Nos últimos anos o interesse pelo estudo da Terra Preta de Índio (TPI) tem aumentado em razão das suas características únicas em relação aos solos normalmente encontrados na região, como sua maior fertilidade natural. Diversos estudos relatam que a presença do chamado carbono pirogênico na composição das TPIs é a responsável por esta superioridade, entretanto ainda não se sabe se este afeta as propriedades físicas dos solos de TPI. Esta pesquisa tem como objetivo comparar o comportamento de propriedades físico-hídricas de solos antrópicos (Terra Preta de Índio) com um solo adjacente por meio da determinação de suas propriedades físicas, e verificar a distribuição do carbono pirogênico entre os diferentes compartimentos da matéria orgânica em solos de TPI e adjacentes. Para este estudo foram coletadas amostras indeformadas em anéis volumétricos e blocos em uma área de TPI e adjacente. As áreas estão localizadas na Floresta Nacional de Caxiuanã, estado do Pará. As propriedades físicas analisadas foram textura, porosidade total, macro e microporosidade, curva de retenção da água no solo, condutividade hidráulica saturada, permeabilidade do solo ao ar e estabilidade de agregados. Para verificar o comportamento da matéria orgânica foi realizado o fracionamento físico, onde foram analisados a distribuição do carbono total e pirogênico nas diferentes frações da matéria orgânica. Verificou-se diferença nas duas áreas quanto às propriedades físicas porosidade total, macro e microporosidade, condutividade hidráulica do solo (Ksat), permeabilidade do solo ao ar (Ka), e retenção de água no solo, entretanto não foi possível verificar diferenças na estabilidade de agregados entre as duas áreas. A distribuição da matéria orgânica nas diferentes frações do solo foi distinta nas duas áreas, onde verificou-se que na área de TPI o C no solo foi predominante na fração macroagregados, enquanto que na área adjacente o carbono se localizou em maior quantidade na fração microagregados. Os valores de carbono pirogênico foram maiores na área de TPI do que na área adjacente, demostrando que a matéria orgânica das TPIs apresenta uma composição diferenciada, modificando o comportamento das propriedades físicas dos solos. / In recent years the interest in the study of Terra Preta de Indio or Amazonian Dark Earths (TPI) has increased, especially because of its unique characteristics when related to typical soils of the region, as its higher natural fertility. Several studies have reported that the presence of so-called pyrogenic carbon in its composition is responsible for this superiority, however it is not known if it affects the physical properties of TPI soils. This research aims to compare the behavior of physical and hydraulic properties of anthropic soils (Terra Preta de Indio) to an adjacent soil by determining its physical properties, and evaluating the distribution of the pyrogenic carbon between the different compartments of organic matter for both soils. For this study, undisturbed soil samples were collected in volumetric cylinders and blocks from a TPI and adjacent area. The areas are located in Caxiuanã National Forest, state of Pará, Brazil. The analyzed physical properties were texture, porosity, macro and microporosity, soil water retention curve, soil saturated hydraulic conductivity, soil permeability to air and aggregate stability. A physical fractionation was performed to verify the behavior of organic matter, which analyzed the distribution of the total and pyrogenic carbon in the different fractions of organic matter. There were difference in the two areas regarding the physical properties as total porosity, macro and microporosity, soil hydraulic conductivity (Ksat), air permeability to soil (Ka), and soil water retention, however it was not possible to see differences in stability aggregates between the two areas. The distribution of organic matter in different soil fractions was different in the two areas, where it was found that in the TPI area, soil carbon was prevalent in the macroaggregates fraction, while the adjacent area had larger amounts in the microaggregates fraction. The values for pyrogenic carbon were higher in the TPI area, showing that the organic matter of TPIs has a different composition which modifies the behavior of physical properties in the soil.

Globally land use change (LUC) with increasing in land use intensity has led to a decrease in soil organic matter (SOM). The reduction of soil C stock across LUC has been accompanied by a destabilization of soil structure and increases the soil erosion susceptibility. The destabilized soil structure is also concomitant with a loss of soil biodiversity and in particular, soil macroinvertebrate community. The focus of this dissertation is the effect of LUC with increasing in land use intensity on soil macrofauna, aggregation and SOM allocation. We hypothesized that LUC reduces soil macrofaunal biodiversity and consequently decreases soil engineering processes, resulting in destabilization of soil structure and impairing the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, finally leading to depleted SOC stocks across LUC. In order to test these hypotheses, we conducted a field survey in 3 chronosequences of land use comprising native vegetation (NV), pasture (PA), and sugarcane crop (SC) in Central-Southern Brazil. This land use sequence provides a gradient of land use intensity and is projected to add 6.4 Mha of new sugarcane areas in Brazil by 2021. At each sampling point soil blocks of 25 X 25 cm and 5 x 5 cm to 10 cm depth were simultaneously collected from 0-10 cm, 10-20 cm, and 20-30 cm soil layers, for macrofauna isolation and aggregate fractionation, respectively. Within a radius of 6 meters around each sampling point, 12 subsamples were also collected from the same soil layers, and combined for total soil C and N concentration. An average reduction of 89% in the density of the soil macrofaunal community was observed when SC replaces PA, and a loss of 39% in the diversity of macrofauna groups. Our findings showed that, over a range of soil textures (16 - 66% clay), such biodiversity loss was strongly correlated with the destabilization of soil structure across LUC, whereas soil texture was not so. These observations consistently indicate that the abundance of detritivore soil animals, especially earthworms and termites, may be a significant predictor of soil structure transformations across LUC in tropical environments. Moreover, the sharp reduction in the abundance of earthworms was strongly positively correlated with the decrease in intra macroaggregate-associated C. As a result, after more than 20 years of sugarcane crop there were losses of 40 and 35% of C and N stocks, respectively, resulting in a rate of C emission of 1.3 Mg ha-1 yr-1. This C loss primarily occurred in the macroaggregate-associated C, as a result of the faster macroaggregate turnover under SC. In summary, the results presented here provide a mechanistic explanation as to why there is soil C depletion when increasing land use intensity in tropical soils: the huge reduction in the abundance of soil engineering invertebrates after LUC impair the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, and therefore it is a primary mechanism controlling the soil C stocks\' depletion across LUC. / Globalmente mudanças no uso da terra (MUT) com o aumento da intensidade de uso do solo têm levado a uma diminuição da matéria orgânica do solo (MOS). A redução do estoque de C do solo após MUT tem sido acompanhada por uma desestabilização da estrutura do solo e aumento da susceptibilidade a erosão. A desestabilização da estrutura também é concomitante com a perda da biodiversidade do solo e, em particular, da comunidade de macroinvertebrados do solo. O foco deste trabalho é o efeito de MUT com aumento na intensidade de uso do solo sobre a macrofauna do solo, agregação e alocação da MOS. Nossa hipótese é que MUT reduz a diversidade da macrofauna do solo e, conseqüentemente, diminui os processos de engenharia de solo, resultando na desestabilização da estrutura do solo e prejudicando a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, finalmente levando a redução dos estoques de C após MUT. Foi realizada uma pesquisa em 3 cronosseqüências de uso da terra que compreendem vegetação nativa (NV), pastagem (PA), e cana-de-açúcar (CA) na região Centro-Sul do Brasil. Esta MUT fornece um gradiente de intensidade de uso do solo e é projetada para adicionar 6,4 Mha de novas áreas de CA no Brasil até 2021. Em cada ponto de amostragem de solo blocos de 25 x 25 cm e 5 x 5 cm a 10 cm de profundidade foram coletados simultaneamente das camadas 0-10 cm, 10-20 cm e 20-30 cm de solo, para isolamento da macrofauna e fracionamento de agregados, respectivamente. Foi observada uma redução média de 89% na densidade da comunidade da macrofauna quando CA substitui PA, e uma perda de 39% da diversidade de grupos. Nossos resultados mostraram que, em um intervalo de texturas do solo (16-66% de argila), tal perda de biodiversidade foi fortemente correlacionada com a desestabilização da estrutura do solo após MUT. Estas observações indicam consistentemente que a abundância de animais detritívoros, especialmente minhocas e cupins, pode ser um preditor significativo de transformações da estrutura do solo em MUT. Além disso, a forte redução na abundância de minhocas foi fortemente e positivamente correlacionada com a diminuição do C alocado intra macroagregados. Como resultado, após mais de 20 anos de cultura de CA houve perdas de 40 e 35% dos estoques de C e N, respectivamente, resultando em uma taxa de emissão de C de 1,3 Mg ha-1 ano-1. Esta perda de C ocorreu principalmente no C associado aos macroagregados, como um resultado da reciclagem mais rápida dos macroagregados sob CA. Em resumo, os resultados aqui apresentados fornecem uma explicação mecanicista a respeito de porque há esgotamento do C do solo quando aumenta-se a intensidade de uso do solo em ambientes tropicais: a enorme redução na abundância de invertebrados \"engenheiros do solo\" após MUT prejudica a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, e, portanto, é um mecanismo primário controlando a redução dos estoques de C no solo relacionada a MUT.

O solo, além de ser um dos recursos básicos dos ecossistemas naturais e agropecuários, é considerado um recurso finito, frágil e não renovável, razão pela qual a manutenção de sua qualidade tem adquirido grande relevância nas últimas décadas. Diversos indicadores de qualidade física do solo foram avaliados em solos de clima temperado no intuito de desenvolver normas de preparo e trafegabilidade que permitam definir as práticas de manejo mais adequadas e o momento mais oportuno para efetua-las visando conservar o recurso solo. Entretanto, é escassa a informação para solos desenvolvidos sob a influência do clima tropical. Nesse contexto, o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar, quantitativamente, diversos indicadores de qualidade física do solo direta e indiretamente relacionados à produtividade das culturas, e desenvolver funções de pedotransferência que permitam estimar esses indicadores a partir de atributos físicos facilmente mensuráveis, para Latossolos e Argissolos Vermelhos. Os objetivos específicos foram: i) avaliar os indicadores da condição estrutural do solo "resistência tênsil dos agregados" e "friabilidade" e, determinar a influência de atributos físicos intrínsecos nesses indicadores; ii) quantificar os indicadores de trafegabilidade "susceptibilidade à compactação", "pressão de preconsolidação" e "compressibilidade" e, determinar a influência da umidade, matéria orgânica, textura e estrutura nesses indicadores; iii) avaliar o indicador de qualidade estrutural "intervalo hídrico ótimo" e o indicador de trafegabilidade "pressão de preconsolidação", relacioná-los e determinar valores de pressões críticas que podem ser aplicados ao solo sem induzir condições restritivas ao crescimento das plantas e compactação adicional do solo; e iv) desenvolver funções de pedotransferência que permitam estimar os indicadores avaliados a partir de atributos do solo facilmente mensuráveis. Os resultados referentes ao objetivo i) indicaram que a resistência tênsil dos agregados foi positivamente relacionada com os teores de silte+argila e matéria orgânica, e que os óxidos de Fe pouco cristalinos foram os constituintes da fração silte+argila que mais influenciaram a resistência dos agregados. Os solos estudados foram muito friáveis, estando a friabilidade relacionada positivamente com o teor de óxidos de Fe cristalinos. Os resultados referentes ao objetivo ii) mostraram que o índice de compressão foi significativamente relacionado com a textura (teor de argila) e estrutura (densidade do solo). A pressão de preconsolidação foi significativamente relacionada com a umidade, densidade do solo e o teor de argila. A compressibilidade do solo foi dependente da densidade do solo. Os resultados referentes ao objetivo iii) indicaram que o intervalo hídrico ótimo e a pressão de preconsolidação foram relacionados com a densidade do solo e a umidade. A partir do intervalo hídrico ótimo foi obtida a densidade do solo crítica para o crescimento das plantas, que foi utilizada para a quantificação de pressões críticas. A pressão crítica para o desenvolvimento das plantas foi negativa e linearmente relacionada com o incremento da umidade. No que se refere ao objetivo iv), foram geradas funções de pedotransferência que permitem estimar os indicadores avaliados a partir de atributos do solo facilmente mensuráveis. / The soil, besides being one of the basic resources of the natural and agricultural ecosystems, has been considered a finite, fragile and no renewable resource. For this reason the maintenance of its quality has been acquiring great relevance in the last decades. Several soil physical quality indicators have been used with the intention of developing guides of workability and trafficability that allow to define the more appropriate management practices and the most opportune moment for applying them in view to conserve the soil quality. However, it is scarce the information for soils developed under the influence of tropical climates. In this context, the general objective of this research was to evaluate, quantitatively, several indicators of soil physical quality that are directly and indirectly related to the productivity of the cultures, and to develop pedotransfer functions to make possible to estimate those indicators using easily measurable soil attributes for Hapludox and Hapludalf. The specific objectives were: i) to evaluate the workability indicators "tensile strength of the aggregates" and "friability" and, to determine the influence of the soil intrinsic properties on those indicators; ii) to quantify the trafficability indicators "susceptibility to compaction", "preconsolidation pressure" and "compressibility", and to determine the influence of soil water content, organic matter, texture, and structure on those indicators; iii) to evaluate the structural quality indicator "least limiting water range" and the trafficability indicator "preconsolidation pressure", to relate them, and to determine values of critical pressures that can be applied to the soil without inducing restrictive conditions to plant growth and additional soil compaction; and iv) to develop pedotransfer functions to estimate the measured indicators using easily measurable soil attributes. The results related the objective i) indicated that soil tensile strength was positively related to clay+silt content and organic matter, and that poorly crystalline iron oxides were the constituent of clay+silt fractions that most contributed to soil tensile strength. Results also indicated that the soils were highly friable, with the crystalline iron forms being positively related to soil friability. The results related to the objective ii) showed that the compression index was significantly related to soil texture and soil bulk density. The preconsolidation pressure was significantly related to soil water content, soil texture (clay content), and bulk density. The soil compressibility was related to bulk density. The results related to the objective iii) showed that least limiting water range and preconsolidation pressure were related to soil bulk density and soil water content. The least limiting water range was used to obtain the soil critic bulk density for the plants growth, which in turn was used to quantify the soil critical pressures. The soil critical pressure for plant development was negative and linearly related to the increase of water content. Pedotransfer functions that make possible to estimate the evaluated indicators from easily measurable soil attributes were generated in answer to the objective iv).

Define-se infiltração da água no solo como a entrada da água através da superfície do solo. O processo de infiltração separa, assim, quanto da precipitação pluvial, por exemplo, flui sobre a superfície do solo e quanto flui abaixo da superfície do solo, esta última tanto vertical como horizontalmente. Diversos fatores interferem neste processo, podendo-se destacar aqueles relacionados ao tipo de solo e declividade do terreno e às características do solo e da cobertura vegetal, bem como aquelas relacionadas à precipitação. São conhecidas diversas equações de infiltração, propostas para expressar a lei da infiltração da água em solos, que é o gráfico da taxa de infiltração da água com o tempo. São equações desenvolvidas empiricamente ou a partir de considerações físicas e aplicam-se somente a solos homogêneos e que permanecem homogêneos durante o processo. Dados da literatura têm mostrado que para nossos solos o avanço da frente de molhamento no processo de infiltração vertical também é proporcional à raiz quadrada do tempo, como a solução da equação de Richards obtida por Philip para a infiltração horizontal, porém com uma velocidade maior. Dado este fato, levanta-se a hipótese de utilizar a equação proposta por Philip para a infiltração na direção horizontal também para a direção vertical, em colunas com amostra de solo indeformada e com amostra de solo homogeneamente remodelada. Este trabalho trata do processo da infiltração de água no solo, especificamente a vertical descendente. Pretendeu-se avaliar as equações clássicas da lei da infiltração em amostras homogêneas de três solos estruturalmente distintos com estrutura deformada e indeformada. O experimento foi conduzido em latoratório, em nove colunas com amostras de três solos com características distintas, sendo um Cambissolo Háplico, um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico e um Nitossolo Vermelho eutroférrico. As curvas da taxa de infiltração foram determinadas em laboratório e o conteúdo de água foi determinado pela técnica da atenuação gama. A equação proposta por Kostiakov para a lei da infiltração ajustou-se muito bem (máximo R2 para todos os solos, com exceção da coluna indeformada do Nitossolo) por praticamente coincidir com a equação de ajuste estatistico dos dados. Já o mesmo não ocorreu com a equação proposta por Horton para a qual os coeficientes de determinação variaram de 0,528 a 0,898 (sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). Com relação ao modelo de Green & Ampt que, ao contrário das equações de Kostiakov e Horton que são modelos empíricos, pode-se dizer tratar-se de um modelo semi-analítico, os ajustes dos dados também não foram muito bons (R2 variando de 0,802 a 0,898, sem considerer a amostra do Nitossolo indeformada). O modelo quase todo analítico de Philip, baseado na solução da equação de Richards para a direção horizontal, ajustou-se muito bem aos dados desta pesquisa que foi desenvolvida para a direção vertical descendente, visto que o gráfico da posição de frente de molhamento em relação a fonte de água em função da raiz quadrada do tempo de infiltração resultou numa linha reta com alto coeficiente de determinação para todas as amostras (R2 maior que 0,99 para as deformadas e R2 maior que 0,95 para as deformadas). Todos os modelos apresentaram um ajuste ruim (R2 menor que 0,1) para a coluna indeformada do solo 3 (Nitossolo). Provavelmente devido à presença de bioporo no interior da coluna, com fluxo preferencial da água ou também ao processo de amostragem que é muito dificuldato devido a forte estruturação deste solo. / Soil water infiltration is defined as the entry of water through the soil surface. The infiltration process thus separates how much of the rainfall, for example, flows over the soil surface and how much it flows below the surface of the soil, the latter both vertically and horizontally. Several factors interfere in this process, being possible to highlight those related to the type of soil and slope of the terrain and to the characteristics of the soil and vegetation cover, as well as those related to precipitation. Several infiltration equations are known, proposed to express the law of water infiltration in soils, which is the graph of the infiltration rate of water as a function of time. They are equations developed empirically or from physical considerations and apply only to homogeneous soils that remain homogeneous during the process. Literature data have shown that for our soils the advance of the wetting front in the vertical infiltration process is also proportional to the square root of the time, as the solution of the Richards equation obtained by Philip for horizontal infiltration, but with a higher velocity. Given this fact, the hypothesis is proposed to use the equation proposed by Philip for the infiltration in the horizontal direction also for the vertical direction, in columns with undisturbed soil sample and with homogeneously remodeled soil sample. This work deals especifically with the process of vertical descending soil water infiltration. It was intended to evaluate the classical equations of the infiltration law in homogeneous samples of three structurally distinct soils with disturbed and undisturbed structure. The experiment was carried out in a laboratory, in nine columns with three soils distinct characteristics, being a Haplic Cambisol, a Dystrophic Yellow Red Latosol and an eutrophic Red Nitosol. The infiltration rate curves were determined in the laboratory and the water content was determined by the gamma ray attenuation technique. The equation proposed by Kostiakov for the infiltration law adjusted very well (maximum R2 for all soils, except for the undisturbed Nitosol column) since it practically coincide with the equation of statistical fit of the data. The same did not occur with the equation proposed by Horton for which the coefficients of determination ranged from 0,528 to 0.898 (not considering the undisturbed column of Nitosol. In relation to the Green & Ampt model, unlike the Kostiakov and Horton equations that are empirical models, it can be said that it is a semi-analytical model, the data adjustments were also not good changing from 0,802 to 0,848 also not considering the undisturbed Nitosol. Philip\'s almost all-analytical model, based on the solution of the Richards equation for the horizontal direction, fitted very well the data from this work that were conducted in the downward vertical direction, since the graph of the wet facing front position the water source as a function of the square root of the infiltration time resulted in a straight line with a high coefficient of determination for all samples (R2 greater than 0.99 for the deformed and R2 greater than 0.95 for the deformed ones). All models presented a poor fit (R2 less than 0.01) for the undisturbed soil 3 column (Nitosol). Probably due to the presence of biopore inside the column, with preferential flow of water or to the sampling process that is very difficult due to the strong structure of this soil.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelo Kuhn Borkowski.pdf: 2809062 bytes, checksum: e19eeb0a6431498f9c455c21df75a8bb (MD5) Previous issue date: 2009-08-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / To evaluate the environmental impacts generated by the tillage systems, it is necessary to evaluate the variations caused by them in the soil structure. The space porous is the best indicator of the soil structural quality, because it is responsible, among many factors, for transport phenomena of water and solutes in his interior and water retention. Tillage systems used in the soil tend to modify her structure. Thick way, the conventional tillage is characterized by the soil revolviment and mixture of the remains of the previous culture in their more interior layers. Already the no-tillage has for main characteristic the non revolviment of the soil, and the remains of the previous culture are left in the surface of the soil for incorporation of this material. The objective of this work was the survey of retention curve (RC), the which was determinate using the potential of 10,30,40, 60,80,100,300, 500,1000,4000,8000 cm de H2O, this dates when interpolates through of function of kind “spline cubic” allowed the construction of retention curves more detailed of that the curves obtained by traditional methods, so then, obtain of pores distribution curves (CDP) of a Red Dystrophic Latossoil under no-tillage and conventional tillage systems, in depths of until 0-40 cm. With base in those CDPs and in CRs to compare the modifications produced in the structure of this soil due to those two tillage types. Also, to study those modifications such complementally studies they were accomplished as: the analysis textural (mechanics) of the soil, the determination of his/her density and the determination of the macro, micro and total porosity of the soil. The results of this work showed that the soil under the system of no-tillage presented smaller density values in comparison with the soil under conventional tillage, values, respectively, of 1,09 against 1,20Mg/m3 (on average). Also, in the soil under conventional tillage an increase of 12% was observed in the density of the deepest layers (below 10cm) in comparison with the superficial layer (up to 10cm). That is an indicative of compacting of the soil, which, in general, it is attributed to the most intensive job of agricultural machinery in this type of tillage system. Already the soil under no-tillage presented a compressed layer, between 10 and 20 cm, with density approximately 8% larger than the adjacent layers, which was associated to traces of other tillage systems previously accomplished in the area under no-tillage. The results also indicated larger values of the total porosity and macroporosity for the soil under notillage. The retention curves CRs and of pores distribution CDPs showed larger homogeneity of the soil under no-tillage when compared to the soil under the conventional tillage. Except for the superficial layer (0-10 cm) of the soil under conventional tillage, CDPs showed that the distribution of sizes of pores of the soil under the direct and conventional plantings is trimodal with picks in the areas of rays among: 1 and 6μm; 9 and 25μm and 25 and 100μm. For the superficial layer of the soil under conventional tillage, CR and CDP indicated that the system of conventional tillage promotes a great desestructuration of the porous system of the soil, turning it less capable of keeping the water in his interior due to an enlargement of the distribution of pores above 25μm (macroporous). / Para avaliar os impactos ambientais gerados pelos sistemas de plantio, é necessário avaliar as variações provocadas por eles na estrutura do solo. O espaço poroso é o melhor indicador da qualidade estrutural do solo, pois é responsável, dentre muitos fatores, por fenômenos de transporte de água e solutos em seu interior e retenção de água por ele. Sistemas de manejo empregados no solo tendem a modificar sua estrutura. Grosso modo, o convencional é caracterizado pelo revolvimento do solo e mistura dos restos da cultura anterior em suas camadas mais interiores. Já o direto tem por característica principal o não revolvimento do solo, e os restos da cultura anterior são deixados na superfície do solo para incorporação deste material. O objetivo deste trabalho foi o levantamento da curva de retenção de água (CR), a qual foi determinada utilizando potenciais de 10-30-40-60-80-100-300-500-1000-4000- 8000 cm de H2O, estes dados quando interpolados através de uma função do tipo “spline cúbica” permite a construção de curvas de retenção mais detalhadas do que as curvas obtidas por métodos tradicionais, assim sendo, obter as curvas de distribuição de poros (CDP) de um classificado como Latossolo Vermelho Distrófico sob os sistemas de planto direto e convencional, em profundidades de até 0-40 cm. Com base nessas CDPs e nas CRs comparar as modificações produzidas na estrutura deste solo devido a esses dois tipos de manejo. A fim de se obter mais informações a respeito do solo estudado, também foram realizadas medidas de análise textural do solo, determinação da densidade do solo e a determinação da macro, micro e da porosidade total do solo. Os resultados deste trabalho mostraram que o solo sob o sistema de plantio direto apresentou menores valores de densidade em comparação com o solo sob plantio convencional, valores médios, respectivamente, de 1,09 contra 1,20Mg/m3. No solo sob plantio convencional observou-se um aumento de 12% na densidade das camadas mais profundas (abaixo de 10 cm) em comparação com a camada superficial (0-10 cm). Esse é um indicativo de compactação do solo, o qual, em geral, é atribuído ao emprego mais intensivo de maquinário agrícola neste tipo de sistema de plantio. Já o solo sob plantio direto apresentou uma camada compactada em 10-20 cm, com densidade aproximadamente 8% maior que as camadas acima (0-10 cm) e abaixo (10-20 cm), a qual foi associada a resquícios de outros sistemas de plantio realizados previamente na área sob plantio direto. Os resultados também indicaram maiores valores da porosidade total e macroporosidade para o solo sob plantio direto. As curvas de retenção CRs e de distribuição de poros CDPs mostraram maior homogeneidade do solo sob plantio direto nas camadas em profundidade que quando comparado ao solo sob o plantio convencional. Com exceção da camada superficial (0-10 cm) do solo sob plantio convencional, as CDPs mostraram que a distribuição de tamanhos de poros do solo sob os plantios direto e convencional é trimodal com picos nas regiões de raios entre: 1 e 6μm; 9 e 25μm e 25 e 100μm. Para a camada superficial do solo sob plantio convencional, a CR e a CDP indicaram que o sistema de plantio convencional promove uma grade desestruturação do sistema poroso do solo, tornando-o menos capaz de reter a água em seu interior devido a um alargamento da distribuição de poros acima de 25μm (macroporos).

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Talita Rosas Ferreira.pdf: 6282017 bytes, checksum: f3b7825f0878fb8865db212f2fd79a70 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The computed tomography (CT) represents a technique that provides images of samples, allowing the study of different soil physical phenomena by qualitative and quantitative analysis in 2D and 3D. In the area of applied physics to porous media is a matter of investigation the definition of representative elementary areas (REA) regarding measurements of physical properties of this media. REA is related to the minimum area of a sample needed to represent its characteristics of interest. The aim of this study was to define REAs to be adopted for density (ρs) measurements from sample soil collected in volumetric rings. Having this purpose in mind, three soils with different textures were analyzed: Geric Ferralsol (GF), Rhodic Ferralsol (RF) and Eutric Nitosol (EN). Six samples from each soil were submitted to the method of volumetric ring (VR) and CT for ρs evaluation. A first generation tomograph equipped with 241Am gamma-ray source was used in the image acquisition. Consecutive areas were selected according to three different schemes (consecutive areas increasing from a first area selected at the center of the image and consecutive areas increasing from a first area selected at the inferior and superior borders of the sample) with size areas ranging from 1.2 to 678.8 mm². For ρs measurements, the following criteria were adopted: 1) relative deviation (RD) between ρs – RV and each of the areas not superior to 10, 8, 6, 4 and 2%; 2) RD between ρs - CT obtained for the last area selected inside the tomographic image and each of the remaining areas equally not superior than the criteria from item 1; 3) that at least three consecutive areas must not differ in RD values among themselves, using the variation criterion presented in items 1 and 2. It was considered that the REA for ρs was reached at the variation criteria of 4%. The REA found for ρs, according to the area selection starting from the center, superior and inferior borders of the tomographic images, were: 432.0; 393.3 and 334.0 mm² (GF), 473.1; 457.4 and 393.3 mm² (RF) and 349.7; 457.4 and 334,0 mm² (EN), respectively. The results obtained by the area selection starting from the center were assumed to be the real values of REA for the studied soils. In this study, it was also proposed an alternative criterion of analysis based on the results obtained, which use as reference, simultaneously, the methods of VR and CT. Therefore, it was possible to define that áreas measuring 432.0 mm² e 349.7 mm² provide, respectively , reliable density values for the LVA and NV soils. / A Tomografia Computadorizada (TC) é uma técnica que fornece imagens do interior de amostras, permitindo a investigação de diferentes fenômenos físicos que ocorrem no solo por meio de análises qualitativas e quantitativas em 2D e 3D. Na área de física aplicada a meios porosos, uma questão que vem sendo estudada nos últimos anos diz respeito à definição de áreas elementares representativas (AER) para medidas de propriedades físicas desses meios. A AER está relacionada com a área mínima de uma amostra, necessária para representar suas características de interesse. O objetivo deste estudo foi definir AERs para medidas de densidade (ρs) de amostras de solo coletadas em anéis volumétricos. Para isso, três solos de diferentes texturas foram analisados: Latossolo Vermelho-amarelo (LVA), Latossolo Vermelho (LVE) e Nitossolo Vermelho (NV). Seis amostras de cada solo foram submetidas a dois métodos para determinação da sua ρs: método do anel volumétrico (AV) e da TC. Para a obtenção das imagens foi utilizado um tomógrafo de raios gama de primeira geração equipado com fonte de 241Am. Foram selecionadas, nas imagens tomográficas, áreas consecutivas, de acordo com três diferentes esquemas (áreas concêntricas crescentes a partir de uma área no centro da amostra e áreas crescentes a partir de uma área selecionada nas bordas inferior e superior da amostra), com áreas variando de 1,2 até 678,8 mm². Para medidas de ρs, os seguintes critérios foram adotados para a definição da AER: 1) desvio relativo (DR) entre o valor médio de ρs - AV e cada uma das demais áreas não superior a 10, 8, 6, 4 e 2%; 2) DR entre o valor médio de ρs - TC obtido para a última área (UA) selecionada na imagem tomográfica e para cada uma das demais áreas igualmente não superior aos critérios do item 1; 3) que pelo menos três áreas consecutivas não devessem diferir entre si nos valores de ρs, de acordo com os itens 1 e 2. Considerou-se que a AER para a ρs foi atingida no critério de variação de 4%. As AERs obtidas para ρs, de acordo com uma seleção de áreas partindo do centro, face inferior e face superior das imagens tomográficas foram, respectivamente, 432,0; 393,3 e 334,0 mm² (solo LVA), 473,1; 457,4 e 393,3 mm² (solo LVE) e 349,7; 457,4 e 334,0 mm² (solo NV). Os resultados obtidos por meio da seleção de áreas partindo do centro das imagens tomográficas foram adotados como valores oficiais de AER dos solos estudados. Também foi proposto neste trabalho um novo critério de análise baseado nos resultados que utilizam como referência os métodos do AV e da TC, simultaneamente, a partir do qual foi possível determinar que as áreas de tamanho 432,0 mm² e 349,7 mm², respectivamente, fornecem valores de densidade confiáveis para os solos LVA e NV.

Orientador: Ciro Antonio Rosolem / Banca: Maria Helena Moraes / Banca: Rogério Peres Soratto / Banca: Álvaro Pires da Silva / Banca: Sônia Carmela Falcci Dechen / Resumo: Objetivou-se com este trabalho avaliar as alterações na estrutura do solo e nas qualidades físicas e físico-hídricas com a utilização de espécies de cobertura com sistema radicular agressivo e volumoso, em esquemas de rotação de culturas em sistema semeadura direta, com o intuito de avaliar a possibilidade desse manejo ser indicado para substituir operações onerosas como a utilização de escarificadores mecânicos. As rotações de culturas utilizadas e repetidas por três anos consecutivos, em sistema semeadura direta, envolveram o cultivo de triticale e girassol no outono-inverno, associados com o cultivo de milheto, sorgo forrageiro e crotalária júncea, como plantas de cobertura, antecedendo a soja. Além disso, comparou-se o efeito dessas seqüências de culturas com o tratamento envolvendo a escarificação mecânica do solo. O experimento foi conduzido na Fazenda Experimental Lageado (Botucatu-SP), nos anos agrícolas de 2003/2004, 2004/2005 e 2005/2006. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso com quatro repetições em esquema de parcelas subdivididas. Foram consideradas parcelas aquelas cultivadas com triticale e girassol, e subparcelas as cultivadas com milheto, sorgo e crotalária júncea, e também as manejadas com escarificador. A escarificação do solo foi realizada apenas em uma ocasião, ou seja, logo após a colheita das culturas de inverno do primeiro ano (Setembro de 2003), mantendo a área escarificada sempre em pousio entre os cultivos de inverno e verão. Foram coletadas amostras de raízes, tanto das espécies de cobertura como da soja, nas profundidades de 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 e 40-60 cm. As raízes das plantas de cobertura foram amostradas antes da dessecação química. Já as raízes de soja foram amostradas na linha e na entrelinha de semeadura, quando a cultura apresentava-se no estádio R2 de desenvolvimento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this study was to evaluate the alterations in soil structure and physical and physical-hydraulic properties with the use of different cover crop species with aggressive root system, in crop rotation under no-tillage, to evaluate the possibility of this management as an alternative to mechanical operations with chiseling, that are very expensive. The crop rotations used and replicated for three consecutive years, under no-tillage, had triticale (X Triticosecale Wittmack) and sunflower (Helianthus annus) as Autumn-Winter crops. Pearl millet (Pennisetum glaucum), forage sorghum (Sorghum bicolor) and sunn hemp (Crotalaria juncea) were used in Spring, before the soybean. These management systems were compared with the mechanical chiseling. The research was carried out during three croping seasons (2003/2004, 2004/2005 and 2005/2006), in Botucatu, State of São Paulo, Brazil. The experiment was a complete randomized block with subdivided plots and four replications. The plots consisted of triticale and sunflower crops. The subplots consisted of pearl millet, forage sorghum and sunn hemp, besides of the mechanical chiseling management. The chiseling was carried out only, after the harvest of the Autumn-Winter crops in the first year (September of 2003), keeping the chiseling area without crops between the Autumn-Winter crops and the Summer crops. Cover crop roots and soybean roots were sampled in depths of 0-5, 5-10, 10-20, 20-40 and 40-60 cm. The cover crop roots were sampled before chemical desiccation. The soybean roots were sampled in the rows and in the spacing row of the tillage, in R2 stage of development. Soil bulk density, macro and micro porosity, total porosity and the curve of soil water retention were determined using undisturbed samples collected at depths of 0-5, 7.5-12.5, 15-20, 27.5-32.5 and 47.5-52.5 cm. The least limit water range (LLWR)... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Jose Eduardo Cora / Coorientador: Carolina Fernandes / Banca: Isabella Clerici de Maria / Banca: Cimélio Bayer / Banca: Sandro Roberto Brancalião / Banca: Marcílio Vieira Martins Filho / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo geral determinar como as plantas influenciam a estabilidade de agregados, a composição de carboidratos, o acúmulo de C orgânico do solo (COS) e de C microbiano em um Latossolo Vermelho. Na primeira parte do estudo, verificou-se que as sequências de culturas com milho (Zea mays L.) no verão e as milheto (Pennisetum glaucum (L.) Leeke) e sorgo granífero (Sorghum bicolor (L.) Moench) no inverno proporcionaram maior diâmetro médio ponderado (DMP) de agregados estáveis do solo. Assim como observado para o DMP, as sequências de culturas envolvendo milho no verão proporcionaram os maiores teores de xilose do solo. A menor proporção de carboidratos de origem microbiana em relação aos de origem vegetal foram observados com o cultivo mais frequente de espécies de monocotiledôneas. Na segunda parte do estudo, notou-se que os maiores valores de C presente como matéria orgânica particulada (C-MOP) do solo foram encontrados sob cultivo de guandu, o qual proporcionou valores 54%, 46% e 48% maiores em relação ao cultivo de milho, girassol e nabo forrageiro, respectivamente. As variações nos teores de C-MOP explicaram o efeito das culturas nos teores de COS. Notou-se um acúmulo conjunto de C-MOP e de resíduos fúngicos e bacterianos no solo. Na terceira parte do estudo, verificou-se que os materiais de monocotiledôneas adicionados ao solo apresentaram as maiores taxas de mineralização do compartimento de C não lábil (k), os maiores teores de pentose do solo e o maior DMP de agregados do solo em comparação à testemunha e às dicotiledôneas, em período posterior de decomposição. Isso sugere que k e teores de pentoses do solo controlam a estabilidade de agregados do Latossolo em período tardio de incubação. O efeito da decomposição dos materiais vegetais na agregação do solo ocorreu independente da variação da quantidade do teor de COS / Abstract: The general aim of this study was to determine how the plants influence the aggregate stability, carbohydrate composition and accumulation of soil organic C and microbial C of an Oxisol. In the first part of this study, it was found that summer crop sequences involving corn (Zea mays L.) and the winter crops millet (Pennisetum glaucum (L.) Leeke) and grain sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) provided the highest mean weight diameter (MWD) of soil aggregate. The crop sequences involving corn in summer also provided the highest soil xylose contents. The lowest proportions of carbohydrates of microbial origin in relation to those of plant origin were found in soil under most frequent cultivation of plant species from monocots. In second part of this study, it was found that soil organic C content with pigeon pea was 20% higher compared to corn and 18% higher compared to sunflower. Likewise, the highest values of C associated to soil particulate organic matter (C-POM) was found with pigeon pea cultivation, which provided 54%, 46% and 48% higher contents than corn, sunflower and oilseed radish, respectively. The variation in C-POM explained the crop effects on soil organic C content. The results of the present study showed a co-accumulation of C-POM and microbial residues in soil. In the third part of this study, it was found that monocots plant materials presented the highest mineralization rates of non-labile pool of C (k), soil pentose content, plant pentose input and soil aggregate MWD. The results of the present study suggest that non-labile C pool, especially related to pentoses, controls the soil aggregation of an Oxisol in long-term. This effect appears to be independent of the variation in soil organic C content / Doutor

O solo, além de ser um dos recursos básicos dos ecossistemas naturais e agropecuários, é considerado um recurso finito, frágil e não renovável, razão pela qual a manutenção de sua qualidade tem adquirido grande relevância nas últimas décadas. Diversos indicadores de qualidade física do solo foram avaliados em solos de clima temperado no intuito de desenvolver normas de preparo e trafegabilidade que permitam definir as práticas de manejo mais adequadas e o momento mais oportuno para efetua-las visando conservar o recurso solo. Entretanto, é escassa a informação para solos desenvolvidos sob a influência do clima tropical. Nesse contexto, o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar, quantitativamente, diversos indicadores de qualidade física do solo direta e indiretamente relacionados à produtividade das culturas, e desenvolver funções de pedotransferência que permitam estimar esses indicadores a partir de atributos físicos facilmente mensuráveis, para Latossolos e Argissolos Vermelhos. Os objetivos específicos foram: i) avaliar os indicadores da condição estrutural do solo "resistência tênsil dos agregados" e "friabilidade" e, determinar a influência de atributos físicos intrínsecos nesses indicadores; ii) quantificar os indicadores de trafegabilidade "susceptibilidade à compactação", "pressão de preconsolidação" e "compressibilidade" e, determinar a influência da umidade, matéria orgânica, textura e estrutura nesses indicadores; iii) avaliar o indicador de qualidade estrutural "intervalo hídrico ótimo" e o indicador de trafegabilidade "pressão de preconsolidação", relacioná-los e determinar valores de pressões críticas que podem ser aplicados ao solo sem induzir condições restritivas ao crescimento das plantas e compactação adicional do solo; e iv) desenvolver funções de pedotransferência que permitam estimar os indicadores avaliados a partir de atributos do solo facilmente mensuráveis. Os resultados referentes ao objetivo i) indicaram que a resistência tênsil dos agregados foi positivamente relacionada com os teores de silte+argila e matéria orgânica, e que os óxidos de Fe pouco cristalinos foram os constituintes da fração silte+argila que mais influenciaram a resistência dos agregados. Os solos estudados foram muito friáveis, estando a friabilidade relacionada positivamente com o teor de óxidos de Fe cristalinos. Os resultados referentes ao objetivo ii) mostraram que o índice de compressão foi significativamente relacionado com a textura (teor de argila) e estrutura (densidade do solo). A pressão de preconsolidação foi significativamente relacionada com a umidade, densidade do solo e o teor de argila. A compressibilidade do solo foi dependente da densidade do solo. Os resultados referentes ao objetivo iii) indicaram que o intervalo hídrico ótimo e a pressão de preconsolidação foram relacionados com a densidade do solo e a umidade. A partir do intervalo hídrico ótimo foi obtida a densidade do solo crítica para o crescimento das plantas, que foi utilizada para a quantificação de pressões críticas. A pressão crítica para o desenvolvimento das plantas foi negativa e linearmente relacionada com o incremento da umidade. No que se refere ao objetivo iv), foram geradas funções de pedotransferência que permitem estimar os indicadores avaliados a partir de atributos do solo facilmente mensuráveis. / The soil, besides being one of the basic resources of the natural and agricultural ecosystems, has been considered a finite, fragile and no renewable resource. For this reason the maintenance of its quality has been acquiring great relevance in the last decades. Several soil physical quality indicators have been used with the intention of developing guides of workability and trafficability that allow to define the more appropriate management practices and the most opportune moment for applying them in view to conserve the soil quality. However, it is scarce the information for soils developed under the influence of tropical climates. In this context, the general objective of this research was to evaluate, quantitatively, several indicators of soil physical quality that are directly and indirectly related to the productivity of the cultures, and to develop pedotransfer functions to make possible to estimate those indicators using easily measurable soil attributes for Hapludox and Hapludalf. The specific objectives were: i) to evaluate the workability indicators "tensile strength of the aggregates" and "friability" and, to determine the influence of the soil intrinsic properties on those indicators; ii) to quantify the trafficability indicators "susceptibility to compaction", "preconsolidation pressure" and "compressibility", and to determine the influence of soil water content, organic matter, texture, and structure on those indicators; iii) to evaluate the structural quality indicator "least limiting water range" and the trafficability indicator "preconsolidation pressure", to relate them, and to determine values of critical pressures that can be applied to the soil without inducing restrictive conditions to plant growth and additional soil compaction; and iv) to develop pedotransfer functions to estimate the measured indicators using easily measurable soil attributes. The results related the objective i) indicated that soil tensile strength was positively related to clay+silt content and organic matter, and that poorly crystalline iron oxides were the constituent of clay+silt fractions that most contributed to soil tensile strength. Results also indicated that the soils were highly friable, with the crystalline iron forms being positively related to soil friability. The results related to the objective ii) showed that the compression index was significantly related to soil texture and soil bulk density. The preconsolidation pressure was significantly related to soil water content, soil texture (clay content), and bulk density. The soil compressibility was related to bulk density. The results related to the objective iii) showed that least limiting water range and preconsolidation pressure were related to soil bulk density and soil water content. The least limiting water range was used to obtain the soil critic bulk density for the plants growth, which in turn was used to quantify the soil critical pressures. The soil critical pressure for plant development was negative and linearly related to the increase of water content. Pedotransfer functions that make possible to estimate the evaluated indicators from easily measurable soil attributes were generated in answer to the objective iv).

Globally land use change (LUC) with increasing in land use intensity has led to a decrease in soil organic matter (SOM). The reduction of soil C stock across LUC has been accompanied by a destabilization of soil structure and increases the soil erosion susceptibility. The destabilized soil structure is also concomitant with a loss of soil biodiversity and in particular, soil macroinvertebrate community. The focus of this dissertation is the effect of LUC with increasing in land use intensity on soil macrofauna, aggregation and SOM allocation. We hypothesized that LUC reduces soil macrofaunal biodiversity and consequently decreases soil engineering processes, resulting in destabilization of soil structure and impairing the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, finally leading to depleted SOC stocks across LUC. In order to test these hypotheses, we conducted a field survey in 3 chronosequences of land use comprising native vegetation (NV), pasture (PA), and sugarcane crop (SC) in Central-Southern Brazil. This land use sequence provides a gradient of land use intensity and is projected to add 6.4 Mha of new sugarcane areas in Brazil by 2021. At each sampling point soil blocks of 25 X 25 cm and 5 x 5 cm to 10 cm depth were simultaneously collected from 0-10 cm, 10-20 cm, and 20-30 cm soil layers, for macrofauna isolation and aggregate fractionation, respectively. Within a radius of 6 meters around each sampling point, 12 subsamples were also collected from the same soil layers, and combined for total soil C and N concentration. An average reduction of 89% in the density of the soil macrofaunal community was observed when SC replaces PA, and a loss of 39% in the diversity of macrofauna groups. Our findings showed that, over a range of soil textures (16 - 66% clay), such biodiversity loss was strongly correlated with the destabilization of soil structure across LUC, whereas soil texture was not so. These observations consistently indicate that the abundance of detritivore soil animals, especially earthworms and termites, may be a significant predictor of soil structure transformations across LUC in tropical environments. Moreover, the sharp reduction in the abundance of earthworms was strongly positively correlated with the decrease in intra macroaggregate-associated C. As a result, after more than 20 years of sugarcane crop there were losses of 40 and 35% of C and N stocks, respectively, resulting in a rate of C emission of 1.3 Mg ha-1 yr-1. This C loss primarily occurred in the macroaggregate-associated C, as a result of the faster macroaggregate turnover under SC. In summary, the results presented here provide a mechanistic explanation as to why there is soil C depletion when increasing land use intensity in tropical soils: the huge reduction in the abundance of soil engineering invertebrates after LUC impair the ability of soil to physically protect SOM from decomposition inside stable aggregates, and therefore it is a primary mechanism controlling the soil C stocks\' depletion across LUC. / Globalmente mudanças no uso da terra (MUT) com o aumento da intensidade de uso do solo têm levado a uma diminuição da matéria orgânica do solo (MOS). A redução do estoque de C do solo após MUT tem sido acompanhada por uma desestabilização da estrutura do solo e aumento da susceptibilidade a erosão. A desestabilização da estrutura também é concomitante com a perda da biodiversidade do solo e, em particular, da comunidade de macroinvertebrados do solo. O foco deste trabalho é o efeito de MUT com aumento na intensidade de uso do solo sobre a macrofauna do solo, agregação e alocação da MOS. Nossa hipótese é que MUT reduz a diversidade da macrofauna do solo e, conseqüentemente, diminui os processos de engenharia de solo, resultando na desestabilização da estrutura do solo e prejudicando a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, finalmente levando a redução dos estoques de C após MUT. Foi realizada uma pesquisa em 3 cronosseqüências de uso da terra que compreendem vegetação nativa (NV), pastagem (PA), e cana-de-açúcar (CA) na região Centro-Sul do Brasil. Esta MUT fornece um gradiente de intensidade de uso do solo e é projetada para adicionar 6,4 Mha de novas áreas de CA no Brasil até 2021. Em cada ponto de amostragem de solo blocos de 25 x 25 cm e 5 x 5 cm a 10 cm de profundidade foram coletados simultaneamente das camadas 0-10 cm, 10-20 cm e 20-30 cm de solo, para isolamento da macrofauna e fracionamento de agregados, respectivamente. Foi observada uma redução média de 89% na densidade da comunidade da macrofauna quando CA substitui PA, e uma perda de 39% da diversidade de grupos. Nossos resultados mostraram que, em um intervalo de texturas do solo (16-66% de argila), tal perda de biodiversidade foi fortemente correlacionada com a desestabilização da estrutura do solo após MUT. Estas observações indicam consistentemente que a abundância de animais detritívoros, especialmente minhocas e cupins, pode ser um preditor significativo de transformações da estrutura do solo em MUT. Além disso, a forte redução na abundância de minhocas foi fortemente e positivamente correlacionada com a diminuição do C alocado intra macroagregados. Como resultado, após mais de 20 anos de cultura de CA houve perdas de 40 e 35% dos estoques de C e N, respectivamente, resultando em uma taxa de emissão de C de 1,3 Mg ha-1 ano-1. Esta perda de C ocorreu principalmente no C associado aos macroagregados, como um resultado da reciclagem mais rápida dos macroagregados sob CA. Em resumo, os resultados aqui apresentados fornecem uma explicação mecanicista a respeito de porque há esgotamento do C do solo quando aumenta-se a intensidade de uso do solo em ambientes tropicais: a enorme redução na abundância de invertebrados \"engenheiros do solo\" após MUT prejudica a capacidade do solo para proteger fisicamente a MOS da decomposição dentro de agregados estáveis, e, portanto, é um mecanismo primário controlando a redução dos estoques de C no solo relacionada a MUT.