Early Changes in Soil Metabolic Diversity and Bacterial Community Structure in Sugarcane under Two Harvest Management Systems

Preharvest burning is widely used in Brazil for sugarcane cropping. However, due to environmental restrictions, harvest without burning is becoming the predominant option. Consequently, changes in the microbial community are expected from crop residue accumulation on the soil surface, as well as alterations in soil metabolic diversity as of the first harvest. Because biological properties respond quickly and can be used to monitor environmental changes, we evaluated soil metabolic diversity and bacterial community structure after the first harvest under sugarcane management without burning compared to management with preharvest burning. Soil samples were collected under three sugarcane varieties (SP813250, SP801842 and RB72454) and two harvest management systems (without and with preharvest burning). Microbial biomass C (MBC), carbon (C) substrate utilization profiles, bacterial community structure (based on profiles of 16S rRNA gene amplicons), and soil chemical properties were determined. MBC was not different among the treatments. C-substrate utilization and metabolic diversity were lower in soil without burning, except for the evenness index of C-substrate utilization. Soil samples under the variety SP801842 showed the greatest changes in substrate utilization and metabolic diversity, but showed no differences in bacterial community structure, regardless of the harvest management system. In conclusion, combined analysis of soil chemical and microbiological data can detect early changes in microbial metabolic capacity and diversity, with lower values in management without burning. However, after the first harvest, there were no changes in the soil bacterial community structure detected by PCR-DGGE under the sugarcane variety SP801842. Therefore, the metabolic profile is a more sensitive indicator of early changes in the soil microbial community caused by the harvest management system.

Greenhouse gas balance associated with sugarcane production in South-Central Brazil, considering the management and expansion

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Soil physical properties and sugarcane root growth in a red oxiso

Sugarcane, which involves the use of agricultural machinery in all crop stages, from soil preparation to harvest, is currently one of the most relevant crops for agribusiness in Brazil. The purpose of this study was to investigate soil physical properties and root growth in a eutroferric red Oxisol (Latossolo Vermelho eutroférrico) after different periods under sugarcane. The study was carried out in a cane plantation in Rolândia, Paraná State, where treatments consisted of a number of cuts (1, 3, 8, 10 and 16), harvested as green and burned sugarcane, at which soil bulk density, macro and microporosity, penetration resistance, as well as root length, density and area were determined. Results showed that sugarcane management practices lead to alterations in soil penetration resistance, bulk density and porosity, compared to native forest soil. These alterations in soil physical characteristics impede the full growth of the sugarcane root system beneath 10 cm, in all growing seasons analyzed.

Crop residues on short-term CO2 emissions in sugarcane production areas

The proper management of agricultural crop residues could produce benefits in a warmer, more drought-prone world. Field experiments were conducted in sugarcane production areas in the Southern Brazil to assess the influence of crop residues on the soil surface in short-term CO2 emissions. The study was carried out over a period of 50 days after establishing 6 plots with and without crop residues applied to the soil surface. The effects of sugarcane residues on CO2 emissions were immediate; the emissions from residue-covered plots with equivalent densities of 3 (D50) and 6 (D100) t ha-1 (dry mass) were less than those from non-covered plots (D0). Additionally, the covered fields had lower soil temperatures and higher soil moisture for most of the studied days, especially during the periods of drought. Total emissions were as high as 553.62 ± 47.20 g CO2 m-2, and as low as 384.69 ± 31.69 g CO2 m-2 in non-covered (D0) and covered plot with an equivalent density of 3 t ha-1 (D50), respectively. Our results indicate a significant reduction in CO2 emissions, indicating conservation of soil carbon over the short-term period following the application of sugarcane residues to the soil surface.

Effect of selectivity of herbicides and plant growth regulators used in sugarcane crops on immature stages of Trichogramma galloi (Hymenoptera: Trichogrammatidae)

Herbicides and plant growth regulators are often used in sugarcane management. However, the use of non-selective pesticides can cause adverse effects on the efficiency of beneficial insects in integrated pest management. Within this context, this study aimed to evaluate the effect of such products on the immature stages of the parasitoid Trichogramma galloi. Eggs of Diatraea saccharalis containing the parasitoid at the egg-larva stage and at the prepupal and pupal stages were immersed in test solutions of the following pesticides (maximum recommended doses for sugarcane): herbicides clomazone and diuron + hexazinone, and plant growth regulators trinexapac-ethyl and sulfometuron-methyl. The biological properties evaluated were emergence (F1 and F2) and number of eggs parasitized by T. galloi (F1). The products were classified according to percentage of reduction in emergence and parasitism: harmless (<30%), slightly harmful (30-79%), moderately harmful (80-99%) and harmful (>99%). The pesticides evaluated were considered to be harmless or slightly harmful to immature T. galloi and, thus, their use should be preferred for preserving this parasitoid species in sugarcane management programs.

Soil CO2 emission and its relation to soil properties in sugarcane areas under Slash-and-burn and Green harvest

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Spatial and temporal variability of soil CO2 emission in a sugarcane area under green and slash-and-burn managements

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Crop residues on short-term CO2 emissions in sugarcane production areas

The proper management of agricultural crop residues could produce benefits in a warmer, more drought-prone world. Field experiments were conducted in sugarcane production areas in the Southern Brazil to assess the influence of crop residues on the soil surface in short-term CO2 emissions. The study was carried out over a period of 50 days after establishing 6 plots with and without crop residues applied to the soil surface. The effects of sugarcane residues on CO2 emissions were immediate; the emissions from residue-covered plots with equivalent densities of 3 (D50) and 6 (D100) t ha-1 (dry mass) were less than those from non-covered plots (D0). Additionally, the covered fields had lower soil temperatures and higher soil moisture for most of the studied days, especially during the periods of drought. Total emissions were as high as 553.62 ± 47.20 g CO2 m-2, and as low as 384.69 ± 31.69 g CO2 m-2 in non-covered (D0) and covered plot with an equivalent density of 3 t ha-1 (D50), respectively. Our results indicate a significant reduction in CO2 emissions, indicating conservation of soil carbon over the short-term period following the application of sugarcane residues to the soil surface.

Redox index of soil carbon stability

As an alternative to the relatively complex and expensive spectroscopic methods, the redox properties of humic acids, determined by potentiometric titrations, have been used to evaluate the stability of soil organic C. The objective of the present study was to establish a Redox Index of C Stability (RICS) and to correlate it with some properties of the humic acids extracted from different modal soils in Brazil (distinct weathering stages or management) to facilitate system comparison. The RICS was efficient for soil comparison and variations were comparable to those of the chemical and spectroscopic methods used for humic acid characterization. The values of soil pH, point of zero salt effect, sum of bases, exchangeable Ca content, weathering index, as well as the humic acid O/C ratio, quinone and semiquinone free radical contents, aromatic C and fluorescence intensity were closely related with the RICS. The RICS was higher in less weathered soils, with more active clays and higher fertility. The RICS values of soils under long-term sugarcane management were ranked in decreasing order: unburned, burned with vinasse, burned without vinasse.

Variabilidade espacial de populações de Diatraea saccharalis em canaviais e sugestão de método de amostragem

A broca Diatraea saccharalis é uma das mais importantes pragas da cana-de-açúcar no Brasil. O manejo de áreas infestadas está embasado no controle biológico com Cotesia flavipes, cujas liberações são feitas em função da população de lagartas da praga em campo. Por esta razão, a estimativa desta população é de fundamental importância para o sucesso do programa de manejo. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a variabilidade espacial de D. saccharalis em canaviais e sugerir um método de amostragem que permitisse uma estimativa adequada das populações em campo. Seis campos de aproximadamente 1 ha cada um foram amostrados, em grid retangular de aproximadamente 10 x 10 m, com ilhas. Cada ponto de amostragem foi representado pela coleta das formas biológicas da praga no interior dos colmos em 2 m de sulco. Na maioria das áreas, as populações de formas imaturas de D. saccharalis distribuíram-se de forma contagiosa, com alcance do semivariograma variando de 18 a 80 m. Com base no alcance médio, estimou-se em seis o número médio de pontos de amostragem por hectare que deveriam ser feitos para representar adequadamente a área. Este número foi menor do que o estimado utilizando parâmetros da estatística clássica. Sugere-se que, para estimativa das formas imaturas de D. saccharalis em canaviais, a amostragem seja feita em grid de 40 x 40 m, o que resulta em aproximadamente seis pontos de amostragem por hectare e permitirá, na maioria das áreas, efetuar levantamentos com independência e coeficientes de variação menores que 50%.

Influência do cultivo da cana-de-açúcar e da mineralogia da fração argila nas propriedades físicas de latossolos vermelhos

As atuais técnicas de manejo da cultura da cana-de-açúcar utilizam um vigoroso revolvimento do solo por ocasião do plantio, com o uso de arados, grades pesadas e subsoladores. O objetivo deste trabalho foi avaliar o grau de modificação de algumas propriedades físicas de um Latossolo Vermelho caulinítico (LVd) e de um Latossolo Vermelho caulinítico-oxídico (LVdf) cultivados com cana-de-açúcar e sob mata nativa no município de Jaboticabal (SP), além de comparar as propriedades físicas encontradas em ambos os Latossolos. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, em esquema de parcelas subdivididas 4 x 3 (manejos e camadas), com quatro repetições. Também foi realizada a análise conjunta entre as propriedades físicas dos Latossolos. Os sistemas de uso foram: cana planta (CP), cana soca de segundo ano (C2), cana soca de quarto ano (C4) e mata nativa (MN). Avaliaram-se a densidade do solo (Ds), a sua porosidade e o diâmetro médio ponderado (DMP) nas camadas de 00,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m. Os efeitos dos sistemas de uso e manejo sobre os atributos físicos, nas diferentes camadas, foram verificados a partir da análise de variância; quando significativas, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5 %. A MN do LVdf apresentou maior macroporosidade e menor microporosidade em relação à das áreas cultivadas, mas, para porosidade total e Ds, a MN apresentou diferença apenas para C2 e C4. O tempo de cultivo da cana-de-açúcar proporcionou o aumento da Ds e diminuição da macroporosidade em ambos os Latossolos. Entretanto, o maior teor de óxido de Fe no LVdf proporcionou maior porosidade total e menor Ds, e sua macroporosidade permaneceu acima de 0,10 m³ m-3 em todos os manejos e camadas. Os sistemas de uso do solo com cana-de-açúcar reduziram a estabilidade de agregados, em relação à mata nativa.

Carbono orgânico e agregação de um Latossolo Vermelho com colheita mecanizada de cana-de-açúcar

O uso intensivo dos solos com o cultivo da cana-de-açúcar modifica significativamente as propriedades físicas do solo. Assim, objetivou-se avaliar o efeito do manejo da cana-de-açúcar com colheita mecanizada sobre a agregação de um Latossolo Vermelho distrófico típico de textura argilosa, situado em Guariba (SP). Foram selecionadas quatro situações (ciclos) com manejo de cana-de-açúcar colhida mecanicamente sem prévia queima: cana-planta e cana-soca de primeiro, segundo e terceiro cortes. Nas camadas de 0-0,10; 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m de profundidade foram avaliados: diâmetro médio ponderado dos agregados (DMP), teores e estoques de carbono orgânico do solo. O manejo da cana-de-açúcar com colheita mecanizada influencia o DMP do solo, cujos valores são maiores no manejo envolvendo cana-planta e reduzem com o passar dos anos. Com o aumento da profundidade do solo, os estoques de carbono são mais relacionados à densidade do solo do que aos teores de carbono.

Variabilidade espacial da emissão de CO2 em Latossolos sob cultivo de cana-de-açúcar em diferentes sistemas de manejo

Neste trabalho, foi determinada a estrutura da variabilidade espacial da emissão de CO2, temperatura e umidade de solos desprovidos de vegetação em duas localidades sob cultivo da cana-de-açúcar, em sistemas de manejos de cana crua e de cana queimada, no nordeste do Estado de São Paulo. A emissão de CO2 e a temperatura do solo foram registradas utilizando-se de câmara de fluxo portátil e sensor de temperatura do sistema LI-6400. A umidade foi avaliada utilizando sistema portátil TDR. A maior emissão foi observada no local sob manejo de cana queimada, com valor médio de 2,05 μmol m-2 s-1, porém a dependência espacial na emissão de CO2 foi encontrada somente na área sob manejo de cana crua. Os mapas de krigagem da emissão de CO2, temperatura e umidade do solo sob manejo de cana queimada mostraram correspondência à declividade do terreno, com as maiores emissões e temperaturas localizadas na parte mais alta, sendo as maiores umidades do solo encontradas na parte mais baixa do local estudado. Os resultados indicam correlação linear positiva da emissão de CO2 com a temperatura, e negativa com a umidade do solo somente no local com manejo de cana queimada, e não no sistema de cana crua, onde a presença de palhada certamente impede a ação direta da radiação solar e o escoamento de chuvas.

Variabilidade espacial de atributos físicos em um cambissolo háplico, sob diferentes usos na região sul do Amazonas

Considering the importance of knowledge of the spatial distribution of soil properties, the purpose of this study was to evaluate the spatial variability of physical properties in a Cambisolunder different land uses in the southern Amazon region. The study was conducted on three farms with cassava, sugarcane, and agroforestry, in the region of Humaitá, in the south of the State of Amazonas. In these areas, 70 x 70 m grids were established, with a regular spacing of 10 x 10 m and a total of 64 points, where soils were sampled at 0.0-0.10 m depth. Texture (sand, silt, and clay), macroporosity, microporosity, total porosity, bulk density, and aggregate stabilitywere determined. The data were analyzed using descriptive statistics and geostatistics. It was found that the propertiesvaried spatially and that the range of these variations between land uses was different, with the highest variability for the sugarcane management.

Variabilidade espacial da emissão de CO2, temperatura e umidade em latossolo sob cultivo de cana-de-açúcar em sistemas de colheita manual com queima e mecanizada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)