e gesso em superfície. O presente trabalho objetivou avaliar os efeitos das aplicações de calcário e gesso em superfície sobre os teores de cátions solúveis nos resíduos vegetais das culturas de arroz, feijão e aveia-preta. O experimento foi realizado em um Latossolo Vermelho distroférrico de Botucatu (SP). O delineamento foi de blocos casualizados com parcelas subdivididas e quatro repetições. As parcelas foram constituídas por quatro doses de calcário dolomítico (0, 1.100, 2.700 e 4.300 kg ha-1) e as subparcelas, pela aplicação ou não de 2.100 kg ha-1 de gesso agrícola. Para as culturas de verão foi utilizado esquema de parcela subsubdividida. As subsubparcelas foram constituídas por dois cultivares de arroz de terras altas (Caiapó e IAC 202), no ano agrícola 2002/03, e dois cultivares de feijão (Pérola e Carioca), em 2003/04. A aveia-preta foi cultivada no inverno dos dois anos, utilizando apenas o cultivar Comum. Os teores de cátions solúveis na parte aérea das culturas de arroz, feijão e aveia-preta foram alterados pela aplicação de calcário e gesso em superfície. A gessagem em superfície aumentou os teores solúveis de Ca e reduziu o de Mg na parte aérea das culturas, principalmente nas primeiras safras após a aplicação. A calagem aumentou os teores de cátions solúveis na parte aérea de todas as culturas. As culturas do feijão e da aveia-preta apresentaram maiores teores de cátions solúveis nos resíduos da parte aérea, avaliados no florescimento.

Efeito de escória de alto forno no crescimento radicular e na produtividade de arroz

A utilização agrícola de resíduos industriais como fertilizantes decorre da necessidade de diminuir o efeito nocivo do acúmulo de nutrientes nos centros de produção. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de escória de alto forno no crescimento radicular e na produtividade do arroz de terras altas irrigado por aspersão. O experimento foi realizado no campo, adotando-se o delineamento experimental de blocos casualizados, com cinco doses de escória de alto forno (0, 2.550, 5.100, 10.200 e 15.300 kg ha-1) com quatro repetições. A utilização de escória melhorou a condição química do solo, aumentou o crescimento e a superfície radicular, diminuiu o diâmetro das raízes e elevou os teores de silício no solo e na planta, resultando em aumento da produtividade.