The primary sources of carbon loss during the crop-establishment period in a subtropical Oxisol under contrasting tillage systems

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Soil and crop residue CO2-C emission under tillage systems in sugarcane-producing areas of southern Brazil

Appropriate management of agricultural crop residues could result in increases on soil organic carbon (SOC) and help to mitigate gas effect. To distinguish the contributions of SOC and sugarcane (Saccharum spp.) residues to the short-term CO2-C loss, we studied the infl uence of several tillage systems: heavy offset disk harrow (HO), chisel plow (CP), rotary tiller (RT), and sugarcane mill tiller (SM) in 2008, and CP, RT, SM, moldboard (MP), and subsoiler (SUB) in 2009, with and without sugarcane residues relative to no-till (NT) in the sugarcane producing region of Brazil. Soil CO2-C emissions were measured daily for two weeks after tillage using portable soil respiration systems. Daily CO2-C emissions declined after tillage regardless of tillage system. In 2008, total CO2-C from SOC and/or residue decomposition was greater for RT and lowest for CP. In 2009, emission was greatest for MP and CP with residues, and smallest for NT. SOC and residue contributed 47% and 41%, respectively, to total CO2-C emissions. Regarding the estimated emissions from sugarcane residue and SOC decomposition within the measurement period, CO2-C factor was similar to sugarcane residue and soil organic carbon decomposition, depending on the tillage system applied. Our approach may define new emission factors that are associated to tillage operations on bare or sugarcane-residue-covered soils to estimate the total carbon loss.

Soil fragmentation study applying different tillage systems

Runoff generation depends on rainfall, infiltration, interception, and surface depressional storage. Surface depressional storage depends on surface microtopography, usually quantified trough soil surface roughness (SSR). SSR is subject to spatial and temporal changes that create a high variability. In an agricultural environment, tillage operations produce abrupt changes in roughness. Subsequent rainfall gradually decreases roughness. Beside it, local variation in soil properties and hydrology cause its SSR to vary spatially at different scales. The methods commonly used to measure it involve collecting point elevations in regular grids using laser profilers or scanners, digital close range stereo-photogrammetry and terrestrial laser scanning or LIDAR systems. In this case, a laser-scanning instrument was used to obtain representative digital elevation models (DEMs) at a grid resolution of 7.2x7.2mm that cover an area of 0.9x0.9m. The DEMs were obtained from two study sites with different soils. The first study site was an experimental field on which five conventional tillage methods were applied. The second study site was a large olive orchard with trees planted at 7.5x5.0m and bare soils between rows. Here, three tillage treatments were applied. In this work we have evaluated the spatial variability of SSR at several scales studying differences in height calculated from points separated by incremental distances h were raised to power values q (from 0 to 4 in steps of 0.1). The q = 2 data were studied as a semivariogram model. The logarithm of average differences plotted vs. log h were characterized by their slope, ?(q). Structure functions [?(q) vs. q] were fitted showing that data had nonlinear structure functions typical of multiscale phenomena. Comparisson of the two types of soil in their respective structure functions are shown.

Agricultural intensification and biodiversity partitioning in European landscapes comparing plants, carabids, and birds

Effects of agricultural intensification (AI) on biodiversity are often assessed on the plot scale, although processes determining diversity also operate on larger spatial scales. Here, we analyzed the diversity of vascular plants, carabid beetles, and birds in agricultural landscapes in cereal crop fields at the field (n = 1350), farm (n = 270), and European-region (n = 9) scale. We partitioned diversity into its additive components alpha, beta, and gamma, and assessed the relative contribution of beta diversity to total species richness at each spatial scale. AI was determined using pesticide and fertilizer inputs, as well as tillage operations and categorized into low, medium, and high levels. As AI was not significantly related to landscape complexity, we could disentangle potential AI effects on local vs. landscape community homogenization. AI negatively affected the species richness of plants and birds, but not carabid beetles, at all spatial scales. Hence, local AI was closely correlated to beta diversity on larger scales up to the farm and region level, and thereby was an indicator of farm-and region-wide biodiversity losses. At the scale of farms (12.83-20.52%) and regions (68.34-80.18%), beta diversity accounted for the major part of the total species richness for all three taxa, indicating great dissimilarity in environmental conditions on larger spatial scales. For plants, relative importance of alpha diversity decreased with AI, while relative importance of beta diversity on the farm scale increased with AI for carabids and birds. Hence, and in contrast to our expectations, AI does not necessarily homogenize local communities, presumably due to the heterogeneity of farming practices. In conclusion, a more detailed understanding of AI effects on diversity patterns of various taxa and at multiple spatial scales would contribute to more efficient agri-environmental schemes in agroecosystems.

Assessment of soil particle redistribution on two contrasting cultivated hillslopes

The particle size distributions of surface soils from two cultivated silty fields (Moorfield and Railway South) in Herefordshire, UK, were assessed by sampling on 20-m grids across the fields. Moorfield (8 ha) had a uniform landscape sloping mainly in a North-South direction while Railway South (12 ha) had complex undulating landscape characteristics. Samples from 3 surficial layers were also taken at 3 landscape positions at Moorfield to investigate recent (within-season) soil particle redistribution. Size fractions were determined using chemical dispersion, wet sieving (to separate the sand fractions) and laser gramilometry (for the finer fractions). The distribution of various fractions and the relationships between elevation and the various fractions suggest preferential detachment and movement of coarse to very coarse silt fractions (16-63 mu m), which were found mostly at downslope or depositional areas. Upper slope samples had higher clay to fine silt (< 16 mu m) contents than bottom slope samples. The upslope-downslope patterns of size fractions, particularly on uniformly sloping areas, of the 2 fields were similar and their deposited sediments were dominated by coarse silt fractions. Samples from 3 landscape positions at Moorfield became coarser from the less eroded summit, through the eroding side-slope to the bottom-slope depositional area. Within each of these landscape positions the top 0-2.5 cm layers were more enriched in coarse silt fractions than the bottom layers. The spatial patterns of soil particle size distributions in the 2 fields may be a result of sediment detachment and deposition caused by water erosion and tillage operations. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

The impact of fallowing and green manuring on soil conditions and the growth of sugarcane

There are currently concerns within some sugar industries that long-term monoculture has led to soil degradation and consequent yield decline. An investigation was conducted in Swaziland to assess the effects of fallowing and green manuring practices, over a seven-month period, on sugarcane yields and the physical properties of a poorly draining clay soil. In the subsequent first sugarcane crop after planting, yields were improved from 129 t ha(-1) under continuous sugarcane to 141-144 t ha(-1) after fallowing and green manuring, but there were no significant responses in the first and second ratoon crops. Also, in the first crop after planting, root length index increased from 3.5 km m(-2) under continuous sugarcane to 5.2-6.8 km m(-2) after fallowing, and improved rooting was still evident in the first ratoon crop where there had been soil drying during the fallow period. Soil bulk density, total porosity and water-holding capacity were not affected by the fallowing practices. However, air-filled porosity increased from 11% under continuous sugarcane to 16% after fallowing, and steady state ponded infiltration rates were increased from 0.61 mm h(-1) to 1.34 mm h(-1), but these improvements were no longer evident after a year back under sugarcane. Levels of soil organic matter were reduced in all cases, probably as a result of the tillage operations involved. In the plant crop, root length was well correlated with air-filled porosity, indicating the importance of improving belowground air supply for crop production on poorly draining clay soils.

Atributos físicos nos tempos de adoção de manejos em Latossolo cultivado com soja

A condução das operações de preparo de forma inadequada ocasiona sérios problemas de conservação do solo, destacando-se a compactação, que acarreta a redução do espaço poroso, principalmente dos macroporos, e altera os atributos físico-hídricos. Este trabalho teve como objetivo verificar a influência dos diferentes sistemas e tempos de adoção de manejos em Latossolo Vermelho de Jaboticabal, Estado de São Paulo, por meio da densidade máxima, e correlacioná-la com a produtividade da soja, a densidade relativa e a umidade crítica de compactação. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com parcelas subdivididas (cinco sistemas de uso e três camadas), com quatro repetições. Os cinco sistemas de uso foram: plantio direto por cino anos (SPD5), plantio direto por sete anos (SPD7), plantio direto por nove anos (SPD9), preparo convencional (SPC) e uma área adjacente de mata nativa (MN). As camadas do solo avaliadas foram as de 0-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,30 m, nas quais foram determinados a densidade máxima do solo (Ds máx), a umidade crítica de compactação (Ugc), a densidade relativa do solo (Dsr), a composição granulométrica, a porosidade e o teor de matéria orgânica do solo. Os resultados mostraram que o comportamento das curvas de compactação do solo foi o mesmo em todas as camadas dos diferentes manejos e que os teores de matéria orgânica não justificaram as pequenas alterações da Ds máx. Para o Latossolo Vermelho, as operações mecanizadas nos sistemas de manejo podem ser executadas na faixa de 0,13 a 0,19 kg kg-1 de umidade sem causar degradação física. Verificou-se que a Dsr ótima e a umidade crítica de compactação foram de 0,86 e 0,15 kg kg-1, respectivamente, embora os diferentes sistemas e tempos de adoção de manejo tenham apresentado comportamento semelhante quanto à produtividade da soja.

Influência do preparo inicial sobre a estrutura do solo quando da adoção do sistema plantio direto, avaliada por meio da pressão de preconsolidação

Os efeitos do tráfego e do tipo de preparo sobre a estrutura dos solos agrícolas, quando da adoção do sistema plantio direto na região dos Cerrados, têm sido pouco pesquisados. Os estudos desenvolvidos são apenas qualitativos e utilizam-se, geralmente, de propriedades, tais como: a densidade do solo e a resistência do solo à penetração, as quais não possibilitam predizer quanto de pressão o solo pode receber de forma que, em manejos futuros, a compactação possa ser evitada. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do preparo inicial do solo quando da adoção do sistema plantio direto sobre a estrutura de um Latossolo Vermelho distrófico por meio da pressão de preconsolidação (sigmap). Os valores de sigmap foram obtidos a partir da elaboração de modelos de compressibilidade, os quais consideraram a influência dos seguintes fatores: (1) preparo inicial do solo: arado de aivecas (AA), arado de discos (AD), grade aradora (GA) e vibrosubsolador (VS); (2) manejo: sistema plantio convencional (PC), o qual foi utilizado como testemunha para avaliar a influência dos preparos e (3) profundidade: superficial (SP - 0,00 a 0,05 m) e profundidade média de trabalho dos implementos (PMT- 0,24 a 0,27 m). Os resultados evidenciaram que a sigmap mostrou-se eficiente na avaliação da influência do preparo inicial sobre a estrutura do solo quando da instalação do sistema plantio direto no Latossolo Vermelho distrófico, tendo o seu valor variado entre preparos e profundidades estudados. A sigmap evidenciou maior resistência mecânica e, portanto, maior consolidação da estrutura do solo na profundidade SP dos tratamentos da área sob plantio direto. Verificou-se, também, que os preparos iniciais avaliados reduziram a resistência mecânica do solo na profundidade PMT, quando comparados à do sistema plantio convencional. Todavia, são o vibrosubsolador e o arado de discos os implementos recomendados para alívio dessa resistência, isto é, para a melhoria da estrutura do solo nas profundidades SP e PMT, respectivamente, quando da adoção do sistema plantio direto.

O tráfego de máquinas agrícolas e as propriedades físicas, hídricas e mecânicas de um Latossolo dos Cerrados

No Brasil, o tráfego contínuo e inadequado de rodados de máquinas e a ação da soleira dos implementos sobre áreas agrícolas na região dos Cerrados têm provocado alterações dos atributos físicos e mecânicos dos solos. Com este entendimento, este estudo teve por objetivo avaliar a influência do rodado traseiro e da soleira de implementos agrícolas, usualmente utilizados na região dos Cerrados, sobre a compressibilidade de um Latossolo Vermelho distrófico típico. Os ensaios foram realizados em parcelas preparadas com arado de discos, arado de aivecas, grade aradora e semeadora/adubadora, que, desde novembro de 1994 até à data da amostragem, novembro de 1999, estiveram sob o sistema plantio direto. As alterações na compressibilidade foram avaliadas pela quantificação das pressões de preconsolidação, assim como por algumas propriedades físicas e hídricas (densidade do solo, porosidade e condutividade hidráulica do solo saturado) no momento do preparo e depois da colheita. No momento do preparo, logo depois da passada do rodado e antes que o implemento mobilizasse o solo, o solo foi avaliado em superfície (SP - 0,00 a 0,05 m) e na profundidade média de trabalho (PMT - 0,24 a 0,27 m). A influência da soleira dos implementos foi avaliada logo depois do corte, na profundidade de trabalho abaixo da soleira de cada implemento (PT-SI). Depois da colheita, as amostragens foram repetidas, o que permitiu verificar a influência dos tráfegos subseqüentes. A intensidade de tráfego do rodado e a ação da soleira dos implementos alteraram a compressibilidade, a densidade do solo, a porosidade e condutividade hidráulica do solo saturado do Latossolo Vermelho distrófico nas profundidades: superficial (SP), profundidade média de trabalho (PMT) e profundidade de corte dos implementos (PT-SI). de maneira geral, a passada do rodado traseiro aumentou os valores de pressão de preconsolidação (sigmap) do solo na superfície (SP), enquanto o tráfego subseqüente, necessário ao cultivo, elevou esses valores em subsuperfície, tanto na PMP como em PT-SI. A passada do rodado elevou e reduziu a densidade do solo (Ds) e a macroporosidade, respectivamente, tendo sido o arado de aivecas o implemento que mais modificou essas propriedades. As soleiras dos órgãos ativos do arado de discos e da grade aradora foram as que mais elevaram a pressão de preconsolidação (sigmap), consolidando, portanto, a estrutura do solo na profundidade PT-SI. Com exceção da semeadora/adubadora, a soleira dos órgãos ativos dos demais implementos avaliados reduziram significativamente a condutividade hidráulica do solo saturado (Ks) na profundidade PT-SI, tendo o arado de aivecas se mostrado o implemento mais impactante, seguido da grade aradora e arado de discos.

Greenhouse gas balance due to the conversion of sugarcane areas from burned to green harvest in Brazil

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

Resistência ao Cisalhamento de um Latossolo sob Diferentes uso e Manejo

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

Biodiesel de mamona em trator agrícola na operação de preparo do solo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Diferentes sistemas de manejo do solo e espaçamentos na cultura do milho (Zea mays L.)

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

Balanço de gases de efeito estufa e emissões de CO2 do solo nos sistemas de colheita da cana-de-açúcar manual queimada e mecanizada crua

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)