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Doctor of Philosophy / Department of Horticulture, Forestry, and Recreation Resources / Edward E. Carey / A series of four investigations was conducted from 2005 to 2007 focusing on vegetable or high tunnel production. In the first study (chapters 1 & 2), the effect of high tunnels on soil quality was investigated. Grower perceptions of soil quality were assessed from 81 responses to a questionnaire. Indicators of soil quality were evaluated at two KSU research centers. Soil quality was then quantified in high tunnels and adjacent fields at 79 farms, where high tunnels ranged in age from two to fifteen years. Particulate organic carbon as a fraction of soil total carbon was used as an indicator of soil quality. At 80 % of locations, particulate organic matter carbon was greater under high tunnels than adjacent fields. Soil quality was not adversely affected by the continuous presence of high tunnel covering. Management and cropping history in high tunnels was also collected and reported as this information is of interest to growers and the universities and agricultural industries that serve them. Tomato was the most common high tunnel crop. It was grown by 86 % of survey respondents in the previous four year period. Organic soil amendments were applied by 89 % of growers; 35 % use organic soil amendments exclusively. In the second study (chapter 3), two microbial tea solutions were applied to collard green (Brassica oleracea L. var. acephala cv. Top Bunch) or spinach (Spinacea oleracea L. cv. Hellcat) crops at Olathe and Haysville, Kansas, without significant effects on crop yield or soil microbial biomass. Finally, preliminary results from two studies were formatted for reporting as extension publication (chapters 4 and 5). Autumn production, over-wintering, and spring bolting were assessed for 26 spinach cultivars in a 3-season multi-bay Haygrove high tunnel. Also, the effect of autumn planting date on harvest date and yield was observed for two spinach cultivars (cv. Avenger and PVO172) planted on six dates in October and November, under high tunnels at Olathe, Kansas. Spinach planted in the first half of October was harvested in the winter, without loss of spring yield for both cultivars.

The objective of this research was to determine the effects of conventional inputs on soil chemical and biological properties compared to organic systems in a four year vegetable rotation. Tillage and cover crops were the same in all treatments to avoid confounding factors often present in similar research. Additional experiments investigated plant gene expression in organic and conventional management systems and in soils with decreased microbial diversity. Experimental plots were prepared in the spring of 2004; four replications of three management treatments, organic, low-input and conventional, were arranged in a randomized complete block design. The rotation consisted of edamame soybean, sweet corn, fallow (pastured poultry in organic plots), and potatoes. Soil samples were taken in the spring and fall of each year, along with data for pest damage, weed control, yield and quality. Soil samples were analyzed for enzyme activity (maximum activity under substrate saturation) and basic soil chemical properties. Treatments were compared over time using 2-Way ANOVA. Multiplex terminal-restriction fragment length polymorphism (M-TRFLP) profiles of the soil microbial community were compared using Multiple Response Permutation Procedures (MRPP). Multi-way ANOVA detected significant treatment effects over time in total carbon, nitrogen, Mehlich III K, Exchangeable K and exchangeable Na (p=0.05). Many significant changes in soil properties over time could not be attributed to treatment effects. All treatments produced similar yields, indicating that successful organic production of these vegetables is possible in Kentucky. Input costs for organic were 37% higher than conventional, due to the cost of organic fertilizer. The organic system required nearly 50% more labor hours than conventional or low-input. The low-input system was the most cost effective, with 58% less input expenses than the conventional system. Microarray analysis of approximately 37,500 Glycine max transcripts did not show significant differences in the gene expression between plants grown organically and conventionally, in plots with significant soil chemical and microbial differences. An experiment in progress is investigating changes in plant gene expression using real time RT-PCR in tomatoes grown in autoclaved soil and native field soil.

Araucaria angustifolia, espécie brasileira considerada a mais explorada devido à qualidade de sua madeira, encontra-se na atualidade ameaçada de extinção. Diante deste fato a preservação dos remanescentes torna-se ainda mais importante, considerando que a extinção de uma única espécie pode comprometer todo um ecossistema. O objetivo deste estudo foi verificar a utilização dos atributos bioquímicos como indicadores de qualidade do solo em seis ecossistemas de araucária. Os atributos bioquímicos considerados foram carbono e nitrogênio da biomassa microbiana, respiração basal, quociente metabólico, e atividade das enzimas β-glicosidase, urease e hidrólise do diacetato de fluoresceína (FDA) Os ecossistemas avaliados foram mata com araucária (nativa, nativa com interferência antrópica e reflorestamento) em dois parques estaduais (PECJ e PETAR), localizados em duas diferentes regiões do Estado de São Paulo, Campos do Jordão e Apiaí, respectivamente. Foram selecionadas cinco árvores de araucária por ecossistema, onde, sob a copa de cada uma foram retiradas três amostras de solo na profundidade de 0-10 cm, totalizando quinze amostras por ecossistema. Foram realizadas quatro coletas em estações contrastantes, no inverno de 2002 e 2003 e no verão de 2003 e 2004. Os valores isolados de carbono e nitrogênio da biomassa microbiana, não serviram como indicadores precisos e confiáveis da qualidade do solo quanto os demais parâmetros avaliados. Os atributos bioquímicos que denotam processos edáficos dos ecossistemas (respiração basal, quociente metabólico, FDA e a atividade das enzimas urease e β-glicosidase) mostraram-se mais sensíveis para captar as alterações ocorridas no ambiente, e os valores encontrados para estes atributos sugerem que os ecossistemas avaliados sejam sustentáveis, onde a cobertura vegetal e rizosfera seriam importantes para a manutenção de sua funcionalidade. / Brazil Pine (Araucaria angustifolia) has been the most explored Brazilian tree species due to its high quality wood and nowadays it is endangered of extinction. Therefore the preservation of the remainders becomes even more important, considering that the extinction of one species could endanger the whole ecosystem. The objective of this study was to evaluate the use of biochemichal soil attributes as soil quality indicators in six Brazil Pine ecosystems. The following biochemichal attributes were evaluated: carbon and nitrogen of the microbial biomass, soil respiration, the metabolic quotient, fluorescein diacetate (FDA) hydrolysis and the activities of β-glicosidase and urease. The different Brazil Pine ecosystems that were considered, consisted of native forests, replanted areas, impacted area in the two state parks (PECJ and PETAR), located in two different regions of the State of São Paulo-Brazil, Campos do Jordão and Apiaí, respectively. Five Pine trees for each ecosystems were selected and three 0-10cm deep soil samples were collected under the crown of each tree, totalizing fifteen samples. The samplings were carried out in the winter of 2002 and 2003 and in the summer of 2003 and 2004. The carbon and nitrogen microbial biomass by themselves were less sensitive than other attributes as indicators of soil quality. Parameters related to soil processes in the ecosystems (soil respiration, metabolic quotient, FDA hydrolysis and the enzymatic activity of urease and β-glicosidase were more responsive to environmental disturbance. Nevertheless, these parameters suggest that all evaluated the ecosystems are sustainable, and that the vegetation (rhizosphere) is very important for maintenance of its functionality.

Os plantios florestais fornecem boa parte do suprimento de madeira para o mercado global. A sustentabilidade desses plantios é colocada em questionamento, pois são normalmente estabelecidos em solos de baixa fertilidade e com grandes exportações de nutrientes do sistema com a remoção da biomassa após 6 a 7 anos. Por isso, o manejo dos resíduos florestais assume fundamental importância na fertilidade do solo, bem como na sustentabilidade da produção florestal. Neste sentido, o objetivo desse trabalho é avaliar o estoque de carbono, nitrogênio e enxofre no solo e na serapilheira, em plantio de Eucalyptus grandis, sob diferentes manejos de resíduos em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico de textura média. A pesquisa foi realizada na Estação Experimental de Ciências Florestais, em Itatinga (SP). Os tratamentos consistiram em uma área de vegetação nativa, utilizada como referência (AR) e áreas com diferentes intensidades de manejos de resíduos mantidos na superfície do solo (CReCF: todos os resíduos mantidos sobre o solo e com fertilização NPK; SPACF: remoção de toda parte aérea das árvores com manutenção apenas da serapilheira e com fertilização NPK; SReCF: remoção de todos os resíduos e com fertilização NPK). Amostras de solo (n= 57) foram coletadas até 100 cm de profundidade e as amostras de serapilheira (n= 54) com auxílio de um coletor circular. Os parâmetros avaliados foram: teores e estoques de carbono, nitrogênio e enxofre na serapilheira e no solo; a relação C/N e C/S da serapilheira e do solo; a densidade do solo; a composição isotópica de C e N do solo e do material vegetal e; a qualidade da serapilheira. Os teores de C, N e a composição isotópica foram quantificados por combustão a seco, com auxílio de um analisador elementar (Carlo Erba / CHN-1110) acoplado a um espectrômetro de massa (Thermo Scientific / Delta Plus). O teor de S foi determinado com o auxílio de um analisador LECO S144-DR. Os teores de celulose e hemicelulose foram quantificados pelo método de fibras em detergente neutro (FDN) e em detergente ácido (FDA), e o teor de lignina por detergente ácido (LDA). O estoque de serapilheira foi maior na AR (11,7 Mg ha-1) seguido do tratamento SPACF (9,6 Mg ha-1) e menor no SReCF (7,1 Mg ha-1). Dessa maneira, os estoques de C e N na serapilheira foram maiores na AR e menores no tratamento SReCF. Apesar de não apresentar diferenças significativas nos estoques de C, N e S no solo entre os tratamentos, o CReCF apresentou o maior estoque de C (96,9 Mg ha-1) enquanto que a AR registrou maior estoque de N (5,6 Mg ha-1) e S (1,51 Mg ha-1), na camada 0-100 cm. O tratamento SReCF apresentou os menores estoques de C (87,8 Mg ha-1) e N (4,5 Mg ha-1). A qualidade da serapilheira não diferiu entre os tratamentos com manejo de resíduos, porém a AR apresentou os maiores teores de lignina (452,3 g kg-1) em relação aos demais. De acordo com os resultados, a adoção de práticas sustentáveis, como por exemplo, o cultivo mínimo, são extremamente importantes para a manutenção e conservação da matéria orgânica do solo contribuindo, desse modo, com a ciclagem de nutrientes / Forest plantations provide much of the timber supply to the global market. The sustainability of these plantations is placed on questioning, since they are normally established in low fertility soils and with large exports of nutrients from the system with the biomass removal after 6 to 7 years. Therefore, the forest waste management assumes fundamental importance in soil fertility, as well as in the sustainability of forest production. In this sense, the objective of this study is to assess the stock of carbon, nitrogen and sulfur in soil and in litter in Eucalyptus grandis plantations submitted to different types of forest waste management in medium-textured dystrophic Oxisol. The research was carried out at the Experimental Station of Forest Sciences, in Itatinga (Sao Paulo State - Brazil). The treatments consisted of a native vegetation area used as reference (AR) and areas with different intensities of forest waste management kept on the soil surface (CReCF: all waste kept on the soil plus NPK fertilization; SPACF: removal of all the trees\' aerial parts with only the maintenance of the litter plus NPK fertilization; SReCF: removal of all waste plus NPK fertilization). Soil samples (n = 57) were collected up to 100 cm of depth and litter samples (n = 54) with the aid of a circular collector. The evaluated parameters were: contents and stocks of carbon, nitrogen and sulfur in litter and in soil; the C/N and C/S ratio of litter and soil; the soil density; the isotopic composition of C and N of soil and plant material and; the quality of the litter. The carbon, nitrogen and isotopic composition ratios were quantified by dry combustion, using an elemental analyzer (Carlo Erba / CHN-1110) coupled to a mass spectrometer (Thermo Scientific / Delta Plus). The S content was determined with the aid of a LECO S144-DR analyzer. Cellulose and hemicellulose contents were quantified by the neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent (ADF), and the lignin content by the acid detergent (ADL) method. The litter storage was higher in AR (11,7 Mg ha-1) followed by the SPACF treatment (9,6 Mg ha-1) and the lower in SReCF (7,1 Mg ha-1). Thus, stocks of C and N in the litter were higher in AR and lower in the SReCF treatment. Although there were no significant differences in C, N and S stocks in soil among the treatments, the CReCF showed the highest stock of C (96.9 Mg ha-1), while the AR registered higher N (5.6 Mg ha-1) and S (1.51 Mg ha-1) stocks in the layer 0-100 cm. The SReCF treatment presented the lowest stocks of C (87.8 Mg ha-1) and N (4.5 Mg ha-1). The quality of litter did not differ among treatments with waste management; however, AR presented the highest levels of lignin (452.3 g kg-1) in comparison to the others. According to the results, the adoption of sustainable practices, such as minimum cultivation, is extremely important for the maintenance and conservation of soil organic matter, thus contributing to the cycling of nutrients

A qualidade do solo está relacionada ao seu funcionamento e é mensurada por indicadores físicos e químicos, como também por organismos, os quais desempenham as mais variadas funções ecossistêmicas. A diversidade da pedofauna nos ecossistemas pode ser afetada por vários fatores, justamente por esses invertebrados serem sensíveis às mudanças ambientais. A pesquisa avaliou a qualidade de solos de fragmentos florestais urbanos na cidade de São Paulo, especificamente nos parques Cientec, Cantareira e Jaraguá, utilizando espécies de minhocas como bioindicadoras. Foi realizada nas áreas de estudo uma coleta concentrada no inverno (09/2014; 10/2014) em ambientes seco e úmido, com o objetivo de verificar a diversidade, ocorrência, biomassa (g.m²) e densidade (Ind.m²) dos indivíduos coletados e sua relação com as variações ambientais, especialmente com a temperatura do solo, profundidade do solo, presença e ausência de drenagem na parcela e atributos químicos como, pH, C.O, K, P, Ca, Mg e Al. Delimitou-se aleatoriamente, em ambiente seco e úmido, uma área fixa de 1,7 hectare por parcela amostral, onde foram amostrados nove TSBF por ambiente, com espaçamento de 30 m entre cada ponto e 20 m de bordadura, totalizando 54 pontos amostrais. Os exemplares de pedofauna subsuperficial foram capturados pela técnica TSBF (Tropical Soil Biology and Fertility), que consiste em monólitos de 30x30 de largura e 30 cm de profundidade. Após a triagem do solo os exemplares foram colocados em soluções de álcool 92%, e posteriormente, mensurados estatisticamente pelos índices de diversidade, equabilidade, e biomassa; por fim, foram identificados ao nível de espécie, as minhocas, e ao nível de família e gênero, as classes arachnida, coleoptera, quilopoda e diplopoda. Nos mesmos pontos do TSBF foram coletadas amostras de solo para a análise dos atributos químicos, assim como foram utilizados dados climáticos para avaliação de atributos físicos, que serviram como variáveis ambientais explicativas. Dos atributos climáticos, nos meses analisados a precipitação mensal não atingiu 70 mm e, em geral, ficou abaixo da média climatológica, caracterizando um período extremamente seco. Encontrou-se uma correlação positiva entre temperatura do solo, diversidade ecológica funcional, distribuição vertical no solo, hábito alimentar e dinâmica de biopedoturbação das minhocas. A umidade do solo influenciou diretamente ocorrência de Ind.m², além de favorecer espécies e gêneros específicos. Na análise de parâmetros químicos, a diminuição da acidez do solo, o aumento do teor de C.O e elevada disponibilidade de macronutrientes influenciaram no aumento de Ind.m² e o que justifica os 159 Ind.m² em ambiente seco e 148 Ind. m² em ambiente úmido para o Parque Jaraguá, representando 46% do total de exemplares coletados. O parque Cientec e Cantareira apresentaram solos muito ácidos e menores índices de C.O e macronutrientes se comparados com o parque Jaraguá, totalizando 24% e 30% dos exemplares coletados. Os índices bioestatísticos apontaram que as minhocas foram predominantes, tanto em densidade (minhocas.m²) quanto em biomassa (g.m²) dentre toda a macrofauna edáfica coletada e confirmaram que as variáveis químicas e climáticas do solo tem maior relevância para explicar a diversidade, ocorrência, biomassa e densidade de minhocas e consequentemente, as funções ecossistêmicas desempenhadas pelas mesmas. / Soil quality is related to its functioning and is measured by physical and chemical indicators, but also by organisms inserted therein, which play the most diverse ecosystem functions. The diversity of soil macrofauna in ecosystems can be affected by many factors, due these organisms being sensitive to environmental changes. The research evaluated the quality of urban forest fragments soils in São Paulo, specifically in Cientec, Cantareira and Jaraguá parks, using earthworms as bioindicators. It was performed at study sites a concentrated collection in winter (09/2014, 10/2014), in dry and wet environments, in order to assess the diversity, occurrence, biomass and density of individuals collected in accordance with variations in environment ,especially with soil temperature, soil depth, presence and absence of the drainage portion and chemical attributes such as , pH, O.C, K, Ca, Mg and Al. Delimited randomly, in a dry and humid environment a fixed area of 1.7 hectare per plot sample, where was sampled nine TSBF per environment, with spacing of 30 m between each point and 20 m margin, totaling 54 sampling points. Exemplary subsurface pedofauna were captured by adapted TSBF technique (Tropical Soil Biology and Fertility) consisting of monoliths 30x30 wide and 30 cm deep. After the soil screening the specimens were fixed in 92% alcohol solution and subsequently measured statistically by the diversity index, equability, and biomass; finally, were identified to species level, earthworms, and the family level and genus, the arachnida, coleoptera, quilopoda and diplopoda classes. In the same points of TSBF soil samples were collected for analysis of chemical attributes, as well as climate data were used for evaluation of physical attributes, which served as explanatory environmental variables. About the climatic attributes in the analyzed months, the monthly rainfall did not reach 70 mm and, in general, was below the climatological average, featuring an extremely dry period. It was found a positive correlation between soil temperature, functional ecological diversity, vertical distribution in the soil, feeding habits and dynamics of bioturbation of earthworms. Soil moisture directly influenced the frequency Ind.m², besides favoring specific genus and species. In the analysis of chemical parameters, the reduction of soil acidity, increased O.C. content and the high nutrient availability influenced the increase of Ind.m² which explains the 159 ind.m² in dry conditions and 148 ind. m² in a humid environment for the Jaraguá park, representing 46% of all copies of the collection TSBF. The Cientec and Cantareira park had more acidic and lower rates of soil organic carbon and macronutrients if compared to the Jaraguá park, totaling 24% and 30% of the collected specimens. The biostatisticians indexes pointed out that the worms were prevalent in both density (earthworms.m²) and biomass (g.m²), among all the soil macrofauna collected in contrasting environments and sites and confirmed that chemical soil and climatic variables have greater relevance to explain the diversity, occurrence, biomass and density of earthworms and consequently the ecosystem functions performed by them.

Globally, increasing demands for biofuels have intensified the rate of land-use change (LUC) for expansion of bioenergy crops. In Brazil, the world\'s largest sugarcane-ethanol producer, sugarcane area has expanded by 35% (3.2 Mha) in the last decade. Sugarcane expansion has resulted in extensive pastures being subjected to intensive mechanization and large inputs of agrochemicals, which have direct implications on soil quality (SQ). We hypothesized that LUC to support sugarcane expansion leads to overall SQ degradation. To test this hypothesis we conducted a field-study at three sites in the central-southern region, to assess the SQ response to the primary LUC sequence (i.e., native vegetation to pasture to sugarcane) associated to sugarcane expansion in Brazil. At each land use site undisturbed and disturbed soil samples were collected from the 0-10, 10-20 and 20-30 cm depths. Soil chemical and physical attributes were measured through on-farm and laboratory analyses. A dataset of soil biological attributes was also included in this study. Initially, the LUC effects on each individual soil indicator were quantified. Afterward, the LUC effects on overall SQ were assessed using the Soil Management Assessment Framework (SMAF). Furthermore, six SQ indexes (SQI) were developed using approaches with increasing complexity. Our results showed that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture led to soil acidification, significant depletion of soil organic carbon (SOC) and macronutrients [especially phosphorus (P)] and severe soil compaction, which creates an unbalanced ratio between water- and air-filled pore space within the soil and increases mechanical resistance to root growth. Conversion from pasture to sugarcane improved soil chemical quality by correcting for acidity and increasing macronutrient levels. Despite those improvements, most of the P added by fertilizer accumulated in less plant-available P forms, confirming the key role of organic P has in providing available P to plants in Brazilian soils. Long-term sugarcane production subsequently led to further SOC depletions. Sugarcane production had slight negative impacts on soil physical attributes compared to pasture land. Although tillage performed for sugarcane planting and replanting alleviates soil compaction, our data suggested that the effects are short-term with persistent, reoccurring soil consolidation that increases erosion risk over time. These soil physical changes, induced by LUC, were detected by quantitative soil physical properties as well as by visual evaluation of soil structure (VESS), an on-farm and user-friendly method for evaluating SQ. The SMAF efficiently detected overall SQ response to LUC and it could be reliably used under Brazilian soil conditions. Furthermore, since all of the SQI values developed in this study were able to rank SQ among land uses. We recommend that simpler and more cost-effective SQI strategies using a small number of carefully chosen soil indicators, such as: pH, P, K, VESS and SOC, and proportional weighting within of each soil sectors (chemical, physical and biological) be used as a protocol for SQ assessments in Brazilian sugarcane areas. The SMAF and SQI scores suggested that long-term conversion from native vegetation to extensive pasture depleted overall SQ, driven by decreases in chemical, physical and biological indicators. In contrast, conversion from pasture to sugarcane had no negative impacts on overall SQ, mainly because chemical improvements offset negative impacts on biological and physical indicators. Therefore, our findings can be used as scientific base by farmers, extension agents and public policy makers to adopt and develop management strategies that sustain and/or improving SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil. / Globalmente, o aumento da demanda de biocombustíveis têm intensificado a taxa de mudança de uso da terra (MUT) para expansão da produção de culturas para fins energéticos. No Brasil, a área de cana-de-açúcar aumentou 35% (3,2 Mha) na última década. A expansão do cultivo de cana-de-açúcar tem resultado em pastagens extensivas sendo submetidas a intensiva mecanização e ao uso de agroquímicos, implicando diretamente na qualidade do solo (QS). A hipótese testada nesse estudo foi que a MUT resulta na degradação da QS. Para tanto foi conduzido um estudo em três locais na região centro-sul, com objetivo de avaliar as modificações na QS devido a principal sequência de MUT (vegetação nativa - pastagem - cana-de-açúcar) associada a expansão do cultivo de cana-de-açúcar no Brasil. Em cada uso da terra, amostras indeformadas e deformadas de solo foram coletadas nas profundidades de 0- 10, 10-20 e 20-30 cm. Os atributos químicos e físicos do solo foram mensurados através de análises laboratoriais e à campo. Dados de atributos biológicos também foram incluídos no estudo. Inicialmente, os efeitos da MUT foram quantificados individualmente para cada um dos atributos do solo, e em seguida as alterações na QS global foram avaliadas através da Soil Management Assessment Framework (SMAF) e de seis índices de QS (IQS), desenvolvidos usando métodos com complexidade crescente. Os resultados demonstraram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva resultou na acidificação do solo, redução dos teores de carbono orgânico (COS) e macronutrientes (especialmente P), e severa compactação do solo, desequilibrando a relação entre ar e água e aumentando a resistência mecânica do solo ao crescimento radicular. Conversão da pastagem em cana-de-açúcar melhorou a qualidade química do solo através da correção da acidez e aumento dos macronutrientes. Apesar dessas melhorias, prolongado período de cultivo de cana-de-açúcar reduziu os teores de COS; e a maioria do P adicionado via fertilizantes acumulou em formas menos lábeis, confirmando o importante papel do P orgânico no fornecimento de P disponível às plantas em solos brasileiros. O cultivo de cana-de-açúcar teve impactos negativos nos atributos físicos do solo menos intensos do que aqueles gerados pelo uso com pastagem. Embora o preparo do solo para plantio e reforma da cana-de-açúcar reduziu a compactação do solo, os dados sugeriram que estes efeitos são de curta duração, ocorrendo a reconsolidação do solo e o aumento dos riscos de erosão ao longo do tempo. As alterações físicas do solo induzidas pela MUT foram detectadas tanto por meio de atributos quantitativos quanto por meio de avaliação visual da estrutura do solo (VESS), um método simples e diretamente aplicado no campo. A SMAF detectou eficientemente as alterações na QS devido a MUT. Além disso, todos os IQS desenvolvidos permitiram ranquear corretamente a QS entre os usos da terra. Assim, recomendamos que IQS mais simples e com melhor relação custo-benefício usando poucos indicadores chaves, tais como: pH, P, K, VESS e COS com ponderação proporcional entre os setores do solo (químico, físico e biológico) sejam usados como protocolo para avaliar a QS nas áreas de produção de cana-de-açúcar. Os resultados obtidos usando a SMAF e os IQS sugeriram que a conversão da vegetação nativa em pastagem extensiva reduziu a QS, degradando indicadores químicos, físicos e biológicos. Por outro lado, a conversão de pastagem em cana-de-açúcar não teve impactos na QS global, uma vez que a melhoria dos atributos químicos compensou os impactos negativos nos indicatores físicos e biológicos. Desta forma, esses resultados poderão ser utilizados como base científica pelos produtores, extencionistas e políticos para orientar estratégias de manejo que mantenham e/ou melhorem a QS e consequentemente a sustentabilidade da produção de cana-de-açúcar no Brasil.

O solo é um recurso natural imprescindível para a manutenção da vida, mas seu uso intensivo e incorreto tem acelerado o seu processo de degradação, o que compromete a sustentabilidade dos sistemas agrícolas e do ambiente. Entretanto, práticas de manejo que incluem o preparo de solo com baixo ou nenhum grau de revolvimento, e sistemas de culturas com alta adição de carbono (C) ao solo, parecem estar entre as mais importantes para restabelecer a qualidade do solo. Desse modo, os atributos que têm íntima relação com a MOS (matéria orgânica do solo), como os microorganismos do solo, têm maior potencial de serem adotados como indicadores de qualidade do solo. A partir disso, esse trabalho teve como objetivo avaliar a dinâmica da microbiota do solo cultivado com diferentes culturas com potencial agroenergético (cana-de-açúcar a soja e o milho) sob diferentes formas de manejo, a partir da quantificação de indicadores biológicos de qualidade do solo, tomando-se como referência o solo sob condições de Cerrado nativo adjacente. Amostras de solo foram coletadas de lavouras comerciais da Fazenda Brejinho (Pedro Afonso-TO), nas profundidades de 0 a 5 cm e 5 a 10 cm. Foram determinados o carbono da biomassa microbiana, o carbono orgânico total, a respiração microbiana e foram calculados os quocientes metabólico e microbiano. O carbono da biomassa microbiana e a respiração microbiana sofreram alterações em função do manejo adotado nas diferentes culturas, sendo que, o solo sob cultivo de cana-de-açúcar, sob preparo convencional e sem rotação de culturas, sofreu maior redução da atividade microbiana quando comparado aos solos sob demais culturas e formas de manejo. Por outro lado, para manter e melhorar a qualidade do solo, é necessário adotar técnicas de manejo mais conservacionistas que propiciem menor revolvimento do solo, possibilitando maior retenção de água e a manutenção da umidade do solo, e tendo a rotação de culturas como fonte adição de C ao solo e de diversidade microbiana. / Soil is an essential natural resource for life maintenance, but intensive and incorrect uses have accelerated the degradation process of this resource, which compromises the agricultural systems and environmental sustainability. However, management practices including low soil disturbance and cropping systems with high C addition to the soil appear to be among the most important to restore soil quality. Thus, the attributes, which have an intimate relationship with the soil organic matter, such as soil microorganisms, have the greatest potential to be used as indicators of soil quality. After that, in this study we aimed to evaluate the soil microbial communities dynamic under differents agro-energy cropping systems, such as sugarcane, soybeans and corn, and we used the soils under native Cerrado as reference. The soil samples were collected on commercial fields from Brejinho Farm (in Pedro Afonso municipality, Tocantins State), considering two depths, 0-5 cm and 5-10cm. We determined the microbial biomass carbon, total organic carbon, microbial respiration, and we calculated the metabolic quotient (qCO2) and the microbial quotient (qM). The microbial biomass carbon and microbial respiration were changed by the different cropping systems. The sugarcane cropping system, which involved conventional tillage, without crop rotation, suffered greater reduction of microbial activity compared with the cropping systems under no-till. Thus, to maintain and increase soil quality, it is necessary to expand the conservation management techniques adoption that provide less soil disturbances and increase soil aggregation, allowing water retention and maintenance of soil moisture, and with crop rotation as a source of C addition to soil and microbial diversity.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-10-19T12:39:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Regiane Kazmierczak.pdf: 2148285 bytes, checksum: 018419b42e6b2a0bea7d6abd3639bf3b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-19T12:39:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Regiane Kazmierczak.pdf: 2148285 bytes, checksum: 018419b42e6b2a0bea7d6abd3639bf3b (MD5) Previous issue date: 2018-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A qualidade do solo pode ser definida como a capacidade do solo funcionar mantendo a produtividade com mínima degradação ambiental. Esta pode ser monitorada por um índice de qualidade do solo, após a seleção de indicadores, permitindo verificar alterações no solo devido a diferentes preparos. Desse modo é possível analisar qual preparo do solo é mais eficaz em manter a produtividade e ser sustentável no ambiente agrícola. O objetivo deste estudo foi selecionar indicadores físicos e químicos e avaliar a qualidade de um Latossolo Vermelho muito argiloso cultivado sob diferentes sistemas de preparo do solo em ambiente subtropical. A área de estudo está situada na Estação Experimental do Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR) no município de Ponta Grossa (PR), com três sistemas de preparo do solo de longa duração: plantio direto (PD), preparo mínimo (PM) e preparo convencional (PC), e uma área de vegetação secundária (VS). Foram realizadas duas profundidades de amostragem (0-10 e 10-20 cm), analisando os indicadores físicos: densidade do solo (Ds), porosidade total (PT), macroporosidade (Map), microporosidade (Mip), condutividade hidráulica saturada (Kfs), resistência do solo a penetração (RP) e químicos: pH (H2O), pH (KCl), pH (CaCl2), alumínio (Al), cálcio (Ca), magnésio (Mg), relação cálcio/magnésio (Ca/Mg), fósforo (P), potássio (K), carbono orgânico total (COT), capacidade de troca de cátions (CTC), saturação por bases (V%) e saturação por alumínio (M%). A qualidade do solo foi analisada por um índice de qualidade do solo, seguindo três etapas: composição do conjunto mínimo de dados, transformação dos indicadores em escores padronizados e a transformação dos escores no índice de qualidade do solo. Foram reduzidos de 19 indicadores na camada de 0-10 cm para 6 indicadores, e de 18 indicadores na camada de 10-20 cm para 5 indicadores. Os indicadores selecionados na camada 0-10 foram pH (CaCl2), Map, CTC, Mg, P e RP e na camada de 10-20 cm: Al, Map, CTC, Ca/Mg e RP. O índice de qualidade do solo na camada de 0-10 foi de 0,54 no PD; 0,76 no PM; 0,67 no PC e 0,61 na VS; e na camada de 10-20 foi de 0,78 no PD; 0,87 no PM; 0,89 no PC e 0,30 na VS; mostrando que o PM apresentou maior qualidade do solo na primeira camada e o PC apresentou maior qualidade do solo na segunda camada, e que o PD foi inferior aos dois preparos nas duas camadas. O preparo de solo melhorou a qualidade do solo nas condições de solos argilosos de ambiente subtropical. Valores altos de Al na VS proporcionaram baixa qualidade do solo na camada de 10-20 cm neste local. A qualidade do solo na VS mostra tanto as potencialidades naturais do solo quanto suas limitações. / Soil quality can be defined as the ability of soil to function maintain yield with minimal environmental degradation. This can be monitored by a soil quality index, after the selection of indicators, allowing to verify changes in the soil due to different preparations. In this way it is possible to analyze which soil preparation is most effective in maintaining productivity and be sustainable in the agricultural environment. The objective of this study was to select physical and chemical indicators and evaluate the quality of a very clayey Red Latosol (Oxisols - U.S. Soil Taxonomy) cultivated under different soil tillage systems in a subtropical environment. The study area is located at the Experimental Station of the Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR) in the city of Ponta Grossa (PR-Brazil), with three systems of long term soil preparation, no-tillage (NT), minimum tillage (MT) and conventional tillage (CT), and an area of secondary vegetation (SV). There were two sampling depths (0-10 and 10-20 cm), analyzing the physical characteristics: bulk density (BD), total porosity (TP), macroporosity (Map), microporosity (Mip), hydraulic conductivity (KfS) and soil resistance (PR) and chemicals: pH (H2O), pH (KCl), pH (CaCl2), aluminum (Al), calcium (Ca), magnesium (Mg), calcium/magnesium proportion (Ca/Mg) phosphorus (P), potassium (K), total organic carbon (TOC), cation exchange capacity (CTC), base saturation (V%) and aluminum saturation (M%). Soil quality was analyzed by a soil quality index, following three steps: composition of the minimum set of data, transformation of the indicators into standardized scores and transformation of the scores in the soil quality index. There were reduced from 19 indicators in the 0-10 cm layer to 6 indicators, and 18 indicators in the 10-20 cm layer to 5 indicators. The selected indicators in the 0-10 layer were pH (CaCl2), Map, CTC, Mg, P and PR and in the 10-20 cm layer: Al, Map, CTC, Ca/Mg and PR. The soil quality index in the 0-10 layer was 0.54 in NT; 0.76 in MT; 0.67 in CT and 0.61 in SV; and in the 10-20 layer was 0.78 in NT; 0.87 in MT; 0.89 in CT and 0.30 in SV; showing that the MT presented higher soil quality in the first layer and the CT presented higher soil quality in the second layer and that the NT was inferior to the two tillage in the two layers. Soil preparation improved soil quality under clay soil in subtropical environment. High values of Al in SV provided low soil quality in the 10-20 cm layer at this site. Soil quality in SV shows both the natural potentialities of the soil and its limitations.

O presente trabalho teve por objetivo compreender sistemas de produção agrícola e agropecuária a campo pela avaliação da diversidade, funcionalidade e dinâmica espaço-temporal de espécies, assim como pelo padrão de variação da qualidade do solo e dos fatores que a determinam. Para isso, foi avaliado na “Agropecuária Guajuvira” localizada no município de São Miguel das Missões – RS quatro sistemas conservacionistas de produção. Foram eles: 1- sistema agrícola tradicional, representando a sucessão soja/trigo e soja/aveia preta amplamente praticada na região; 2- Sistema agrícola irrigado, semelhante ao anterior, mas, com recente inserção de milho no verão; 3- Sistema integrado de produção agropecuária 1, representando a sucessão soja/pastejo de azevém e 4- Sistema integrado de produção agropecuária 2, representando um sistema misto por apresentar alterações na composição de espécies no inverno pela sucessão soja/aveia preta pastejada, soja/aveia preta não pastejada e soja/nabo forrageiro/trigo O estoque de carbono (EC), estabilidade de agregados do solo (EAS) e índice de manejo de carbono (IMC) foram escolhidos como indicadores da qualidade sistêmica do solo. Seus padrões de variação foram compreendidos pela integração de atributos químicos, físicos e biológicos do solo, assim como por variáveis de paisagem inerentes às unidades amostrais. Os fatores que caracterizaram os sistemas de produção e o uso da análise de caminhos permitiram um maior entendimento de sistemas complexos de produção agrícola e agropecuária a campo. / The aim of this research was to understand agricultural and integrated crop-livestock production systems by the species diversity, functionality and spatial-temporal dynamics evaluation, as well as of the variation pattern of soil quality and factors that determine then. For this, four no-tillage production systems were evaluated on the "Agropecuária Guajuvira" located in São Miguel das Missões county in southern Brazil. The production systems were: 1- Traditional agricultural system, representing the succession soybean/wheat and soybean/black oat widely practiced in the region; 2- Irrigated agricultural system, similar to the previous one, but, with recent insertion of corn in the summer; 3 - Integrated crop-livestock system 1, representing the succession of soybean /grazed ryegrass and 4 - Integrated crop-livestock system 2, representing a mixed system due changes in species composition during winter by succession of soybean/grazed black oat, soybean/no-grazed black oat and soybean/forage radish/wheat The carbon stock (CS), soil aggregate stability (SAS) and carbon management index (CMI) were chosen as systemic soil quality indicators. Their variation patterns were understood by the integration of chemical, physical and biological soil attributes, as well as by landscape variables inherent to the sampling units. The factors that characterized the production systems and the path analysis utilization allowed a greater understanding of complex agricultural and integrated crop-livestock production systems in the field.