Soil carbon saturation : implications for measurable carbon pool dynamics in long-term incubations

The efficiency of agricultural management practices to store SOC depends on C input level and how far a soil is from its saturation level (i.e. saturation deficit). The C Saturation hypothesis suggests an ultimate soil C stabilization capacity defined by four SOM pools capable of C saturation: (1) non-protected, (2) physically protected, (3) chemically protected and (4) biochemically protected. We tested if C saturation deficit and the amount of added C influenced SOC storage in measurable soil fractions corresponding to the conceptual chemical, physical, biochemical, and non-protected C pools. We added two levels of C-13- labeled residue to soil samples from seven agricultural sites that were either closer to (i.e., A-horizon) or further from (i.e., C-horizon) their C saturation level and incubated them for 2.5 years. Residue-derived C stabilization was, in most sites, directly related to C saturation deficit but mechanisms of C stabilization differed between the chemically and biochemically protected pools. The physically protected C pool showed a varied effect of C saturation deficit on C-13 stabilization, due to opposite behavior of the POM and mineral fractions. We found distinct behavior between unaggregated and aggregated mineral-associated fractions emphasizing the mechanistic difference between the chemically and physically protected C-pools. To accurately predict SOC dynamics and stabilization, C Saturation of soil C pools, particularly the chemically and biochemically protected pools, should be considered. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Experimental warming shows that decomposition temperature sensitivity increases with soil organic matter recalcitrance

Soil C decomposition is sensitive to changes in temperature, and even small increases in temperature may prompt large releases of C from soils. But much of what we know about soil C responses to global change is based on short-term incubation data and model output that implicitly assumes soil C pools are composed of organic matter fractions with uniform temperature sensitivities. In contrast, kinetic theory based on chemical reactions suggests that older, more-resistant C fractions may be more temperature sensitive. Recent research on the subject is inconclusive, indicating that the temperature sensitivity of labile soil organic matter (OM) decomposition could either be greater than, less than, or equivalent to that of resistant soil OM. We incubated soils at constant temperature to deplete them of labile soil OM and then successively assessed the CO2-C efflux in response to warming. We found that the decomposition response to experimental warming early during soil incubation (when more labile C remained) was less than that later when labile C was depleted. These results suggest that the temperature sensitivity of resistant soil OM pools is greater than that for labile soil OM and that global change-driven soil C losses may be greater than previously estimated.

Soil carbon saturation : evaluation and corroboration by long-term incubations

Although current assessments of agricultural management practices on soil organic C (SOC) dynamics are usually conducted without any explicit consideration of limits to soil C storage, it has been hypothesized that the SOC pool has an upper, or saturation limit with respect to C input levels at steady state. Agricultural management practices that increase C input levels over time produce a new equilibrium soil C content. However, multiple C input level treatments that produce no increase in SOC stocks at equilibrium show that soils have become saturated with respect to C inputs. SOC storage of added C input is a function of how far a soil is from saturation level (saturation deficit) as well as C input level. We tested experimentally if C saturation deficit and varying C input levels influenced soil C stabilization of added C-13 in soils varying in SOC content and physiochemical characteristics. We incubated for 2.5 years soil samples from seven agricultural sites that were closer to (i.e., A-horizon) or further from (i.e., C-horizon) their C saturation limit. At the initiation of the incubations, samples received low or high C input levels of 13 C-labeled wheat straw. We also tested the effect of Ca addition and residue quality on a subset of these soils. We hypothesized that the proportion of C stabilized would be greater in samples with larger C Saturation deficits (i.e., the C- versus A-horizon samples) and that the relative stabilization efficiency (i.e., Delta SCC/Delta C input) would decrease as C input level increased. We found that C saturation deficit influenced the stabilization of added residue at six out of the seven sites and C addition level affected the stabilization of added residue in four sites, corroborating both hypotheses. Increasing Ca availability or decreasing residue quality had no effect on the stabilization of added residue. The amount of new C stabilized was significantly related to C saturation deficit, supporting the hypothesis that C saturation influenced C stabilization at all our sites. Our results suggest that soils with low C contents and degraded lands may have the greatest potential and efficiency to store added C because they are further from their saturation level. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Determining gas sampling timelines for estimating emissions in small chamber incubation experiments

A laboratory experiment was set up in small chambers for monitoring greenhouse gas emissions and determining the most suitable time for sampling. A six-treatment experiment was conducted, including a one week pre-incubation and a week for incubation. Timelines for sampling were 1, 2, 3, 6 and 24 hours after closing the lid of the incubation chambers. Variation in greenhouse gas fluxes was high due to the time of sampling. The rates of gas emissions increased in first three hours and decreased afterward. The rates of greenhouse gas emissions at 3 hours after closing lids was close to the mean for the 24-h period.

Sensibilidade de Metarhizium anisopliae à temperatura e umidade em três tipos de solos

Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da temperatura e do teor de umidade do solo na sobrevivência de Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorok. em três tipos de solos. Foram utilizados o Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho Amarelo textura arenosa média. As temperaturas empregadas foram 21,5; 26,8 e 31,5°C, e os teores de umidade foram 35, 65 e 100% de saturação. A sobrevivência do fungo foi avaliada após zero, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 dias de incubação em cada temperatura estudada. Na análise do efeito do teor de umidade, a sobrevivência foi avaliada após zero, 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98 e 112 dias de incubação à temperatura de 27,0±1,0°C. em ambos os ensaios, foi determinado o número de unidades formadores de colônias (UFC) em placa de Petri. Houve influência significativa da temperatura e do teor de umidade na sobrevivência do fungo. O maior crescimento e a maior sobrevivência ocorreram nas temperaturas de 21,5 e 26,8°C, enquanto que, no solo incubado a 31,5°C, o fungo cresceu pouco, e a população declinou rapidamente. No teor de 65% de umidade, houve rápido crescimento do fungo, mas no 112° dia foi observado um declínio da população nos três tipos de solos. Nos teores de 35 e 100% de umidade, o crescimento foi menor, mas obteve-se maior sobrevivência do fungo no solo.

Mineralização potencial e líquida de nitrogênio em solos

Os métodos de incubação de solo fornecem subsídios técnicos para a avaliação da mineralização e disponibilidade de N. Nesse sentido, os objetivos deste trabalho foram avaliar a mineralização potencial e líquida do N orgânico em solos e relacioná-la à disponibilidade de N para plantas. Amostras de 22 solos coletadas na camada arável (0 a 20 cm) foram submetidas à incubação em condições aeróbias a 35 °C, por 30 semanas, e anaeróbias a 40 °C, por sete dias, e utilizadas em experimento, em casa de vegetação, em que o milho foi a planta-teste. Durante a incubação por 30 semanas, houve aumento do N mineralizado na segunda semana, seguido de diminuição e estabilização a partir da quarta semana. Este comportamento resultou em ajuste do N mineralizado (Nm) ao modelo exponencial de decrescimento e do N mineralizado acumulado (Nmac) ao modelo exponencial de crescimento, a partir do qual foi possível calcular o N potencialmente mineralizável (N0). As quantidades de N0 refletiram a mineralização e a disponibilidade de N em longo prazo. Contudo, o Nmac apresentou maior grau de correlação com o N disponível medido pelas plantas (concentração de N e N acumulado na parte aérea) do que o N0, e valores altos de correlação foram obtidos já após duas semanas de incubação, o que indica que a modelagem matemática pode ser dispensada e o período de incubação pode ser encurtado. O N total do solo foi melhor índice da mineralização potencial e líquida de N orgânico do que a matéria orgânica do solo, principalmente em longo prazo. O método de incubação anaeróbia de curta duração pode ser utilizado para cálculo da estimativa do N0, e a subtração do N-NH4+ inicial não contribuiu para melhorar a estimativa da mineralização e da disponibilidade de N por meio deste método, o que o torna ainda mais simples e viável.

Alterações em atributos químicos do solo pela aplicação de calcário na superfície ou incorporado

The application of lime oil the soil surface is necessary in son-le agricultural situations. The objective of this work was to verify changes ill chemical attributes of a medium texture soil as a result of lime application with and without amending. The experiment was carried out in a laboratory setting, in PVC columns, in a completely randomized design, with a 2 x 4 factorial design and a control, with four replicates, totaling 36 columns. The treatments were the combination of two little rates (4 and 2 t ha(-1)) and four types of little application (oil surface without amending, and amending in layers of 0 to 5; 0 to 10 and 0 to 20 cm depths), in addition to the control, to which lime was not applied. After 326 days of soil incubation with lime, there was a corrective effect front the lime until 5 cm or 10 cm below the depth in which there was the application or amending. The application of little resulted in increases of soil base saturation until 10 cm of depth, and until 40 cut of depth when the little was amended in the layers of 0 to 5, 0 to 10 or 0 to 20 cm depth.

Solubilidade de calcários em extratores químicos

A solubilidade de quatro calcários agrícolas, dois sedimentares e dois metamórficos, divididos em quatro frações granulométricas, foi estudada em dois extratores químicos (soluções de ácido clorídrico e de ácido acético), em variadas condições, com o objetivo de avaliar a eficiência desses materiais através desse critério. Os resultados obtidos, comparados com os ensaios de incubação com solos, mostraram que para a pretendida avaliação, os extratores não se prestam para avaliar os calcários agrícolas, visto que não há correlação entre a solubilidade, expressa em equivalente de CaCO3, e a eficiência mostrada nos ensaios de incubação com solos.

Aplicação de escória siderúrgica calcário e ureia em latossolo cultivado com arroz

A escória de siderurgia é um silicato de cálcio e fonte de silício, que tem ação corretiva da acidez do solo semelhante à do calcário. Apesar do seu grande potencial de uso como corretivo e fertilizante, existem poucas informações sobre seus efeitos nos atributos químicos do solo. O estudo foi realizado com a cultura do arroz, objetivando-se avaliar os efeitos da aplicação da escória de siderurgia, calcário e ureia nas alterações dos atributos químicos de um Latossolo Vermelho distrófico. Os tratamentos constaram da combinação de duas fontes de materiais corretivos (calcário e escória de siderurgia), em três doses (1,3 g dm-3 2,6 g dm-3 e 5,2 g dm-3; três doses de N (80 mg dm-3 160 mg dm-3e 320 mg dm-3, aplicadas na forma de ureia; e uma testemunha, dispostas em blocos casualizados, em esquema fatorial, com quatro repetições. Após o período de 90 dias de incubação do solo e 120 dias de cultivo da cultura do arroz, coletaram-se amostras do solo, para análise química. A escória de siderurgia foi viável como corretivo de acidez do solo e a adubação nitrogenada em arroz contribuiu para incrementos na acidez do solo, diminuindo a saturação por bases e o teor de Ca e Mg. A aplicação de escória de siderurgia favoreceu a disponibilidade de silício, entretanto, quando associada à adubação nitrogenada, não alterou o teor deste elemento no solo.

Esterco bovino para o desenvolvimento inicial de plantas provenientes de quatro matrizes de Corymbia citriodora

This work aimed to evaluate the effect of cattle manure levels in the phase of implementation Corymbia citriodora (Hook.) K. D. Hill & L. A. S. Johnson (Eucalyptus citriodora) seedlings in field, produced from seeds collected from four mother trees. The experiment was carried out in green house, in pots filled with 5 dm 3 of Oxisol. Five cattle manure levels were applied 0, 10, 20, 30, and 40 t ha -1 (0, 25, 50, 75, and 100 g pot -1). All treatments received lime levels which were calculated to increase the base saturation degree to 50%. The soil fertility was evaluated after 30 days of soil incubation with manure and lime. The seeds were collected from mother trees called 2, 8, 20 and 29. Sowing was performed directly in rigid plastic containers of 50 cm 3 and seedlings were transplanted when they were around 17 cm height. The experimental design was entirely randomized, in a factorial 5 × 4 (five doses of cattle manure and seeds of four mother trees) scheme and four repetitions. Each parcel was a pot with two plants. At 90 days the height, foliar area, stalk diameter, shoot and root dry matter. The plants responded positively to application of manure, but differently for each evaluated growth characteristic linearly or quadratically. The manure levels had linear effects on growth characteristics and dry matter production of the plants from mother trees 2 and 20 moreover these plants require more cattle manure levels than ones from mother trees 8 and 29. The cattle manure promoted the best development of plants from mother trees 8 and 29, in relationship with dry matter production of shoot components was approximately 27 t ha-1, equivalent to 67.5 g pot.

Mineralização do nitrogênio do soro ácido de leite

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

Métodos químicos para a estimativa do nitrogênio disponível do solo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Evolução de CO2 e atividades enzimáticas em amostras de solo tratado com herbicidas

Effects of bentazon, metolachlor, trifluralin, imazethapyr, imazethapyr+lactofen, haloxyfop-methyl, glyphosate and chlorimuron-ethyl at rates of 2 and 10 times the equivalent commercial dose on soil microbial activity was evaluated in soil samples extracted from a field never treated before. Global soil microbe respiration, estimated by CO2 production at 2, 4, 8, 12, 16, 20, 24 and 28 days of soil incubation and enzymatic activities (dehydrogenase and fluorescein diacetate hydrolysis) at 8 and 28 days were used as bioindicators. Bentazon and mixture imazethapyr+lactofen at the highest rate and haloxyfop-methyl at both rates, inhibited soil respiration although with differences in timing and duration. None of the herbicides affected FDA hydrolysis. Dehydrogenase activity was inhibited at 8 days of incubation with bentazon and imazethapyr at high rates but it was stimulated by metolachlor and imazethapyr at low rate and glyphosate at the highest rate. Herbicide effects on soil microbial activity was detected with higher sensitivity by global soil microbe respiration and dehydrogenase activity than by FDA hydrolysis. Only dehydrogenase activity and soil respiration estimations at 8 days of soil incubation had significant correlation. Results indicated the need of multiple estimations when evaluating herbicides effects on soil microbiota

Estado nutricional de cultivares de cana-de-açúcar em função da aplicação de calcário e gesso no solo

As áreas destinadas à cultura de cana-de-açúcar estão concentradas em áreas de Cerrado, que são solos ácidos, com elevada saturação por alumínio e baixa saturação por bases. Para correção destas características, faz-se o uso de corretivos e fertilizantes no momento da implantação da cultura. Embora a toxidez por alumínio seja uma das mais sérias limitações ao crescimento de plantas em solos ácidos, há uma carência de estudos relacionando-a com a cultura de cana-de-açúcar. Com base nisto, o objeto deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de calcário e gesso sobre o estado nutricional de quatro cultivares de cana-de-açúcar, distintas quanto à exigência nutricional, na fase de perfilhamento da cultura. Para tanto, desenvolveu-se experimento em casa de vegetação com vasos contendo 4 kg de amostra de solo, com saturação por alumínio de 29%, como substrato, com os seguintes tratamentos: 1) aplicação de calcário, 2) aplicação de gesso, e 3) controle, sem adição de calcário e gesso. Os cultivares utilizados foram: IACSP95-5000, IACSP94-2094, SP80-3280 e IAC95-3028. Após adição dos tratamentos, as amostras de solo foram incubadas por 45 dias. Para os materiais vegetais, mini-toletes de gema única das cultivares foram pré-brotados, crescidos por 90 dias e transplantados para os vasos, para os respectivos tratamentos. As plantas foram adubadas com macro e micronutrientes e cultivadas por 60 dias. Os tratamentos foram caracterizados quanto aos atributos químicos para avaliação da fertilidade após a incubação e após a coleta das plantas. Nas plantas, foram feitas avaliações de: clorofila, flavonoides, índice de balanço do nitrogênio (NBI), concentração de alumínio e dos nutrientes e produção de matéria seca de folha, colmo e raiz. Enquanto o tratamento gesso não diferiu do controle, o tratamento calcário foi efetivo para correção da reação da amostra de solo, com elevação dos valores de pH e saturação por bases, e redução da saturação por alumínio e acidez total, além do aumento nos teores de Ca e Mg. A adubação NPK+micro foi efetiva para aumentar os teores de P e K dos substratos de todos os tratamentos. Nas plantas, para todos os cultivares, os índices de clorofila, flavonoides e NBI foram mais adequados no tratamento calcário, em relação ao controle e ao gesso. A produção de matéria seca total e das partes das plantas, de modo geral, foi maior para a IACSP95-5000, intermediaria para a IACSP35-3028 e menor para a IACSP94-2094 e SP80-3280. Quanto aos tratamentos, não houve efeito do calcário e gesso sobre a produção de matéria seca de folha, contudo, houve aumento de produção de matéria seca de colmo e raiz pelo calcário, na cultivar IACSP95-5000. Independente do tratamento, as cultivares apresentaram concentração de alumínio superior a 5000 mg kg-1 nas raízes e inferiores a 360 e 160 mg kg-1 nas folhas e colmos, respectivamente, evidenciando que o Al foi acúmulo nas raízes das plantas. De modo geral, as concentrações de macro e micronutrientes variaram com os tratamentos e cultivares, porém sem valores altos e baixos extremos. Concluiu-se que a cultivar IACSP95-5000 tem maior potencial de produção em resposta à aplicação de calcário e que a saturação de alumínio de 29% não apresenta efeito negativo sobre a produção de matéria seca, exceto da cultivar IACSP95-5000, e estado nutricional das cultivares de cana-de-açúcar

Occurrence and transformation of organomercury in the Florida Everglades

In this study, a new method was developed based on aqueous phenylation, purge-and-trap preconcentration, gas chromatography (GC) separation, and detection by atomic fluorescence spectrometry (AFS) or inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). This technique is suitable for simultaneous determination of trace or ultratrace levels of CH3Hg+ and CH3CH2Hg+ in environmental samples. Method detection limits were 0.03 ng/L for both CH3Hg+ and CH3CH2Hg+ when AFS was used as the detector and 0.02 and 0.01 ng/L for CH3Hg+ and CH 3CH2Hg+ with ICPMS, respectively. The new method has the additional benefits of being free from interference by Cl - and dissolved organic matter. Using the method developed, both CH3Hg+ and CH3CH2Hg+ were detected in a number of soil and sediment samples collected from the Florida Everglades. The identity of CH3CH2Hg+ was verified by purge-and-trap-GC/MS analysis. The possibility of analytical artifact was excluded by using stable isotope tracer technique in combination with ICPMS detection. CH3CH 2Hg+ in the soil samples analyzed was at ng/g level, similar to that of CH3Hg+. The prevalence of CH 3CH2Hg+ in the soil of the Florida Everglades suggests that ethylation plays an important role in the geochemistry of Hg in this wetland. Soil incubation and sawgrass culture experiments using stable isotope tracers revealed that CH3Hg+ was mainly produced by microbial activities under anaerobic conditions, agreeing well with the general understanding of methylation mechanisms of Hg in the environment. Ethylation of Hg was not confirmed in these experiments, indicating that ethylation of Hg most probably follows different mechanisms in comparison to methylation. Further experiments revealed that trace levels of ethyllead species were able to transfer ethyl group to Hg in both deionized water and freshwater matrixes, producing CH3CH2Hg+. This might partially account for the occurrence of CH3CH2Hg+ in the relatively pristine environment of the Florida Everglades.