Phosphorus (P) is the second macronutrient that most limits the agricultural production due to its low level of availability in the soils, thus requires high demand to obtain high crops efficiency in the short-term, however, it is a non-renewable resource. In long-term, differents P fertilizer placement can effect, particularly the preferential forms of P retained and legacy in the soil pool and their contribution to increasing P use efficiency by crops over time. In this context, in the present thesis, in the chapter two, we aimed to assess changes in soil P pools (labile, moderately labile and non-labile) and legacy soil P accumulation after long-term P fertilization with an initial soil P buildup and annual P applications. P pools in the soil showed a significant effect of P application on labile P fractions with the adoption of annual rates of 60, 90 and 120 kg P2O5 ha-1, while effects of the initial P application were less significant for this tropical high weathered soil. Thus, P accumulation from annual rates in the labile fractions of P could help to improve the soil legacy P availability and represent a profitable strategy to reduce large inputs of inorganic P fertilizer in tropical crop production systems. in the chapter three, we evaluated the influence of long-term P fertilizer placement on soil P pools and legacy soil P accumulation under a corn-soybean long-term rotation. Significant changes in soil P pools were observed by the long-term effect of P fertilizer placement. Broadcast P fertilizer placement increased the labile P and moderately labile P in the topsoil (0-7.5 cm), and had a greater P fertilizer use efficiency compared to deep band placement. The use of combined placement strategies will contribute to maintain the available P pools maximizing P fertilization efficiency in reduced tillage systems. in the chapter four, we evaluated the effects of long-term P fertilizer placement (initial placement and annual rates and placement of P) in the transition of pasture to double-crop of soybean and corn under no-till crop production on changes in the soil P pools and legacy soil P accumulation. Results of P pools in the soil showed a significant effect of P application on labile P fractions in soil surface with the adoption of annual rates and placement of 100B and 100SP kg P2O5 ha-1 under all initial P application, and 100B for the all others P fractions and soil depths, while effects of the initial P application were less significant for this tropical high weathered soil. Thus, P accumulation from the initial (P remains in the soil after five years) and annual P fertilizer application in the labile P pools could help (at least in part) to reduce current high dependency and large inputs of inorganic P fertilizer in tropical no-till systems. / O fósforo (P) é o segundo macronutriente que mais limita a produção agrícola devido seu baixo nível de disponibilidade nos solos, exigindo alta demanda para obter alta eficiência das culturas em curto-prazo, porém, é um recurso não renovável. Em longo-prazo, diferentes adições desse fertilizante podem afetar as formas e o legado do P no solo e sua contribuição para aumentar a eficiência do seu uso pelas culturas ao longo do tempo. Neste contexto, no capítulo dois, avaliamos as mudanças nos pools de P do solo (lábeis, moderadamente lábeis e não lábeis) e o acúmulo do legado do P no solo após a fertilização P a longo prazo com o aumento do P inicial do solo com o uso de doses iniciais de P e aplicações anuais de P. As frações de P do solo mostraram um efeito significativo à aplicação de P nas frações lábeis de P com a adoção das doses anuais de 60, 90 e 120 kg de P2O5 ha-1 , enquanto os efeitos da aplicação inicial de P foram menos significativas para este solo tropical altamente intemperizado. Assim, o acúmulo de P nas frações lábeis promovidas pelas doses anuais de P poderia ajudar a melhorar a disponibilidade e legado do P no solo e representar uma estratégia lucrativa para reduzir grandes entradas de fertilizantes fosfatados inorgânicos nesses sistemas tropicais de cultivo. no capítulo três, avaliou-se a influência da adubação fosfatada a longo-prazo nas frações e legado do P do solo, sob rotação milho-soja. Foram observadas mudanças significativas nas frações de P do solo pelo efeito da aplicação de fertilizantes fosfatados em longo-prazo. A colocação do fertilizante fosfatado a lanço aumentou o P lábil e moderadamente lábil na camada superficial do solo (0-7,5 cm) e teve maior eficiência de uso deste fertilizante em comparação à apliacação profunda. O uso de estratégias de aplicações combinadas contribuirá para manter as fraçães de P disponíveis maximizando a eficiência da fertilização fosfatada nos sistemas de cultivo reduzido. no capítulo quatro, avaliamos os efeitos da adubação fosfatada a longo-prazo (aplicação inicial e doses e aplicações anuais de P), na transição do pasto para cultivo de soja e milho safrinha sob plantio direto, nas mudanças e acumulação das frações e legado do P no solo. As frações de P no solo mostraram um efeito significativo à aplicação de P nas frações lábeis na superfície do solo com a adoção das doses e aplicações anuais de 100B e 100SP kg P2O5 ha-1 em todas as aplicações iniciais de P, e 100B para todas as outras frações de P e profundidades do solo, enquanto os efeitos da aplicação inicial de P foram menos significativos para este solo tropical altamente intemperizado. Assim, o acúmulo de P da aplicação inicial (efeito residual do P no solo após cinco anos) e as aplicações anuais do fertilizante fosfatado nas frações de P lábil podem ajudar (pelo menos em parte) a reduzir a alta dependência atual às grandes entradas de fertilizante fosfatos inorgânico nos sistema de plantio direto.

Phosphorus (P) one of the essential elements to plants and animals, is a non-renewable resource and accuatlly high demanded in agriculture. The World\'s population growth and future estimatives on food demands raises the question about the sustainability of the current agriculture systems, speccially concerns about the low P use efficiency in agroecosystems. Brazilian agriculture requires high P inputs and many researches has been developed to increase the crops yield and, consequently, food production efficiency. However, this development was achieved at the high costs of mineral fertilisers (specially P) and long-term perspectives about the costs of the intensification in the tropical agriculture is accuattly in debate. In this conxtext, in the present thesis chapter two we evaluated the evolution of the Brazilian cropland basis and P demands, quantifying the Brazil P Legacy and, based on scenarios involving the cropland area and yield expansion, we estimated the future (up to 2050) Legacy P and P fertilisers demand. We also estimated the potential aleviation that could be achieved in the mineral fertilizers consumption by utilisation and improvements on manure P recycling. Alternatively, considering the systems intensification and its effects on P availability, we proposed alternative scenarios to promote the Legacy P utilisation in Brazil\'s improved agriculture systems to grant the agriculture expansion without huge increments on the national P fertilisers consumption. A worldwide recognized advance in Brazilian agriculture is the Cerrado, where large cropland areas accually are cultivated twice a year, improving the food and fiber production without any additional disturbance of natural ecossystems. In this context, no-tillage (NT) agriculture has been widely used and, as consequence, soil fertility has been improved, which could be also farorable to the P availability, when rotation with crop species with P mobilization mechanisms are introduced, such as cover crops utilisation. However, the effects of these improved rotated systems on P bioavailability in long-term in tropical soils remains uncert in the literature and was our objective in the chapter three, where is described a study envolving the evaluation of long-term changes on P fractions in tropical Oxisols, from two long-term field trials involving tillage systems (NT and conventional tillage, CT) and cover crops (millet, brachiaria, maize and control, fallow). The long-term cultivation generated large amounts of legacy P in the soil and with the brachiaria introduction as cover crop, more P was recycled in the topsoil and labile P and all the organic P fractions increased. Based on the cover crop effects, we proposed that the bioavailability of the legacy P could be represented by the P extracted by the labile fractions + moderately labile P fractions. In the chapter four, we used other techniques actually widely applied to P speciation, and we applied in tropical soils affected by the native Cerrado conversion into NT and CT agriculture. A multiple approach to identify and quantify the P forms in tropical soils were proposed by the utilisation of Hedley\'s fractionation togheter with P K-edge XANES for P-bindings into inorganic soil matrix and liquid 31P-NMR spectroscopy to complement the organic P species in tropical soils. / Fósforo (P), um dos elementos essenciais às plantas e animais, é um recurso não-renovável e altamente demandado na agricultura atualmente. O crescimento da população mundial e as estimativas futuras da demanda de alimentos aumentam os questionamentos sobre a sustentabilidade dos sistemas agrícolas atuais, especialmente no que se refere a baixa eficiência no uso do P na agricultura. A agricultura brasileira requer altas quantidades de P e muitas pesquisas tem sido desenvolvidas para aumentar a produtividades das culturas e, conseequentemente, a eficiencia da produção de alimentos. Entretanto, este desenvolvimento tem sido alcançado a altos custos com uso de fertilizantes minerais (sobretudo P) e as perspectivas de longo prazo sobre os custos da intensificação da agricultura tropical estão atualmente em debate. Nesse contexto, no capítulo dois da presente tese avaliamos a evolução da área cultivada no Brasil e das demandas de P, quantificando o legado do P no Brasil e, baseado em cenários envolvendo a expansão da área cultivada e da produtividade, estimamos o futuro (até 2050) legado de P e as demandas por fertilizantes fosfatados. Ainda estimamos a potencial redução no consumo de fertilizantes fosfatados que pode ser alcançada pela utilização e melhorias na reciclagem do P oriundo de dejetos. Alternativamente, considerando a intensificação dos sistemas e seus efeitos na disponibilidade de P, propusemos cenários alternativos visando a utilização do \"Legacy P\" em sistemas agrícolas melhorados para garantir a expansão agrícola sem drásticos incrementos no consumo nacional de fertilizantes fosfatados. Um avanço internacionalmente reconhecido na agricultura Brasileira é o Cerrado, onde extensas áreas agrícolas são cultivadas duas vezes ao ano, incrementando assim a produção de alimentos e fibras sem qualquer custo aos ecossistemas naturais. Nesse contexto, a agricultura sob plantio direto (PD) tem sido amplamente difundida e, como consequencia, a fertilidade dos solos tem-se elevado, o que pode também favorecer a disponibilidade de P, quando são introduzidas rotações com espécies de plantas que apresentam mecanismos de mobilização do P, como o uso de plantas de cobertura. Entretanto, os efeitos desses sistemas melhorados de rotação na biodisponibilidade de P em solos tropicais no longo prazo permanecem incertos na literatura e foram objeto de estudo no capítulo três, onde está descrito um estudo envolvendo a avaliação das mudanças de longo-prazo nas frações de P em Latossolos, oriundos de dois experimentos de campo de longa duração no Cerrado, envolvendo a avaliação de sistemas de preparo (PD e preparo convencional, PC) e plantas de cobertura (milheto, braquiária milho e um controle, apenas pousio). O cultivo por longo tempo resultou em grandes quantididades de \"Legacy P\" acumulado no solo e, com o uso de braquiária como cultura de cobertura, maior quantidade de P foi reciclado para as camadas superiores do solo e as frações de P lábil e todas as frações organicas aumentaram. Baseado nos efeitos das plantas de cobertura, sugerimos que a biodisponibilidade do \"Legacy P\" pode ser representada pelo P extraído nas frações lábeis + o P de frações moderadamente lábeis. No capítulo quatro, utilizamos outras técincas atualmente difundidas para a especiação de P, aplicando-as em solos tropicais influenciados pela conversão do Cerrado nativo em agricultura sob PD e PC. Uma abordagem múltipla para identificação e quantificação de formas de P em solos tropicais foi proposta através da utilização do fracionamento de P proposto por Hedley em conjunto com a especiação de P por XANES da borda K do P para identificação de ligação do P a matrix inorgânica do solo, e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para complementação da identificação de espécies orgânicas de P em solos tropicais.

Phosphorus (P) one of the essential elements to plants and animals, is a non-renewable resource and accuatlly high demanded in agriculture. The World\'s population growth and future estimatives on food demands raises the question about the sustainability of the current agriculture systems, speccially concerns about the low P use efficiency in agroecosystems. Brazilian agriculture requires high P inputs and many researches has been developed to increase the crops yield and, consequently, food production efficiency. However, this development was achieved at the high costs of mineral fertilisers (specially P) and long-term perspectives about the costs of the intensification in the tropical agriculture is accuattly in debate. In this conxtext, in the present thesis chapter two we evaluated the evolution of the Brazilian cropland basis and P demands, quantifying the Brazil P Legacy and, based on scenarios involving the cropland area and yield expansion, we estimated the future (up to 2050) Legacy P and P fertilisers demand. We also estimated the potential aleviation that could be achieved in the mineral fertilizers consumption by utilisation and improvements on manure P recycling. Alternatively, considering the systems intensification and its effects on P availability, we proposed alternative scenarios to promote the Legacy P utilisation in Brazil\'s improved agriculture systems to grant the agriculture expansion without huge increments on the national P fertilisers consumption. A worldwide recognized advance in Brazilian agriculture is the Cerrado, where large cropland areas accually are cultivated twice a year, improving the food and fiber production without any additional disturbance of natural ecossystems. In this context, no-tillage (NT) agriculture has been widely used and, as consequence, soil fertility has been improved, which could be also farorable to the P availability, when rotation with crop species with P mobilization mechanisms are introduced, such as cover crops utilisation. However, the effects of these improved rotated systems on P bioavailability in long-term in tropical soils remains uncert in the literature and was our objective in the chapter three, where is described a study envolving the evaluation of long-term changes on P fractions in tropical Oxisols, from two long-term field trials involving tillage systems (NT and conventional tillage, CT) and cover crops (millet, brachiaria, maize and control, fallow). The long-term cultivation generated large amounts of legacy P in the soil and with the brachiaria introduction as cover crop, more P was recycled in the topsoil and labile P and all the organic P fractions increased. Based on the cover crop effects, we proposed that the bioavailability of the legacy P could be represented by the P extracted by the labile fractions + moderately labile P fractions. In the chapter four, we used other techniques actually widely applied to P speciation, and we applied in tropical soils affected by the native Cerrado conversion into NT and CT agriculture. A multiple approach to identify and quantify the P forms in tropical soils were proposed by the utilisation of Hedley\'s fractionation togheter with P K-edge XANES for P-bindings into inorganic soil matrix and liquid 31P-NMR spectroscopy to complement the organic P species in tropical soils. / Fósforo (P), um dos elementos essenciais às plantas e animais, é um recurso não-renovável e altamente demandado na agricultura atualmente. O crescimento da população mundial e as estimativas futuras da demanda de alimentos aumentam os questionamentos sobre a sustentabilidade dos sistemas agrícolas atuais, especialmente no que se refere a baixa eficiência no uso do P na agricultura. A agricultura brasileira requer altas quantidades de P e muitas pesquisas tem sido desenvolvidas para aumentar a produtividades das culturas e, conseequentemente, a eficiencia da produção de alimentos. Entretanto, este desenvolvimento tem sido alcançado a altos custos com uso de fertilizantes minerais (sobretudo P) e as perspectivas de longo prazo sobre os custos da intensificação da agricultura tropical estão atualmente em debate. Nesse contexto, no capítulo dois da presente tese avaliamos a evolução da área cultivada no Brasil e das demandas de P, quantificando o legado do P no Brasil e, baseado em cenários envolvendo a expansão da área cultivada e da produtividade, estimamos o futuro (até 2050) legado de P e as demandas por fertilizantes fosfatados. Ainda estimamos a potencial redução no consumo de fertilizantes fosfatados que pode ser alcançada pela utilização e melhorias na reciclagem do P oriundo de dejetos. Alternativamente, considerando a intensificação dos sistemas e seus efeitos na disponibilidade de P, propusemos cenários alternativos visando a utilização do \"Legacy P\" em sistemas agrícolas melhorados para garantir a expansão agrícola sem drásticos incrementos no consumo nacional de fertilizantes fosfatados. Um avanço internacionalmente reconhecido na agricultura Brasileira é o Cerrado, onde extensas áreas agrícolas são cultivadas duas vezes ao ano, incrementando assim a produção de alimentos e fibras sem qualquer custo aos ecossistemas naturais. Nesse contexto, a agricultura sob plantio direto (PD) tem sido amplamente difundida e, como consequencia, a fertilidade dos solos tem-se elevado, o que pode também favorecer a disponibilidade de P, quando são introduzidas rotações com espécies de plantas que apresentam mecanismos de mobilização do P, como o uso de plantas de cobertura. Entretanto, os efeitos desses sistemas melhorados de rotação na biodisponibilidade de P em solos tropicais no longo prazo permanecem incertos na literatura e foram objeto de estudo no capítulo três, onde está descrito um estudo envolvendo a avaliação das mudanças de longo-prazo nas frações de P em Latossolos, oriundos de dois experimentos de campo de longa duração no Cerrado, envolvendo a avaliação de sistemas de preparo (PD e preparo convencional, PC) e plantas de cobertura (milheto, braquiária milho e um controle, apenas pousio). O cultivo por longo tempo resultou em grandes quantididades de \"Legacy P\" acumulado no solo e, com o uso de braquiária como cultura de cobertura, maior quantidade de P foi reciclado para as camadas superiores do solo e as frações de P lábil e todas as frações organicas aumentaram. Baseado nos efeitos das plantas de cobertura, sugerimos que a biodisponibilidade do \"Legacy P\" pode ser representada pelo P extraído nas frações lábeis + o P de frações moderadamente lábeis. No capítulo quatro, utilizamos outras técincas atualmente difundidas para a especiação de P, aplicando-as em solos tropicais influenciados pela conversão do Cerrado nativo em agricultura sob PD e PC. Uma abordagem múltipla para identificação e quantificação de formas de P em solos tropicais foi proposta através da utilização do fracionamento de P proposto por Hedley em conjunto com a especiação de P por XANES da borda K do P para identificação de ligação do P a matrix inorgânica do solo, e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para complementação da identificação de espécies orgânicas de P em solos tropicais.