No Brasil, o acúmulo de carbono orgânico no solo (COS) tem sido obtido em plantio direto (NT), que faz parte do plano de agricultura de baixo carbono para a mitigação da emissão de gases do efeito estufa. Quando combinado com leguminosas de cobertura, o NT pode resultar ainda em maiores taxas de acúmulo de COS. Baseado num experimento de 30 anos, seis estudos foram realizados com o objetivo geral de avaliar o efeito de dois métodos de preparo (preparo convencional –CT e NT) com três sistemas de culturas [aveia/milho (O/M), ervilhaca/milho (V/M) e o consórcio aveia+ervilhaca/milho+caupi (OV/MC)] sobre os mecanismos de estabilização do C e consequente potencial de sequestro de COS em camadas superficias e subsuperficias de um Argissolo subtropical do Sul do Brasil. O primeiro estudo engloba uma metaanálise global avaliando o potencial do NT em acumular COS. Os resultados deste estudo mostraram um grande potencial de acumular COS em regiões tropicais e subtropicais, o que foi explicado pela alta precipitação média anual nessas regiões. O segundo e terceiro estudos mostraram um importante mas diferenciado papel do plantio direto e das leguminosas de coberturas sobre a estabilização do C no solo, sendo que o não revolvimento favoreceu a oclusão da matéria orgânica em macroagregados enquanto que as leguminosas favoreceram a associação organomineral em microagregados Neste estudo, a importância dos macroagregados sobre a associação organomineral foi enaltecida. Além disso, o quarto estudo revelou forte contribuição das leguminosas de cobertura sobre o potencial de acumular COS em NT, sendo que altas taxas de acúmulo de COS ocorreram durante um período mais longo em camadas subsuperficias do solo. No quinto estudo, uma combinação de fracionamento densimétrico e granulométrico com análises de carboidratos e n-alcanos foi realizada objetivando maior entendimento do papel das leguminosas de cobertura sobre o acúmulo de C em associações organomineral. Este estudo deu suporte à hipótese que o acúmulo de C adicional na fração argila em camadas superficiais e subsuperficias do NT com leguminosas de cobertura é microbiologicamente processado. No sexto estudo, encontramos que o maior teor de C na fração leve do solo sob plantio direto e leguminosas de cobertura favoreceu a comunidade de fungos que, por sua vez, mediou a melhora na agregação de solo. O acúmulo de constituintes da parede celular de fungos contribuiu, portanto, ao acúmulo de COS e agregação de solo sob plantio direto e leguminosas de cobertura. / In Brazil, soil organic carbon (SOC) accumulation have been observed under notillage (NT) which is part of a low carbon agriculture plan for mitigation of greenhouse gases emissions. When combined with legume cover crops, NT could result in even greater soil organic carbon (SOC) sequestration rate than NT alone. Using a 30-year experiment, we performed six studies for which the general objective was to evaluate the effect of two tillage (conventional system – CT and NT) with three cropping systems [oat/maize (O/M), vetch/maize (V/M) and the consortium oat+vetch/maize+cowpea (OV/MC)] on stabilization mechanisms of C and consequent SOC sequestration potential in both the superficial and sub-superficial soil layers of a subtropical Acrisol of Southern Brazil. Encompassing a meta-analysis evaluating the potential of NT in accumulate SOC around the world, the first study showed a great potential in tropical and subtropical regions to accumulate SOC that was explained by the high mean annual precipitation. In addition, the second and third studies showed the meaningful but differential roles of no-tillage and legume cover crops on C stabilization with the former favoring occlusion in soil macroaggregates and the latter, mineral-organic association in soil microaggregates. In these studies, we supported the importance of macroaggregates to the mineral-organic association The fourth study revealed the strong contribution of legume on the potential of SOC sequestration in NT, and high rates of C accumulation occurred over a longer period in sub-superficial soil layers. In the fifth study, we used density and particle size fractionation in combination with carbohydrate and nalkane analyses to provide better understanding of the effect of legume cover crop on C accumulation in mineral-organic association. This study gives support to the hypothesis that the additional clay-bound SOC accumulation at depth under NT with legume cover crops is microbially processed. In the sixth study, we found that the greater C content in light fraction under NT and legume cover crops favoured the fungal community which, in turn, mediated the improvement in soil aggregation. The accrual of fungal cell-wall constituents contributed therefore to SOC accumulation and soil aggregation under NT and legume cover crops.

Tendo em vista o aumento das áreas com florestas plantadas nos últimos anos e que a matéria orgânica do solo (MOS) é afetada diretamente pelos diferentes usos do solo, este trabalho teve como objetivo investigar a origem e retenção da matéria orgânica em solos subtropicais brasileiros sob sistemas de produção florestal. Para atingir esse objetivo, três estudos foram desenvolvidos. No estudo 1, as alterações das propriedade químicas do solo e a composição química da MOS foram investigadas em Cambissolos sob cultivo de Acacia e de Eucalyptus há 7 anos. O cultivo de Acacia favoreceu o aumento da saturação de alumínio e redução do pH, Ca+2 e Mg+2, enquanto que no solo sob Eucalyptus, devido a aplicação de calcário, isso não foi observado. O teor de C do solo não foi alterado após o cultivo de Acacia e de Eucalyptus, porém o aumento de compostos derivados de polissacarídeos e o enriquecimento de C31 no solo sob Acacia, indica a entrada de material vegetal da serrapilheira da Acacia. No solo sob Eucalyptus não houve evidência de entrada de material da serrapilheira do Eucalyptus, no entanto, a presença de compostos mais degradados indicou alteração da composição da MOS após introdução do Eucalyptus. O estudo 2 foi realizado nas mesmas áreas do estudo 1, sendo determinado os estoques de C e N nos compartimentos físicos da MOS (FLL-fração leve livre, FLO-fração leve oclusa, e FP-fração pesada) e sua composição química molecular também foi investigada, em sub-camadas até 20 cm de profundidade. Alterações nos estoques de C e N das frações leves na camada de 0-5 cm foram observadas pelo aumento nos estoques de C das FLL e FLO na área sob Eucalyptus e a entrada de biomassa da serrapilheira do Eucalyptus foi detectada pela presença de biomarcador específico C29, a qual não foi observada quando analisado o solo inteiro (Estudo I). Em consideração a área sob Acacia, redução dos estoques de C e N da FLO foi observado. No entanto, a presença de compostos derivados de polissacarídeos e a presença de biomarcador C31 da serrapilheira da Acacia, indicou entrada de biomassa da Acacia nas frações leves. O estudo 3 investigou a retenção de C e a contribuição do Eucalyptus para os compartimentos físicos da MOS cultivados há 22 anos em diferentes solos. No Argissolo o cultivo de Eucalyptus favoreceu o aumento do teor de C e N do solo e dos compartimentos físicos, enquanto que no Cambissolo e Neossolo o teor de C do solo não foi alterado e o teor de N diminuiu até 10 cm de profundidade. Em consideração aos compartimentos físicos, no Cambissolo houve uma redução do teor de C e N na fração silte até os 20 cm de profundidade enquanto que no Neossolo nenhuma alteração relevante foi observada. Apesar do comportamento distinto observado quanto aos teores de C e N no solo e nos compartimentos físicos em diferentes solos, a presença de biomarcadores específicos da serrapilheira do Eucalyptus foi observada nos compartimentos físicos em todos os solos sob cultivo de Eucalyptus. / Considering the increase of forest plantation areas in the last years and that the soil organic matter (SOM) is directly affected by soil uses, this work aimed at investigating the impact of forest systems on the content and chemical molecular composition of SOM in Brazilian subtropical soils. For this objective, three studies were conducted: i) In the first study, the alterations of the soil nutrients and the SOM composition were investigated in Cambisols under Acacia and Eucalyptus plantations in the last 7 years. The Acacia plantation lead to a reduction of the contents of exchangeable P, K+, Ca2+ and Mg2+ and a decrease of the soil pH until a depth of 40 cm, whereas under Eucalyptus plantation only the exchangeable K+ content decreased. The carbon content of the soil was not changed after the Acacia and Eucalyptus plantation. An enrichment of polysaccharide-derived compounds in soil under Acacia plantation, together with the specific biomarker C31, might indicate an input of biomass from the new forest vegetation. At the Eucalyptus plantation site an increase of the proportion of degraded compounds on the SOM composition was observed. ii) The second study was conducted in the same areas as the first study and the C and N stocks of the soil and the physical compartments of the SOM (FLF - free light fraction, OLF - occluded light fraction and HF - heavy fraction) and its molecular chemical composition was investigated up to a depth 0 to 20 cm. An increase of the C stocks of the FLF and OLF in the Eucalyptus plantation area at 0-5 cm depth was observed, what was explained by the input of biomass from Eucalyptus litter, indicated by the presence of the specific biomarker C29. For the Acacia plantation, the stocks of C and N of the OLF decreased. However, the presence of polysaccharides-derived compounds and the specific biomarker C31 from Acacia litter, showed an input of Acacia biomass in the light fractions. iii) In the third study, we investigated the retention of C and the contribution of the Eucalyptus to physical compartments of SOM in soils under Eucalyptus plantation after 22 years. In the Acrisol, Eucalyptus plantation promoted an increase of C and N contents of the soil and physical compartments, while in the Cambisol and Inceptisol the C content of the soil did not change, whereas the N content decreased up to 10 cm depth. In the silt fraction up to 20 cm depth, C and N contents of the Cambisol decreased, while no significant change was observed in the Inceptisol. Despite the differing behavior observed for the C and N contents of the physical compartments in different soils, specific biomarkers from Eucalyptus litter were present in all physical compartments in all soils under Eucalyptus plantation.

Solos com horizontes húmicos e hísticos de ecossistemas tropicais e subtropicais de altitude desempenham importante função no estoque do C atmosférico, na regulação climática e dos fluxos hidrológicos, na retenção de água no solo e na atuação enquanto filtro ambiental. Além disso, esses solos que acumulam naturalmente C funcionam como arquivos da história natural, pois sua gênese está diretamente ligada às condições ambientais vigentes durante o processo de sua formação. O presente estudo teve como objetivo investigar a origem, composição e estabilidade da MOS e o efeito da matéria orgânica (MOS) sobre a estabilidade de agregados em perfis de solo com horizontes húmicos e hísticos sob floresta de Araucária. Amostras indeformadas foram coletadas em diferentes profundidades em uma topossequência sob Floresta Ombrófila mista na bacia sedimentar de Curitiba / PR - área de proteção ambiental do Iraí. Os solos foram classificados como Latossolo Bruno Alumínico rúbrico, Gleissolo Melânico Ta Distrófico organossólico e Organossolo Háplico Sáprico típico. Em cada perfil também foram coletadas amostras de serapilheira. No Estudo 1 nós determinamos os estoques de C e N, a estabilidade desses estoques por ensaios de mineralização de C e monitoramos a alteração da composição química da MOS antes e depois da incubação. Os resultados mostraram que o enriquecimento de C na topossequência cresceu do topo da vertente para a planície aluvial e que as diferenças observadas no teor e na composição química da MOS foram definidas pelo regime hídrico do solo. Aproximadamente 70% do estoque de C encontra-se armazenado em horizontes sub-superficiais, sendo a estabilidade desses estoques maior quando comparada à superfície. Em condições anóxicas os açúcares são relativamente mais degradados, havendo enriquecimento relativo de compostos aromáticos e alifáticos. No Estudo 2 nós investigamos a influência da composição química da MOS na estabilidade de agregados dos perfis, avaliada pela dispersão por ultrassom. Os resultados mostraram que os compostos alifáticos e estruturas do tipo carboidrato foram relevantes para a estabilidade dos agregados. No solo mais intemperizado, as interações organo-minerais entre os grupos C-O-alquil e a superfície dos argilas foi o mecanismo mais importante na agregação, ao passo que no gleissolo e no organossolo o mecanismo predominante foi a proteção hidrofóbica conferida pela autoassociação das zonas hidrofóbicas da MOS, envolvendo principalmente os grupos alifáticos da estrutura. No Estudo 3 nós utilizamos a MOS como um traçador de paleo-mudanças ambientais, com objetivo de identificar alterações vegetacionais em função de mudanças climáticas. Os resultados mostraram que no topo da vertente a ciclagem da MOS foi mais intensa, havendo maior contribuição da floresta (vegetação C3) para a composição da MOS. Entretanto, nas posições mais baixas da paisagem, a composição da MOS é derivada principalmente de vegetação C4 (campo), que teria predominado no passado. Esses resultados corroboram a mudança de um clima seco para um clima mais úmido na região, que teria ocorrido durante o Holoceno. / Soils with humic and histic horizons of tropical and subtropical ecosystems of altitude play an important role in stock of atmospheric C, climate regulation, water retention and environmental filter. Furthermore, these C-rich soils are archives of natural history, because their genesis is directly linked to environmental conditions during the process of their formation. This study aimed to investigate the origin, composition and stability of organic matter (SOM) and the effect of SOM composition on aggregate stability in soil profiles with humic and histic horizons under Araucaria forest. Undisturbed samples were collected from different depths in a toposequence under rain forest in the sedimentary basin of Curitiba, Brazil, located in the environmental protected area of Iraí. The soils were classified as Oxisol, Gleysol and Histosol. In each profile we collected different litter fractions. In the first study we determined the C and N stocks, the stability of these stocks by C mineralization experiment and we monitored the changes in the SOM chemical composition before and after incubation. The results showed that the C content increased from the top to the flood plain and that the differences in content and SOM chemical composition were defined by soil water regime. Approximately 70% of C stock is stored in subsurface horizons, with greater stability of these stocks when it is compared to the surface horizon. In anoxic conditions sugars are relatively more degraded, with greater relative enrichment of aromatic and aliphatic compounds. In the second study we investigated the influence of the SOM chemical composition on aggregate stability measured by ultrasound energy application. The results showed that aliphatic compounds and the carbohydrate structures are important for the structural stability. In the oxisol the organo-mineral interactions between the CO-alkyl groups and the clays surface was the most important mechanism of aggregation, while in the gleysol and in the histosol the predominant mechanism iwas the hydrophobic protection by the self-association of the hydrophobic zones of SOM, involving the aliphatic structures. In the third study we use the SOM as a paleoenvironmental tracer to try to identify the vegetation changes due to climate change in the past. The results showed thatin the top the SOM turnover was more effective, eith higher contribution of the forest (C3 vegetation) to the SOM composition. However, at the lower landscape positions, the SOM composition is mainly derived from the C4 vegetation (grassland) ) that would have prevailed in the past. Our results support the change of a dry to a more humid climate in that region, occurred during the Holocene.

Mudanças no uso da terra acarretam em modificações no balanço de carbono do solo, podendo elas ser positivas ou negativas. Sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA), em plantio direto, podem vir a ser alternativas de uso conservacionista do solo. Nesse sentido, os objetivos deste estudo foram estimar os parâmetros da dinâmica da matéria orgânica do solo e utilizá-los nas predições e simulações a respeito do sequestro de carbono no solo. O estudo foi desenvolvido em um experimento em execução desde 2001 no município de São Miguel das Missões, no Sul do Brasil. Os tratamentos avaliados consistiram de diferentes intensidades de pastejo, reguladas pela altura de manejo do pasto (10, 20, 30 e 40 cm), além de áreas sem pastejo, em delineamento experimental de blocos completos ao acaso, com três repetições. O solo foi coletado (0-20 cm) após a colheita da soja (maio de 2014), juntamente com a área de mata nativa. Os valores dos coeficientes de humificação (K1) e de perda da matéria orgânica (K2) foram obtidos a partir da relação entre adição de carbono e os estoques de carbono orgânico (CO) do solo, com o uso de um modelo unicompartimental de predição. Os estoques de CO apresentaram entre 52 e 55 Mg ha-1, não diferindo entre os tratamentos. Os coeficientes K1 e K2 apresentaram valores de 0,18 e 0,011 ano-1. A quantidade de carbono que deve ser aportada anualmente para manter os estoques de CO é de 3,15 Mg ha-1 ano-1. O sistema integrado de produção de soja-bovinos de corte em plantio direto apresenta balanço positivo de carbono, independentemente da altura de manejo de pasto adotado ao longo do inverno, em um Latossolo oxídico no subtrópico. Predições indicam que os sistemas mais intensivos de pastejo (10 e 20 cm) não conseguem chegar aos estoques de carbono orgânico da mata nativa ao longo do tempo, enquanto os sistemas de pastejo com intensidade moderada (30 e 40 cm) e sem pastejo apresentam potencial de sequestro de carbono suficiente para se igualar à mata nativa, desde que os coeficientes de humificação e de perda da matéria orgânica do solo não mudem com o passar do tempo. / Changes in land use lead to changes in soil carbon balance, which can be positive or negative. Integrated crop-livestock systems (ICLS) under no-till may be an alternative regarding conservation soil management. In this sense, the objectives of this study were to estimate the parameters of the soil organic matter dynamics and use them in simulations and predictions about soil carbon sequestration. This study was conducted in an experiment established in 2001 at São Miguel das Missões County, in Southern Brazil. The treatments consisted of different grazing intensities, regulated by the pasture sward height (10, 20, 30 and 40 cm), and no grazing areas in an experimental design of randomized block design, with three replicates. The soil sampling (0-20 cm) occurred after soybean harvest (2014 May) in the experimental plots, and in a native forest area. The humification (K1) and loss of organic matter coefficients (K2) were obtained from the relationship between the carbon addition and soil organic carbon (SOC) stocks, using a one-compartment prediction model. There was no difference in SOC among treatments and they were between 52 and 55 Mg ha-1. The K1 and K2 coefficients value were 0.18 and 0.011 yr-1. The amount of carbon that must be added annually to maintain the SOC stocks is 3.15 Mg ha-1 yr-1. The integrated soybean production under no-tillage and beef cattle system presents a positive carbon balance, regardless of grazing intensity adopted during the winter season, in an oxidic Oxisol in the subtropics. Predictions indicate that the most intensive grazing systems (10 and 20 cm) cannot reach the soil organic carbon stocks of native forest area over time, while moderate grazing systems (30 to 40 cm) and no grazing areas have enough potential for carbon sequestration to reach the native forest area, since the coefficients of humification and loss of organic matter does not change over time.

A proteção física é um importante mecanismo de estabilização da matéria orgânica (MO) em solos subtropicais. Desenvolveu-se quatro estudos sobre essa temática em solos com textura e mineralogia distintas, sendo os estudos 1 e 2 relacionados à avaliação de produtos (iodeto-NaI e politungstato de sódio-PTS) e de densidades de solução (1,8 a 2,2 g cm-3) sobre o rendimento das frações leve livre (FLL), leve oclusa (FLO) e pesada (FP) da MO do solo. Por sua vez, os estudos 3 e 4 objetivaram avaliar o efeito de sistemas de manejo de solo na agregação e acúmulo de C orgânico no solo, bem como verificar a importância da oclusão no acúmulo de C nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm de um Argissolo Vermelho (220 g kg-1 argila) e de um Latossolo Vermelho (680 g kg-1 argila), há 18 e 25 anos, respectivamente, sob plantio direto (PD). Do ponto de vista metodológico verificou-se que na densidade de 1,8 g cm-3, o uso da solução de PTS resultou num aumento de 176 a 726% no C quantificado como FLO em comparação ao NaI, enquanto não foi verificado efeito significativo no rendimento do C na FLL. O aumento da densidade da solução de PTS de 1,8 para 2,0 g cm-3 aumentou de 30 a 99% o rendimento de C na FLO, não tendo sido verificado vantagens na recuperação de C com o uso da solução de 2,2 g cm-3. O sistema PD resultou num aumento dos estoques de carbono (C) orgânico e na estabilidade de agregados em comparação ao solo em preparo convencional (PC), sendo este efeito mais expressivo na camada superficial do solo (0-5 cm). Os estoques crescentes de C nas frações (FLL>FLO>FP) em ambos os solos indicam o efeito aditivo dos mecanismos de recalcitrância molecular, oclusão e proteção coloidal na estabilidade da MO do solo. O sistema PD não resultou em aumento no C da FLL em comparação ao solo em PC, indicando que as alterações no microclima, normalmente verificadas sob este sistema de manejo conservacionista, não foram responsáveis pelo acúmulo de C orgânico nos solos avaliados. Por outro lado, o PD promoveu aumento no C da FLO, evidenciando-se que a oclusão foi responsável por aproximadamente 30% do acúmulo de C orgânico nos solos sob este sistema conservacionista de manejo, em comparação ao solo em PC. A solução de PTS 2,0 g cm-3 é a mais adequada para os solos estudados em avaliações da proteção física da MO do solo, mecanismo o qual contribui expressivamente para o acúmulo de C orgânico em camadas superficiais de solos em plantio direto no Sul do Brasil. / The physical protection is a important mechanism of soil organic matter (SOM) stabilization in tropical and subtropical soils. Four studies focusing this subject were developed using soils with different texture and mineralogy. Two studies evaluated products (sodium iodide-NaI and sodium politungstate -SPT) and density of solutions (1.8 to 2.2 g cm-3) on C recovery in the free light fraction (FLF), occluded light fraction (OLF), and heavy fraction (HF) of the SOM. Other two studies evaluated the effect of the no-tillage (NT) on soil aggregates stability and on organic C accumulation, as well as the importance of the mechanism of occlusion on the C accumulation in the soil profile (0-5, 5-10 and 10-20 cm) of a sandy clay loam Paleudult (220 g kg-1 clay) and of a Rhodic Hapludox (680 g kg-1 clay). The use of 1.8 g cm-3 of solutions of SPT had a C recovery in the OLF 176 to 726% higher than using NaI solution, while no significant effect was verified on the C recovery in the FLF. The increase of density of SPT solution from 1,8 to 2,0 g cm-3 recovered from 30 to 99% more C in the OLF, while no advantages were verified on C recovery using density of 2.2 g cm-3. NT soil had higher aggregate stability and the stocks of organic C in comparison to conventional tillage (CT) soil, effects that were more pronounced on the surface soil layer (0-5 cm). The increase of C stocks in the fractions (FLF>OLF>HF) in both soils indicated an additive effect of the mechanisms of molecular recalcitrance, occlusion, and colloidal protection in the stability of the SOM. C stock in the FLF not increased in NT soils in comparison with CT soils, indicating that the microclimate alterations usually verified under this conservation management system were not responsible for the C accumulation in the evaluated soils. On the other hand, NT increases the C in the OLF, evidencing the occlusion as a mechanism responsible for approximately 30% of the C accumulation in the NT soils, in comparison with CT soils. The solution of SPT 2,0 g cm-3 was the more appropriate for using in studies of physical protection of the SOM in the evaluated soils, mechanism that have an important role to the C accumulation in the surface soil layers of Southern Brazilian no-tilled soils.

Mudanças no uso da terra acarretam em modificações no balanço de carbono do solo, podendo elas ser positivas ou negativas. Sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA), em plantio direto, podem vir a ser alternativas de uso conservacionista do solo. Nesse sentido, os objetivos deste estudo foram estimar os parâmetros da dinâmica da matéria orgânica do solo e utilizá-los nas predições e simulações a respeito do sequestro de carbono no solo. O estudo foi desenvolvido em um experimento em execução desde 2001 no município de São Miguel das Missões, no Sul do Brasil. Os tratamentos avaliados consistiram de diferentes intensidades de pastejo, reguladas pela altura de manejo do pasto (10, 20, 30 e 40 cm), além de áreas sem pastejo, em delineamento experimental de blocos completos ao acaso, com três repetições. O solo foi coletado (0-20 cm) após a colheita da soja (maio de 2014), juntamente com a área de mata nativa. Os valores dos coeficientes de humificação (K1) e de perda da matéria orgânica (K2) foram obtidos a partir da relação entre adição de carbono e os estoques de carbono orgânico (CO) do solo, com o uso de um modelo unicompartimental de predição. Os estoques de CO apresentaram entre 52 e 55 Mg ha-1, não diferindo entre os tratamentos. Os coeficientes K1 e K2 apresentaram valores de 0,18 e 0,011 ano-1. A quantidade de carbono que deve ser aportada anualmente para manter os estoques de CO é de 3,15 Mg ha-1 ano-1. O sistema integrado de produção de soja-bovinos de corte em plantio direto apresenta balanço positivo de carbono, independentemente da altura de manejo de pasto adotado ao longo do inverno, em um Latossolo oxídico no subtrópico. Predições indicam que os sistemas mais intensivos de pastejo (10 e 20 cm) não conseguem chegar aos estoques de carbono orgânico da mata nativa ao longo do tempo, enquanto os sistemas de pastejo com intensidade moderada (30 e 40 cm) e sem pastejo apresentam potencial de sequestro de carbono suficiente para se igualar à mata nativa, desde que os coeficientes de humificação e de perda da matéria orgânica do solo não mudem com o passar do tempo. / Changes in land use lead to changes in soil carbon balance, which can be positive or negative. Integrated crop-livestock systems (ICLS) under no-till may be an alternative regarding conservation soil management. In this sense, the objectives of this study were to estimate the parameters of the soil organic matter dynamics and use them in simulations and predictions about soil carbon sequestration. This study was conducted in an experiment established in 2001 at São Miguel das Missões County, in Southern Brazil. The treatments consisted of different grazing intensities, regulated by the pasture sward height (10, 20, 30 and 40 cm), and no grazing areas in an experimental design of randomized block design, with three replicates. The soil sampling (0-20 cm) occurred after soybean harvest (2014 May) in the experimental plots, and in a native forest area. The humification (K1) and loss of organic matter coefficients (K2) were obtained from the relationship between the carbon addition and soil organic carbon (SOC) stocks, using a one-compartment prediction model. There was no difference in SOC among treatments and they were between 52 and 55 Mg ha-1. The K1 and K2 coefficients value were 0.18 and 0.011 yr-1. The amount of carbon that must be added annually to maintain the SOC stocks is 3.15 Mg ha-1 yr-1. The integrated soybean production under no-tillage and beef cattle system presents a positive carbon balance, regardless of grazing intensity adopted during the winter season, in an oxidic Oxisol in the subtropics. Predictions indicate that the most intensive grazing systems (10 and 20 cm) cannot reach the soil organic carbon stocks of native forest area over time, while moderate grazing systems (30 to 40 cm) and no grazing areas have enough potential for carbon sequestration to reach the native forest area, since the coefficients of humification and loss of organic matter does not change over time.

Tendo em vista o aumento das áreas com florestas plantadas nos últimos anos e que a matéria orgânica do solo (MOS) é afetada diretamente pelos diferentes usos do solo, este trabalho teve como objetivo investigar a origem e retenção da matéria orgânica em solos subtropicais brasileiros sob sistemas de produção florestal. Para atingir esse objetivo, três estudos foram desenvolvidos. No estudo 1, as alterações das propriedade químicas do solo e a composição química da MOS foram investigadas em Cambissolos sob cultivo de Acacia e de Eucalyptus há 7 anos. O cultivo de Acacia favoreceu o aumento da saturação de alumínio e redução do pH, Ca+2 e Mg+2, enquanto que no solo sob Eucalyptus, devido a aplicação de calcário, isso não foi observado. O teor de C do solo não foi alterado após o cultivo de Acacia e de Eucalyptus, porém o aumento de compostos derivados de polissacarídeos e o enriquecimento de C31 no solo sob Acacia, indica a entrada de material vegetal da serrapilheira da Acacia. No solo sob Eucalyptus não houve evidência de entrada de material da serrapilheira do Eucalyptus, no entanto, a presença de compostos mais degradados indicou alteração da composição da MOS após introdução do Eucalyptus. O estudo 2 foi realizado nas mesmas áreas do estudo 1, sendo determinado os estoques de C e N nos compartimentos físicos da MOS (FLL-fração leve livre, FLO-fração leve oclusa, e FP-fração pesada) e sua composição química molecular também foi investigada, em sub-camadas até 20 cm de profundidade. Alterações nos estoques de C e N das frações leves na camada de 0-5 cm foram observadas pelo aumento nos estoques de C das FLL e FLO na área sob Eucalyptus e a entrada de biomassa da serrapilheira do Eucalyptus foi detectada pela presença de biomarcador específico C29, a qual não foi observada quando analisado o solo inteiro (Estudo I). Em consideração a área sob Acacia, redução dos estoques de C e N da FLO foi observado. No entanto, a presença de compostos derivados de polissacarídeos e a presença de biomarcador C31 da serrapilheira da Acacia, indicou entrada de biomassa da Acacia nas frações leves. O estudo 3 investigou a retenção de C e a contribuição do Eucalyptus para os compartimentos físicos da MOS cultivados há 22 anos em diferentes solos. No Argissolo o cultivo de Eucalyptus favoreceu o aumento do teor de C e N do solo e dos compartimentos físicos, enquanto que no Cambissolo e Neossolo o teor de C do solo não foi alterado e o teor de N diminuiu até 10 cm de profundidade. Em consideração aos compartimentos físicos, no Cambissolo houve uma redução do teor de C e N na fração silte até os 20 cm de profundidade enquanto que no Neossolo nenhuma alteração relevante foi observada. Apesar do comportamento distinto observado quanto aos teores de C e N no solo e nos compartimentos físicos em diferentes solos, a presença de biomarcadores específicos da serrapilheira do Eucalyptus foi observada nos compartimentos físicos em todos os solos sob cultivo de Eucalyptus. / Considering the increase of forest plantation areas in the last years and that the soil organic matter (SOM) is directly affected by soil uses, this work aimed at investigating the impact of forest systems on the content and chemical molecular composition of SOM in Brazilian subtropical soils. For this objective, three studies were conducted: i) In the first study, the alterations of the soil nutrients and the SOM composition were investigated in Cambisols under Acacia and Eucalyptus plantations in the last 7 years. The Acacia plantation lead to a reduction of the contents of exchangeable P, K+, Ca2+ and Mg2+ and a decrease of the soil pH until a depth of 40 cm, whereas under Eucalyptus plantation only the exchangeable K+ content decreased. The carbon content of the soil was not changed after the Acacia and Eucalyptus plantation. An enrichment of polysaccharide-derived compounds in soil under Acacia plantation, together with the specific biomarker C31, might indicate an input of biomass from the new forest vegetation. At the Eucalyptus plantation site an increase of the proportion of degraded compounds on the SOM composition was observed. ii) The second study was conducted in the same areas as the first study and the C and N stocks of the soil and the physical compartments of the SOM (FLF - free light fraction, OLF - occluded light fraction and HF - heavy fraction) and its molecular chemical composition was investigated up to a depth 0 to 20 cm. An increase of the C stocks of the FLF and OLF in the Eucalyptus plantation area at 0-5 cm depth was observed, what was explained by the input of biomass from Eucalyptus litter, indicated by the presence of the specific biomarker C29. For the Acacia plantation, the stocks of C and N of the OLF decreased. However, the presence of polysaccharides-derived compounds and the specific biomarker C31 from Acacia litter, showed an input of Acacia biomass in the light fractions. iii) In the third study, we investigated the retention of C and the contribution of the Eucalyptus to physical compartments of SOM in soils under Eucalyptus plantation after 22 years. In the Acrisol, Eucalyptus plantation promoted an increase of C and N contents of the soil and physical compartments, while in the Cambisol and Inceptisol the C content of the soil did not change, whereas the N content decreased up to 10 cm depth. In the silt fraction up to 20 cm depth, C and N contents of the Cambisol decreased, while no significant change was observed in the Inceptisol. Despite the differing behavior observed for the C and N contents of the physical compartments in different soils, specific biomarkers from Eucalyptus litter were present in all physical compartments in all soils under Eucalyptus plantation.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:21:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 238940.pdf: 2570752 bytes, checksum: 38184fec84288d1ed4318d26f47a7239 (MD5) / Amostras de solos, turfas e suas substâncias húmicas (SH) foram caracterizadas através de análise termogravimétrica (TG), análise elementar, espectroscopia de infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear de 13C (RMN 13C). Os resultados demonstraram que as amostras de matéria orgânica (MO) apresentaram uma estrutura mais alifática e rica em polissacarídeos do que suas SH. Entretanto, as razões atômicas assim como a IV e RMN 13C puderam ser usadas para caracterizar e diferenciar amostras de MO. A acidez de SH de ambientes distintos foi determinada pela titulação indireta. Os resultados geraram dúvidas com relação à validade da metodologia e de possíveis interferências ocasionadas pelas características das amostras. Desta forma, experimentos foram idealizados para testar a validade dos valores de acidez de SH determinados por diferentes métodos e tratados por diferentes modelos matemáticos. Os resultados de acidez mostraram dependência do modelo aplicado e das condições experimentais. A remoção do azul de metileno (AM), do 17ß-estradiol e do 17a-etinilestradiol de soluções aquosas pela turfa foi avaliada. Para o AM, a remoção foi maior para as soluções diluídas. Para os hormônios, a turfa apontou ser uma alternativa viável nos testes de adsorção. A turfa mostrou-se eficiente, demonstrando a sua potencialidade para a recuperação de efluentes contaminados com estes compostos.

Os sistemas de manejo afetam o estoque e a labilidade da matéria orgânica do solo (MOS), com reflexos nos fluxos de energia e matéria e na qualidade de solos agrícolas. Este estudo objetivou avaliar o efeito de longo prazo (18 anos) da utilização de sistemas de preparo de solo [plantio direto (PD) e preparo convencional (PC)], sistemas de cultura [aveia/milho (A/M), vica/milho (V/M), e aveia+vica/milho+caupi (AV/MC)] e de doses de N mineral [0 kg N ha-1 (0N) e 180 kg N ha-1 (180N)], sobre o acúmulo e a labilidade do C em frações da matéria orgânica de um Argissolo Vermelho da Depressão Central do RS. As taxas de acúmulo de C foram calculadas em relação ao sistema PC A/M 0N. A labilidade do C foi obtida pela relação entre o estoque de C da fração leve (densidade<1,8 Mg m-3) e pesada (densidade>1,8 Mg m-3) da MOS. As taxas anuais de acúmulo de C na camada 0-0,2 m do solo em PD variaram de 0,19 Mg C ha-1 ano-1 no A/M 0N a 0,65 Mg C ha-1 ano-1 no AV/MC 180N. Porém, a taxa de acúmulo de C do sistema AV/MC foi subestimada em aproximadamente 38% quando incluiu-se na avaliação camadas subsuperficiais de 0,2-1,0 m. A adubação nitrogenada, apesar de aumentar em 1,2 Mg ha-1 o estoque de C no solo, quando considerados seus custos energéticos, não representou efetivamente seqüestro de C no solo. O índice de manejo de carbono (IMC), utilizado para avaliar a qualidade de sistemas de manejo de solo e calculado através de alterações que os sistemas promovem sobre o estoque e a labilidade do C em relação a um sistema de referência, foi maior no PD do que em PC e apresentou uma estreita relação com a adição de C ao solo (r = 0,81 a 0,96; P<0,05-0,10) e com propriedades físicas, químicas e biológicas do solo (r = 0,73 a 0,99; P<0,05 a 0,01). O carbono extraível em água (<0.45 μm) apresentou relação com o estoque de C no solo. A recalcitrância da matéria orgânica dissolvida, avaliada por espectroscopia de fluorescência e UV-Vis, foi menor em PD do que em PC e apresentou relação com a recalcitrância da MOS determinada por espectroscopia de fluorescência induzida por laser em amostras de solo inteiro. / Soil management systems affect the stock and lability of soil organic matter (SOM), and therefore the matter and energy fluxes that determine soil quality. This study aimed at assessing the effect of long-term (18-years) tillage systems [no-till (NT) and conventional tillage (CT)], cropping systems [oat/maize (O/M), vetch/maize (V/M) and oat+vetch/maize+cowpea (OV/MC)] and N fertilization [0 kg N ha-1 (0N) and 180 kg N ha-1 (180N)] over the accumulation and lability of C in SOM fractions of a subtropical Acrisol. To compute the C accumulation, the CT O/M 0N system was taken as reference. The C lability was given by the ratio between the stock of light (density <1.8 Mg m-3) and heavy C (density >1.8 Mg m-3). The annual C accumulation rate in the 0-0,2m layer of no-till soil varied from 0.19 Mg C ha-1 year-1, in O/M 0N, to 0.65 Mg C ha-1 year-1, in OV/MC 180N. These C accumulation rates, however, underestimated in average at 38% the rates obtained when the 0-1,0 m layer was considered. The N fertilization increased the soil C stocks at an average value of 1,2 Mg ha-1, but when the energy costs related to fertilizer production was considered, this practice did not represent an efficient strategy to atmospheric C mitigation. The carbon management index (CMI), used to assess the quality of the management system and calculated from changes that this system implies on C stocks and lability, was higher in NT than in CT and showed a close relation to C addition (r = 0.81 to 0.96; P<0.05-0.10) and physical, chemical and biological soil properties (r = 0.73 to 0.99; P<0.05 to 0.01). The water extractable organic carbon (<0.45 μm) showed a relation with total C stocks and its recalcitrance, assessed through fluorescence and UV-Visible spectroscopy, was lower in NT than in CT and showed correlation with SOM recalcitrance determined through laser-induced fluorescence spectroscopy of the whole soil.

A recuperação física de solos degradados pela compactação, atingindo um estado de qualidade física adequada, é fundamental para a produção agrícola sustentável. A avaliação de parâmetros físicos, no tempo, é essencial para indicar a qualidade ou degradação do solo decorrente das ações agrícolas de manejo. O objetivo do trabalho foi avaliar a eficiência de alternativas integradas de manejo do solo para a recuperação física, bem como o tempo necessário à obtenção de qualidade adequada. Para isso, vem sendo conduzido um experimento, desde 2002, em Eldorado do Sul (RS), sobre um Argissolo Vermelho, franco-argilo-arenoso, caracterizado por um elevado grau de compactação inicial e que se constituía em um campo natural degradado. Os tratamentos, manejados sob semeadura direta, englobaram três coberturas do solo no inverno (pousio, aveia preta + ervilhaca e nabo forrageiro), duas profundidades de atuação da haste sulcadora de adubo da semeadora e três condições de tráfego (tráfego de rodados de trator, colhedora e sem tráfego). No verão, semeia-se milho e soja, em rotação anual. Independentemente das coberturas de inverno, a conversão do campo natural degradado a um sistema de produção de grãos, em semeadura direta, reestruturou positivamente o solo, atingindo qualidade física para desempenhar adequadamente as suas funções, em sete anos. Isso foi possível devido à utilização integrada do tráfego controlado e da atuação da haste sulcadora da semeadora em maiores profundidades. Houve recuperação e evolução da estrutura do solo, perante o incremento dos teores de matéria orgânica (e de suas frações), aumento da porosidade e melhor distribuição dos poros e a diminuição da densidade do solo, no tempo. Esses parâmetros influenciaram o comportamento físico-hídrico do solo. A maior retenção de água no solo deu-se na camada superficial, em altos potenciais matriciais. Em menores potenciais matriciais de água no solo, houve maior retenção e água disponível às plantas, no solo trafegado. O índice S indicou melhor qualidade do solo na camada superficial e no solo não trafegado, sendo que a presença de poros grandes neste, aumentou a permeabilidade ao ar. O rendimento do milho e da soja foi maior nos tratamentos com plantas de cobertura de solo no inverno, sem ser afetado pela condição de tráfego e pelas profundidades de atuação da haste. O sistema de manejo do solo adotado foi considerado sustentável, uma vez que atuou conservando os recursos naturais (solo e água), recuperou as funções primordiais do solo e atingiu alto rendimento de culturas produtoras de grãos. / The physical recovery of soils degraded by compaction, reaching a state of adequate physical quality, is indispensable for the sustainable agricultural production. The evaluation of physical parameters, in due course, is essential to indicate the quality or soil degradation resulting from agricultural actions of management. The objective was to evaluate the efficiency of integrated alternatives of soil management for physical recovery, also the required time to obtain the appropriate quality. For this, an experiment has been conducted since 2002, in Eldorado do Sul (RS) on a Paleudult, sandy clay loam, characterized by a high degree of initial compaction and that was in degraded native grassland. The treatments, managed under no-tillage, have involved three winter cover crops (fallow, black oats + vetch, oilseed radish – Raphanus Sativus L.), two driller chisel-type furrow opener action depths and three traffic conditions (tractor wheel traffic, harvester and without traffic). In summer corn and soybean are sown in annual rotation. Regardless of winter cover crops, the conversion of degraded native grassland to a grain production system, under no-tillage, restructured positively the soil, reaching a physical quality to perform adequately their roles in seven years. This was possible before the integrated use of controlled traffic and the performance of higher furrow opener working depths. There was a positive development of soil structure, given the increase in organic matter content (and its fractions), the porosity increase and a better distribution of pores and reduction of soil density, in time. These parameters influenced the physico-hydric soil behavior. The greater water retention occurred in the surface soil layer, in higher potentials. At lower potentials, there was greater retention and plant available water, in trafficked soil. The index S indicated better soil quality in the surface soil layer and in the no-trafficked soil, where the presence of large pores increased the permeability to air. Under favorable water conditions, the yield of corn and soybeans were higher for winter cover crops, without being affected by traffic condition and the depths of action of the furrow opener. The soil management system adopted was considered sustainable as it appeared conserving natural resources (soil and water), recovered the essential functions of the soil and reached good yield of grain crops.