Submitted by JOÃO PAULO GONSIORKIEWICZ RIGON (jpaulorigon@hotmail.com) on 2018-06-25T14:18:44Z No. of bitstreams: 1 Tese João Paulo 12_06_18 com a Ficha.pdf: 3394827 bytes, checksum: 9ff80fd6d8150c7892a082872e0464d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2018-06-25T19:07:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rigon_jpg_dr_botfca.pdf: 3394827 bytes, checksum: 9ff80fd6d8150c7892a082872e0464d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T19:07:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rigon_jpg_dr_botfca.pdf: 3394827 bytes, checksum: 9ff80fd6d8150c7892a082872e0464d7 (MD5) Previous issue date: 2017-07-03 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O manejo inadequado do solo pode intensificar a degradação da sua estrutura, provocando perda de sua capacidade produtiva. Por este motivo é importante potencializar a produção agrícola e manejo sustentável por técnicas conservacionistas. Neste sentido, dois experimentos são conduzidos com diferentes rotações de culturas em sistema de semeadura direta (SSD) desde 2003 e 2006 em Nitossolo e Latossolo, respectivamente. São cultivadas três safras anuais, onde as parcelas de outono-inverno são compostas por meio do triticale ou girassol no Nitossolo e brachiaria ou sogo granífero em sistema solteiro e o consórcio entre ambos no Latossolo. Como subparcelas são cultivadas as culturas de primavera (milheto, crotalária, sorgo forrageiro em ambos os solos, tendo no Nitossolo um tratamento adicional denominado escarificação/pousio. A soja foi cultivada cada ano no verão desde o início dos experimentos. No primeiro capítulo foi analisada a quantidade e a qualidade dos resíduos culturais na superfície do solo nas diferentes safras, objetivando determinar influências nos fluxos de CO2, estoques de C e N do solo, assim como a qualidade da matéria orgânica quantificada pelo fracionamento físico e químico. No segundo capítulo foram abordados o potencial de mineralização de C e N dos solos, frações de C, assim como a biomassa microbiana. Também a estabilidade de agregados destes solos foram analisadas procurando verificar se as rotações de culturas afetam a agregação do solo. Observou-se que as rotações de culturas influenciaram os teores e estoques de C e N, sendo que a ausência de cultivo de primavera limita estes valores. A qualidade dos resíduos culturais influencia nas frações mais humificadas da MOS. Enquanto que a agregação do solo é favorecida com o aumento dos teores de C e N no solo devido a utilização de cultivos de primavera, sugerindo que o pousio de apenas 50 dias em sistema de rotação pode limitar os efeitos benéficos verificados em um sistema intensivo de cultivo. / The inadequate soil management may intensify the degradation of the structure, loosing of its productive capacity. For this reason, it is important to potentiate agricultural production and sustainable management by conservationist techniques. In this sense, two experiments are conducted with different crop rotations under direct seeding system (SSD) from 2003 and 2006 in Typic Rhodudalf and Rhodic Hapludox, respectively. Three annual crops are cultivated, where the autumn-winter plots are composed by triticale or sunflower in the Typic Rhodudalf and ruzigrass or grain sorghum in single systems and the consortium between both in the Rhodic Hapludox. As subplots are grown in spring season the pearl millet, sunn hemp, forage sorghum in both soils, having in the Typic Rhodudalf an additional treatment called fallow/chisel. The soybean was grown every year in the summer since the beginning of the experiments. The first chapter was analized the quantity and quality of the crop residue on the soil surface udner different crops, to determine the effects on CO2 flux, stocks of C and N in soil as well as the quality of the Organic Matter quantified by the physical and chemical fractionations. In the second chapter, the potential of C and N mineralization of soils, as well as the microbial biomass were discussed. Also, the aggregate stability of these soils was analyzed trying to find if the crop rotations affects the soil aggregation. It was observed that the crop rotations impacts the C and N contents and stocks, and the absence of spring crop limits these values. The quality of crop residues impacts in the humidified fractions of soil organic matter. The soil aggregation is favored by increasing of the C and N content in soil, due to the use of spring crops, suggesting that the bare soil (fallow) during only 50 days in the rotation system may limit the beneficial impacts observed in an intensive system of cultivation. / 2013/23359-4

The use of fire as pasture management has been object of intense argue, although it has many effects in soil and environment quality. In the ground, the most expressive effect occurs on the organic matter (OM), by combustion, or indirectly acting on the soil fauna. Another consequence of fire is a production of a biologic inactive carbon (BIC), this coal remains in the soil free of the action of the biologic activity. Therefore, this coal is not used as energy, and consequently it didn t improve soil quality. Another environment negative effect of burning crop residues is the emission of C as CO2 and other gases that causing greenhouse effect. This study was carried out to evaluate the effect of the burning in the organic matter dynamic in agroecossistems. The present study was carried out in two sites with natural pastures located in Rio Grande do Sul State, the first one was in Andre da Rocha under a Rhodic Hapludox with approximately hundred years of burning use and another one in Santa Maria under a Arenic Hapludalf. Another site was located in Campos Novos (SC), under a Rhodic Kandiudox where burning was used to management residues of annual crops. The main evaluations were field soil respiration, carbon and total nitrogen, fractionation of the organic matter (> and < 53mm) and aggregate water stability. In the three studies the use of fire affected the total carbon and nitrogen soil content. Even the organic matter associate to the fraction < 53mm was affected by burning / Ao longo dos anos a utilização das queimadas tem sido objeto de intensos debates, devido aos seus inúmeros efeitos na qualidade do solo e ambiente. No solo, o efeito mais expressivo ocorre sobre a matéria orgânica (MO), pela sua queima, ou indiretamente atuando sobre os organismos responsáveis pela sua decomposição resultando em uma forma biologicamente inerte de carbono (carvão), permanecendo no solo livre da ação da atividade microbiana. Portanto, este carbono não é utilizado como fonte de energia para a biota, e conseqüentemente não contribui para a melhoria da qualidade do solo. Outro efeito ambientalmente negativo da queima dos resíduos culturais deve-se às emissões de C na forma de CO2 e outros gases que causam efeito estufa. Neste contexto, o presente estudo objetivou avaliar o efeito da queima na qualidade da matéria orgânica do solo em diferentes agroecossistemas. Para atingir os objetivos do presente estudo foram selecionadas duas áreas de campos naturais localizadas no Rio Grande do Sul, sendo uma em André da Rocha sob um Latossolo Vermelho distroférrico com um histórico de cem anos com queimadas bienais e outra em Santa Maria sob um Argissolo Vermelho Distrófico arênico. Foi, ainda, utilizada uma terceira área localizada em Campos Novos (SC), sob um Nitossolo Vermelho distrófico onde foi utilizada a queima como prática de manejo para eliminação dos resíduos de culturas anuais. As áreas foram avaliadas quanto a respiração do solo, estoques de carbono e nitrogênio total, fracionamento da matéria orgânica (> e <53mm) e estabilidade de agregados em água. Nos três estudos a queimada afetou os estoques de carbono e nitrogênio do solo, inclusive com redução significativa na matéria orgânica associada à fração <53mm, normalmente não afetada por práticas antrópicas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The searching of renewable energy sources is growing the interest in the biofuels obtaining from vegetable oils, and stand out crop as sunflower, soy and castor bean. Besides the production of raw material to obtaining of renewable energy, those cultures accumulate in the biomass the carbon that can be incorporate to the organic matter in the soil during the crop residue decomposition. A field experiment was carried out on a typic Hapludalf in an experimental area of the Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, state of Rio Grande do Sul, in the agricultural year of 2006/07. The aim was to evaluate the biomass production, decomposition and nitrogen release of crop residue of the bioenergy crop. The treatments were: T1 - Sunflower (Helianthus annus L., var. AGUARÁ-3); T2 - Soy (Glycine max L.); T3 Hybrid of the castor beans (Ricinus communis L. var. Lira); T4 - Variety of the castor beans (Ricinus communis L. var. AL Guarany 2002). It was evaluated de dry matter and carbon accumulated, decomposition and nitrogen release of the crop residues and grain yield were evaluated. In the castor beans, 41% of C accumulated in the aerial part during the cycle of the culture are in the leaves, being the quantification of that compartment of essential biomass to evaluate the contribution of the castor beans for the contribution of C soil. The soy crop residues presented lower decomposition and nitrogen release. The soy crop, for to produce raw material to biodiesel production and to add high amounts of C in the soil, without the need of N application, it shows high potential for the mitigation of the greenhouse effect among the bioenergy crop evaluated. / A busca por fontes renováveis de energia gerou um aumento na produção de biodiesel a partir de óleos vegetais extraídos de grãos de culturas como girassol, soja e mamona. Além de produzirem matéria-prima para a obtenção de energia renovável, essas culturas acumulam em sua biomassa o carbono que poderá ser incorporado à matéria orgânica do solo durante a decomposição dos resíduos culturais. Com o objetivo de avaliar a produção de biomassa e a decomposição e liberação de nitrogênio de resíduos culturais de plantas bioenergéticas, conduziu-se um experimento no ano agrícola de 2006/07, na área experimental do Departamento de Solos da Universidade Federal de Santa Maria RS, em um Argissolo Vermelho distrófico arênico. Os tratamentos avaliados foram: T1 Girassol (Helianthus annus L., var. AGUARÁ-3); T2 Soja (Glycine max); T3 Mamona híbrido lira (Ricinus communis L. var. Lira); T4 Mamona variedade AL Guarany 2002 (Ricinus communis L. var. AL Guarany 2002). Avaliou-se o acúmulo de matéria seca e carbono, decomposição e liberação de C e N dos resíduos culturais e produtividade de grãos das culturas. Na mamona, 41% do C acumulado na parte aérea durante o ciclo da cultura encontram-se nas folhas, sendo a quantificação desse compartimento de biomassa essencial para avaliar a contribuição da mamoneira para o aporte de C ao solo. Os resíduos culturais de colheita que apresentaram menor decomposição e liberação de N foram àqueles oriundos da soja. A cultura da soja, por produzir matéria-prima para a produção de biodiesel e adicionar elevadas quantidades de C ao solo, sem a necessidade de aplicação de N, apresenta grande potencial para a mitigação do efeito estufa entre as culturas bioenergéticas avaliadas.

The adoption of mechanical unburned sugarcane harvesting increases the quantity of straw left on the soil. This material has a high potential for 2G ethanol and bioelectricity production. Although the straw maintenance has an essential role in the soil properties and crop performance. The straw decomposition is a key process to investigate and to inform the correct removal management decisions. Diverse factors affect the decomposition rate, such as: quality and quantity of straw; edaphoclimatic conditions; and management practices. Therefore, we conducted a field study at two sites within central-southern Brazil, the largest sugarcane-producing region in the world, encompassing two harvesting seasons (rainy and dry) over two years to evaluate the sugarcane straw decomposition dynamics under different removal rates. The main hypothesis is that the high removal unbalances the soil environment and reduce de C supply for the microorganisms, decreasing the microbial activity and consequently the straw decomposition rate. The straw removal management affected the decomposition rate, which the lowest decomposition was associated with high removal. The C and N loss was two- and threefold greater in the second year than in the first year of experimentation, respectively. Overall, the straw cellulose decreased by 13%, the hemicellulose 7%, and the lignin proportionally enriched by 92% after two years. Throughout the decomposition process, the straw chemical changes were detected using the traditional method, wet chemical extractions, and using the spectroscopy technique, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform DRIFT. In this sense, in order to trace straw cellulose and hemicellulose changes we suggested the use of 896, 987, 1173, and 1447 cm-1 peaks, whereas to trace lignin changes, the absorbance at 1510 cm-1 seems to be an efficient predictor. The soil bacterial community was most affected by the time of decomposition. The straw quality explained 23.2% of the total bacterial variation, in which hemicellulose accounting for 17.2% of this variation. Moreover, the bacterial structure was subtle affected by the sugarcane straw removal. Overall, our study showed that the straw removal for 2G ethanol and bioelectricity production affect the straw decomposition dynamics in commercial sugarcane areas in Brazil. The time was the main regulator of changes in straw chemical contents and in the soil bacterial structure. The use of crop residues for energy purposes is one of the principal alternatives to increase bioenergy production in the next few years. However, the sugarcane straw removal should be done with prudence, since the straw removal rate affected the straw decomposition dynamics and consequently it should affect the nutrient recycling and C cycle. / A adoção da colheita mecanizada sem queima prévia da cana-de-açúcar aumenta a quantidade de palha sobre o solo. Essa palha tem um alto potencial para produção de etanol 2G e bioeletricidade. No entanto, a manutenção da palha tem papel essencial nas propriedades do solo e no desempenho das culturas. A decomposição da palha é um processo chave para investigar e informar sobre corretas decisões acerca do manejo da remoção. Diversos fatores afetam a taxa de decomposição, tais como: qualidade e quantidade da palha; condições edafoclimáticas; e práticas de manejo. Portanto, realizamos um estudo de campo em dois locais no centro-sul do Brasil, maior região produtora de cana-de-açúcar no mundo, abrangendo duas épocas de colheita (chuvosa e seca) ao longo de dois anos para avaliar a dinâmica de decomposição da palha da cana-de-açúcar sob diferentes taxas de remoção. A principal hipótese é de que a alta remoção de palha desequilibre o ambiente edáfico e reduza o fornecimento de C para os microrganismos, diminuindo a atividade microbiana e consequentemente a taxa de decomposição da palha. O manejo de remoção afetou a taxa de decomposição da palha, a menor taxa de decomposição foi associada a maiores remoções. A perda de C e N foi duas e três vezes maior no segundo ano do que no primeiro ano de condução do experimento, respectivamente. Em geral, a celulose da palha diminuiu em 13%, a hemicelulose em 7% e a lignina proporcionalmente enriqueceu em 92% após dois anos. Mundancas na composição química da palha ao longo do processo de decomposição foram detectadas tanto utilizando o método tradicional, via extrações químicas sequenciais, quanto atravéz de técnica espectroscópica, como o Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform DRIFT. Assim, para verificar alterações da celulose e da hemicelulose da palha suger-se o uso das picos espectrais de 896, 987, 1173 e 1447 cm-1, enquanto que para verificar mudanças na lignina os valores de 1510 cm-1 mostrou-se um eficiente preditor. A comunidade bacteriana do solo foi afetada pelo tempo de decomposição. A qualidade da palha explicou 23,2% da variação bacteriana total, onde a hemicelulose representou 17,2% dessa variação. Além disso, a estrutura bacteriana foi sutilmente afetada pelo manejo de remoção da palha da cana-de-açúcar. No geral, nosso estudo mostrou que a remoção de palha para a produção de etanol 2G e bioeletricidade afetará a dinâmica da decomposição da palha nas áreas comerciais de cana-de-açúcar do Brasil. O tempo foi o principal regulador das mudanças nos conteúdos bioquímicos da palha e na estrutura bacteriana do solo. O uso de resíduos de culturas para fins energéticos é uma das principais alternativas para aumentar a produção de bioenergia nos próximos anos. No entanto, a remoção da palha de cana-de-açúcar deve ser feita com prudência, uma vez que a taxa de remoção afetou a dinâmica da decomposição e conseqüentemente deverá afetar a ciclagem de nutrientes e o ciclo do C.

O esforço global em diversificar a matriz mundial de combustíveis líquidos, busca substituir as fontes fósseis por renováveis. A produção de bioenergia derivada da biomassa assume importante papel neste cenário. A biomassa gerada após a colheita da cana-de-açúcar ganha destaque como matéria prima pela grande quantidade de material que pode ser usado para geração direta (queima) e indireta (biocombustíveis) de bioenergia. No entanto, ainda pouco se sabe sobre os efeitos da remoção de quantidades de palha de cana-de-açúcar voltado à produção de bioenergia sobre os atributos biológicos do solo. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da remoção da palha de cana-de-açúcar no carbono e nitrogênio microbiano e na comunidade microbiana do solo. O estudo foi conduzido em duas áreas cultivadas com cana-de-açúcar (Saccharum spp. L.) nos municípios de Capivari, SP (Usina Bom Retiro) e Valparaíso, SP (Usina Univalem). Em Bom Retiro o experimento foi instalado em um Latossolo Vermelho distrófico típico de textura franco-argilo-arenosa e, em Univalem foi um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura arenosa. Em ambos locais, o delineamento experimental utilizado foi blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos testados corresponderam a diferentes intensidades de remoção de palha de cana-de-açúcar (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 de remoção; e aleiramento da quantidade remanescente na área após colheita), sendo 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 de palha em massa de matéria seca na Usina Bom Retiro e 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 na Usina Univalem. Um ano após a instalação do experimento, foram coletadas amostras de palha e de solo na camada 0-10 cm e, passados quatro meses após o segundo manejo de remoção da palha nos tratamentos foram coletadas amostras de palha e de solo nas camadas 0-5 e 5-10 cm. Os atributos avaliados foram: carbono e nitrogênio total da palha e do solo, fração mais oxidável do carbono do solo, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana da palha e do solo e, quantificação de genes microbianos no solo. Os resultados mostraram que as quantidades de C e N totais no solo não apresentaram resposta em função das quantidades de palha, no entanto, a fração de C mais facilmente oxidável e o C e N microbiano apresentaram tendência de redução em função de maiores níveis de remoções de palha, sendo a resposta da biomassa microbiana mais expressiva no solo de textura arenosa (i.e., Univalem). Da mesma forma, as comunidades microbianas foram mais sensíveis às diferentes remoções de palha, apresentando maior abundância com menor remoção de palha. Desta forma, a remoção de elevadas quantidades da palha de cana-de-açúcar do campo, ao alterar a microbiologia do solo, pode ter consequências nas específicas funções exercidas por este compartimento, que garantem o bom funcionamento do solo e podem prevenir contra a degradação. Estes resultados podem servir de base para avaliações mais amplas que buscam uma estratégia sustentável de manejo da palha de cana-de-açúcar que garanta o bom funcionamento do solo / The global effort to diversify the global matrix of liquid fuels seeks to replace fossil sources by renewable ones. Bioenergy production derived from biomass plays an important role in this scenario. The biomass generated after the harvest of sugarcane stands out by the large amounts of straw that can be used for direct generation (burning) and indirect (biofuels) of bioenergy. However, little is know about the effects of sugarcane straw removal to bioenergy production on biological soil properties. The objective of this study was to evaluate the effect of the straw removal on soil microbial carbon and nitrogen as well as on soil microbial community. The experiments were conducted in two areas cultivated with sugarcane (Saccharum spp. L.) in Capivari, SP (Bom Retiro) and Valparaíso, SP (Univalem). The soils studied were an Oxisoil with clay texture in Bom Retiro and an Ultisoil with sandy texture in Univalem. In both sites, the experimental designer was a randomized blocks with five treatments and four replications. The treatments tested were decreasing intensities of sugarcane straw harvest (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 removing of the original straw deposition) : i) Bom Retiro: 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on soil surface; ii) Univalem: 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on the soil surface. One year after experiment installation, straw and soil (0-10 cm layer) samples were collected. A new sugarcane straw and soil (0-5 and 5-10 cm) sampling was performed four months from the second deposition of sugarcane straw on the field. The attributes evaluated were: total and microbial C and N of straw and soil, soil easily-oxidizable C, straw and soil microbial genes quantification using qPCR method. Our results showed that soil C and N contents were not impacted by sugarcane straw removal. However, the fraction of easily-oxidizable C and microbial C and N tended to decrease due to increased straw removal, with a more significant microbial biomass response for the sandy soil site (Univalem). Likewise, microbial communities were also sensitive to straw management, resulting in a significant decrease in the number of gene copies with increasing intensities of sugarcane straw harvest. Therefore, we can concluded that the large amounts of sugarcane straw removal from field as affects soil microbiology, may have consequences in specific functions performed by microorganisms, which ensure the soil functioning and can prevent soil degradation. These results can serve as a basis for more comprehensive assessments that seek a sustainable crop residue management strategy for sugarcane, to ensure the proper functioning of the soil

O esforço global em diversificar a matriz mundial de combustíveis líquidos, busca substituir as fontes fósseis por renováveis. A produção de bioenergia derivada da biomassa assume importante papel neste cenário. A biomassa gerada após a colheita da cana-de-açúcar ganha destaque como matéria prima pela grande quantidade de material que pode ser usado para geração direta (queima) e indireta (biocombustíveis) de bioenergia. No entanto, ainda pouco se sabe sobre os efeitos da remoção de quantidades de palha de cana-de-açúcar voltado à produção de bioenergia sobre os atributos biológicos do solo. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da remoção da palha de cana-de-açúcar no carbono e nitrogênio microbiano e na comunidade microbiana do solo. O estudo foi conduzido em duas áreas cultivadas com cana-de-açúcar (Saccharum spp. L.) nos municípios de Capivari, SP (Usina Bom Retiro) e Valparaíso, SP (Usina Univalem). Em Bom Retiro o experimento foi instalado em um Latossolo Vermelho distrófico típico de textura franco-argilo-arenosa e, em Univalem foi um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico de textura arenosa. Em ambos locais, o delineamento experimental utilizado foi blocos casualizados, com cinco tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos testados corresponderam a diferentes intensidades de remoção de palha de cana-de-açúcar (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 de remoção; e aleiramento da quantidade remanescente na área após colheita), sendo 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 de palha em massa de matéria seca na Usina Bom Retiro e 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 na Usina Univalem. Um ano após a instalação do experimento, foram coletadas amostras de palha e de solo na camada 0-10 cm e, passados quatro meses após o segundo manejo de remoção da palha nos tratamentos foram coletadas amostras de palha e de solo nas camadas 0-5 e 5-10 cm. Os atributos avaliados foram: carbono e nitrogênio total da palha e do solo, fração mais oxidável do carbono do solo, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana da palha e do solo e, quantificação de genes microbianos no solo. Os resultados mostraram que as quantidades de C e N totais no solo não apresentaram resposta em função das quantidades de palha, no entanto, a fração de C mais facilmente oxidável e o C e N microbiano apresentaram tendência de redução em função de maiores níveis de remoções de palha, sendo a resposta da biomassa microbiana mais expressiva no solo de textura arenosa (i.e., Univalem). Da mesma forma, as comunidades microbianas foram mais sensíveis às diferentes remoções de palha, apresentando maior abundância com menor remoção de palha. Desta forma, a remoção de elevadas quantidades da palha de cana-de-açúcar do campo, ao alterar a microbiologia do solo, pode ter consequências nas específicas funções exercidas por este compartimento, que garantem o bom funcionamento do solo e podem prevenir contra a degradação. Estes resultados podem servir de base para avaliações mais amplas que buscam uma estratégia sustentável de manejo da palha de cana-de-açúcar que garanta o bom funcionamento do solo / The global effort to diversify the global matrix of liquid fuels seeks to replace fossil sources by renewable ones. Bioenergy production derived from biomass plays an important role in this scenario. The biomass generated after the harvest of sugarcane stands out by the large amounts of straw that can be used for direct generation (burning) and indirect (biofuels) of bioenergy. However, little is know about the effects of sugarcane straw removal to bioenergy production on biological soil properties. The objective of this study was to evaluate the effect of the straw removal on soil microbial carbon and nitrogen as well as on soil microbial community. The experiments were conducted in two areas cultivated with sugarcane (Saccharum spp. L.) in Capivari, SP (Bom Retiro) and Valparaíso, SP (Univalem). The soils studied were an Oxisoil with clay texture in Bom Retiro and an Ultisoil with sandy texture in Univalem. In both sites, the experimental designer was a randomized blocks with five treatments and four replications. The treatments tested were decreasing intensities of sugarcane straw harvest (i.e., 100%; 75%; 50%; 0 removing of the original straw deposition) : i) Bom Retiro: 0; 3,4; 7,8; 16,6; 15,6 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on soil surface; ii) Univalem: 0; 4,2; 8,7; 18,9; 23,3 Mg ha-1 of dry matter of straw kept on the soil surface. One year after experiment installation, straw and soil (0-10 cm layer) samples were collected. A new sugarcane straw and soil (0-5 and 5-10 cm) sampling was performed four months from the second deposition of sugarcane straw on the field. The attributes evaluated were: total and microbial C and N of straw and soil, soil easily-oxidizable C, straw and soil microbial genes quantification using qPCR method. Our results showed that soil C and N contents were not impacted by sugarcane straw removal. However, the fraction of easily-oxidizable C and microbial C and N tended to decrease due to increased straw removal, with a more significant microbial biomass response for the sandy soil site (Univalem). Likewise, microbial communities were also sensitive to straw management, resulting in a significant decrease in the number of gene copies with increasing intensities of sugarcane straw harvest. Therefore, we can concluded that the large amounts of sugarcane straw removal from field as affects soil microbiology, may have consequences in specific functions performed by microorganisms, which ensure the soil functioning and can prevent soil degradation. These results can serve as a basis for more comprehensive assessments that seek a sustainable crop residue management strategy for sugarcane, to ensure the proper functioning of the soil

The adoption of mechanical unburned sugarcane harvesting increases the quantity of straw left on the soil. This material has a high potential for 2G ethanol and bioelectricity production. Although the straw maintenance has an essential role in the soil properties and crop performance. The straw decomposition is a key process to investigate and to inform the correct removal management decisions. Diverse factors affect the decomposition rate, such as: quality and quantity of straw; edaphoclimatic conditions; and management practices. Therefore, we conducted a field study at two sites within central-southern Brazil, the largest sugarcane-producing region in the world, encompassing two harvesting seasons (rainy and dry) over two years to evaluate the sugarcane straw decomposition dynamics under different removal rates. The main hypothesis is that the high removal unbalances the soil environment and reduce de C supply for the microorganisms, decreasing the microbial activity and consequently the straw decomposition rate. The straw removal management affected the decomposition rate, which the lowest decomposition was associated with high removal. The C and N loss was two- and threefold greater in the second year than in the first year of experimentation, respectively. Overall, the straw cellulose decreased by 13%, the hemicellulose 7%, and the lignin proportionally enriched by 92% after two years. Throughout the decomposition process, the straw chemical changes were detected using the traditional method, wet chemical extractions, and using the spectroscopy technique, Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform DRIFT. In this sense, in order to trace straw cellulose and hemicellulose changes we suggested the use of 896, 987, 1173, and 1447 cm-1 peaks, whereas to trace lignin changes, the absorbance at 1510 cm-1 seems to be an efficient predictor. The soil bacterial community was most affected by the time of decomposition. The straw quality explained 23.2% of the total bacterial variation, in which hemicellulose accounting for 17.2% of this variation. Moreover, the bacterial structure was subtle affected by the sugarcane straw removal. Overall, our study showed that the straw removal for 2G ethanol and bioelectricity production affect the straw decomposition dynamics in commercial sugarcane areas in Brazil. The time was the main regulator of changes in straw chemical contents and in the soil bacterial structure. The use of crop residues for energy purposes is one of the principal alternatives to increase bioenergy production in the next few years. However, the sugarcane straw removal should be done with prudence, since the straw removal rate affected the straw decomposition dynamics and consequently it should affect the nutrient recycling and C cycle. / A adoção da colheita mecanizada sem queima prévia da cana-de-açúcar aumenta a quantidade de palha sobre o solo. Essa palha tem um alto potencial para produção de etanol 2G e bioeletricidade. No entanto, a manutenção da palha tem papel essencial nas propriedades do solo e no desempenho das culturas. A decomposição da palha é um processo chave para investigar e informar sobre corretas decisões acerca do manejo da remoção. Diversos fatores afetam a taxa de decomposição, tais como: qualidade e quantidade da palha; condições edafoclimáticas; e práticas de manejo. Portanto, realizamos um estudo de campo em dois locais no centro-sul do Brasil, maior região produtora de cana-de-açúcar no mundo, abrangendo duas épocas de colheita (chuvosa e seca) ao longo de dois anos para avaliar a dinâmica de decomposição da palha da cana-de-açúcar sob diferentes taxas de remoção. A principal hipótese é de que a alta remoção de palha desequilibre o ambiente edáfico e reduza o fornecimento de C para os microrganismos, diminuindo a atividade microbiana e consequentemente a taxa de decomposição da palha. O manejo de remoção afetou a taxa de decomposição da palha, a menor taxa de decomposição foi associada a maiores remoções. A perda de C e N foi duas e três vezes maior no segundo ano do que no primeiro ano de condução do experimento, respectivamente. Em geral, a celulose da palha diminuiu em 13%, a hemicelulose em 7% e a lignina proporcionalmente enriqueceu em 92% após dois anos. Mundancas na composição química da palha ao longo do processo de decomposição foram detectadas tanto utilizando o método tradicional, via extrações químicas sequenciais, quanto atravéz de técnica espectroscópica, como o Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform DRIFT. Assim, para verificar alterações da celulose e da hemicelulose da palha suger-se o uso das picos espectrais de 896, 987, 1173 e 1447 cm-1, enquanto que para verificar mudanças na lignina os valores de 1510 cm-1 mostrou-se um eficiente preditor. A comunidade bacteriana do solo foi afetada pelo tempo de decomposição. A qualidade da palha explicou 23,2% da variação bacteriana total, onde a hemicelulose representou 17,2% dessa variação. Além disso, a estrutura bacteriana foi sutilmente afetada pelo manejo de remoção da palha da cana-de-açúcar. No geral, nosso estudo mostrou que a remoção de palha para a produção de etanol 2G e bioeletricidade afetará a dinâmica da decomposição da palha nas áreas comerciais de cana-de-açúcar do Brasil. O tempo foi o principal regulador das mudanças nos conteúdos bioquímicos da palha e na estrutura bacteriana do solo. O uso de resíduos de culturas para fins energéticos é uma das principais alternativas para aumentar a produção de bioenergia nos próximos anos. No entanto, a remoção da palha de cana-de-açúcar deve ser feita com prudência, uma vez que a taxa de remoção afetou a dinâmica da decomposição e conseqüentemente deverá afetar a ciclagem de nutrientes e o ciclo do C.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The water evaporation (Es) is one of the main components of water balance and energy of ground surface. Precise measurements of the Es dynamics require the understanding of water and energy partition on the interface soil surface and atmosphere. The Es accumulated is a function of time, soil texture, and presence or absence of crop residues on soil surface, plants and its stage of development, rainfall and irrigation distribution, with strong influence of the atmosphere evaporative demand. This paper aims to quantify the effect of crop residues in no-tillage system on the components of soil water balance on irrigated and non-irrigated areas and evaluate the dynamic of retained water by the straw after the wetting cycles duet to raindall or irrigation events. Two experiments were carried out, on the experimental area of Department of Rural Engineering of Federal University of Santa Maria. The experiment I was carried out from 2013 to 2014, under a mobile reinaout shelter, in 9 m² plots. A bi-factorial experimental design was used, with three replications, where the factor A was the three soil covering levels: 0, 2 e 4 t ha-1 of black oat residues. The factor B was the three irrigation levels. It was used a micro sprinkling system with an application rate of 8 mm h-1 and a service pressure of 100 kPa. After every irrigation event, a sample of 0,09 m² of the crop residues was collected and weighted, in a time interval of 0, 3, 6, 24 hours after the irrigation, in order to measure the residues retained water. The soil water content was monitored in all experimental units, to a depth of 85 cm, using a set of FDR sensors. The soil water balance was determined by the relation between irrigation depth applied, subtracted the infiltrated irrigation detph, the water retained by the residues and the evaporated irrigation depth, after every irrigation event. The experiment II was carried out during 2015/2016 crop season, using microlysimeters (ML), with dimensions of 10 cm diameter and 10 cm height. It was used the same treatment levels of the experiment I, with three replications. A set of ML was installed in a fallow area with natural rainfall and a second set was installed in an area with soybean, both submitted to natural rainfall. The MLs were weighted, daily, at 6 p.m., with the exception of the days with rainfalls. The Es of the ML was determined by the reason of the difference between the mass of ML measured at time intervals of 24h and ML area. The results indicated that the increase on the quantity of residues from 2 to 4 t ha-1 did not improve the water interception and storage by residues. The evaporation daily percentage was more influenced by atmosphere evaporative demand than by the amount of crop residues on soil surface. Crop residues are important to preserve the soil moisture and have direct impact on soil water availability and the soil water balance during the entire crop cycle duration. / A evaporação da água (Es) é um dos principais componentes do balanço de água e energia da superfície do solo. Medidas precisas da dinâmica da Es requerem o entendimento da participação da água e da energia na interface superfície e atmosfera. A Es acumulada é uma função do tempo, da textura do solo, da presença ou não de resíduos vegetais na superfície do solo, das plantas e estádios de desenvolvimento, da ocorrência de chuvas e irrigações, com forte influência da demanda evaporativa da atmosfera. Assim, o objetivo desse trabalho foi quantificar o efeito do resíduo vegetal do sistema plantio direto nos componentes do balanço hídrico do solo em áreas irrigadas e de sequeiro e avaliar a dinâmica da água retida pela palha após o umedecimento pela chuva ou irrigação. Dois experimentos foram conduzidos, em área experimental do Departamento de Engenharia Rural, da Universidade Federal de Santa Maria. O experimento I foi conduzido entre os anos de 2013 e 2014, sob uma cobertura móvel, em parcelas de 9 m2. Utilizou-se um delineamento bi-fatorial, com três repetições, onde o fator A foi constituído de três níveis de cobertura do solo: 0, 2 e 4 t ha-1 de resíduos de aveia preta. O fator B foi constituído de três lâminas de irrigação. Utilizou-se um sistema de micro aspersão, com taxa de aplicação de 8 mm h-1 e pressão de serviço de 100 kPa. Após cada evento de irrigação, uma amostra de 0,09 m2 de resíduos vegetais era coletada e pesada, em intervalos de 0, 3, 6 e 24 horas após a irrigação, à fim de medir a água retida pelos resíduos. O conteúdo de água no solo foi monitorado em cada unidade experimental, até a profundidade de 85 cm, utilizando-se um conjunto de sensores FDR. O balanço hídrico do solo foi determinado pela relação entre a lâmina aplicada, subtraída da lâmina infiltrada, a água retida pelo resíduo vegetal e da lâmina evaporada, após cada evento de irrigação. O experimento II foi conduzindo no ano agrícola de 2015/2016, utilizando microlisimetros (ML), com dimensões de 10 cm de diâmetro e 10 cm de altura. Utilizou-se os mesmos níveis de cobertura do experimento I, com três repetições. Um conjunto de ML foi instalado em uma área em pousio com chuva natural e um segundo conjunto foi instalado em uma área com soja, também com chuva natural. Os ML foram pesados em balança de precisão, diariamente, às 18 horas, com exceção dos dias onde se registou chuva. A Es da água nos ML foi determinada pela razão entre a diferença entre a massa dos mesmos num intervalos de 24 horas e a área do ML. Resultados indicaram que o aumento na quantidade de resíduos de 2 para 4 t ha-1 não incrementou a interceptação e armazenamento de água pelos resíduos vegetais. A taxa diária de evaporação foi mais influenciada pela demanda evaporativa da atmosfera do que pela presença de resíduos culturais na superfície do solo, que está relacionado com a quantidade de resíduo. Os resíduos vegetais tem importância quanto ao efeito na disponibilidade de água no solo em todo o ciclo vegetativo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Crop residues (CR) composed by shoots and roots of plants are the main source of C for the agricultural soils. During the decomposition of these CR in the soil, part of C is evolved as CO2 and nutrients are mineralized, with emphasis on the N. Among the factors that affect decomposition of CR, the biochemical composition has great importance. The objectives of this study were: a) evaluate the dry matter production (DM) and biochemical composition of CR of shoot and roots from commercial and summer cover crops; and b) evaluate the influence of biochemical composition of the transformations of C and N, when CR are kept on the surface (shoot), or incorporated to soil (roots). It was realized two studies, in the first one, it was quantified the DM and biochemical composition of CR from shoot (leaves and stalks) and roots. In the second study, it was evaluated under laboratory conditions for 120 days, the mineralization of C and N and the results were correlated with the biochemical composition of the CR studied. The DM yield of roots varied from 0.54 to 2.86 Mg ha-1 in commercial crops and from 0.56 to 1.66 Mg ha-1 in cover crops. Rice and millet were the species that had the highest DM production of shoots and roots between the commercial and cover crops, respectively. Most of the DM of roots was found in the topsoil (0-10cm) and near the sowing row. The relation root/shoot average of cover crops was less than commercial crops (0.10 vs. 0.17). The CR show wide variation in their biochemical composition. The N content in the DM of CR ranged from 2.8 g kg- 1 (sunflower stalks) to 46.3 g kg- 1 (velvet leaves). The soluble fraction of Van Soest ranged from 108 g kg-1 (soybean stalks) to 774 g kg-1 DM (bean leaves). While the values of cellulose in DM ranged from 138 g kg-1 (bean leaves) to 612 g kg-1 (sunflower stalks), those of lignin ranged only from 38 g kg-1 in the leaves of Crotalaria juncea to 197 g kg- 1 in roots of soybean. The highest levels of polyphenols were found in the CR from shoot (14.1 g kg-1 DM) and roots (22.2 g kg-1 DM) of velvet beans. The CR with N content less than 15 g kg-1 (C/N > 29) cause net immobilization of N in the soil. All the roots of valued commercial crops caused immobilization of N in the soil, and the predominance of net mineralization of N was observed only with the roots of cover crops legume. In general, the mineralization of C from CR decreased in the following order: leaf > stalk+leaf > stalk. Among the CR from commercial crops, those of maize (leaf+stalk) were which presented least amount of C mineralized (39%). The mineralization of C from roots presents values similar to those observed for CR from shoot. The mineralization of N in the soil was significantly correlated with the total content of N in the DM and in the Van Soest soluble fraction of shoot and roots (P < 0.01 and r2 ranging from 0.90 to 0.98). The values of correlation between biochemical composition of CR and C mineralization were lower than those observed for N mineralization, but there was a greater number of significant correlations, especially for ratio C/N, polyphenols and NDF from Van Soest. / Os resíduos vegetais (RV) compostos pela parte aérea e raízes das plantas constituem a principal fonte de C para os solos agrícolas. Durante a decomposição desses RV no solo, parte do C é evoluído como CO2 e nutrientes são mineralizados, com destaque para o N. Dentre os fatores que afetam a decomposição dos RV, a composição bioquímica exerce grande importância. Os objetivos do presente trabalho foram os seguintes: a) avaliar a produção de matéria seca (MS) e a composição bioquímica dos RV da parte aérea e de raízes de culturas comerciais e de plantas de cobertura de solo de verão; e b) avaliar a influência da composição bioquímica sobre as biotransformações do C e do N, quando os RV são mantidos na superfície (parte aérea) ou incorporados ao solo (raízes). Foram realizados dois estudos, sendo que no primeiro quantificou-se a MS e a composição bioquímica dos RV da parte aérea (folhas e talos) e de raízes e no segundo estudo, avaliou-se em condições de laboratório por 120 dias, a mineralização do C e do N e os resultados obtidos foram correlacionados com a composição bioquímica dos RV estudados. A produção de MS de raízes variou de 0,54 a 2,86 Mg ha-1 nas culturas comerciais e de 0,56 a 1,66 Mg ha-1 nas plantas de cobertura de solo. O arroz e o milheto foram as espécies que apresentaram as maiores produções de MS da parte aérea e de raízes entre as culturas comerciais e as plantas de cobertura, respectivamente. A maior parte da MS de raízes foi encontrada na camada superficial do solo (0-10 cm) e próximo à linha de semeadura. A relação raiz/parte aérea média das plantas de cobertura foi inferior aquela das culturas comerciais (0,10 vs 0,17). Os RV apresentam ampla variação na sua composição bioquímica. O teor de N na MS dos RV variou de 2,8 g kg-1 (talos girassol) a 46,3 g kg-1 (folhas mucuna). A fração solúvel de Van Soest variou de 108 g kg-1 (talos de soja) a 774 g kg-1 MS (folhas de feijão). Enquanto que os valores de celulose na MS variaram de 138 g kg-1 (folhas feijão) a 612 g kg-1 (talos girassol) os de lignina variaram de apenas 38 g kg-1 nas folhas de crotalária juncea a 197 g kg-1 nas raízes de soja. Os maiores teores de polifenóis foram encontradas nos RV da parte aérea (14,1 g kg-1 MS) e raízes (22,2 g kg-1 MS) da mucuna cinza. Os RV com teores de N inferior a 15 g kg-1 (C/N > 29) provocam imobilização líquida de N no solo. Todas as raízes das culturas comerciais avaliadas causaram imobilização de N no solo, sendo que a predominância de mineralização líquida de N somente foi observada com as raízes das plantas de cobertura leguminosas. De maneira geral, a mineralização do C dos RV decresceu na seguinte ordem: folha > talo+folha > talo. Entre os RV das culturas comerciais, aqueles do milho (folha + talo) foram os que apresentaram menor quantidade de C mineralizado (39%). A mineralização do C das raízes apresenta valores semelhantes àqueles observados para os RV da parte aérea. A mineralização do N no solo foi significativamente correlacionada com os teores de N total na MS e na fração solúvel de Van Soest dos RV da parte aérea e raízes (P < 0.01 e r2 variando de 0,90 a 0,98). Os valores de correlação entre a composição bioquímica dos RV e a mineralização do C foram menores do que aqueles observados para a mineralização do N, porém observou-se maior número de correlações significativas, com destaque para a relação C/N, polifenóis e FDN de Van Soest.

A palha de cana-de-açúcar tem sido uma importante matéria prima para aumentar a produção de bioenergia no Brasil. Porém a dinâmica das emissões de gases de efeito estufa no campo devido à prática de remoção de palha ainda não é totalmente compreendida. O objetivo deste trabalho foi quantificar as emissões de GEE do solo devido à remoção da palha de cana-de-açúcar com e sem adição de nitrogênio. Foram realizados dois experimentos com câmaras amostrais de gás mantidas em condições naturais com quatro tratamentos: sem palha, 3, 6 e 12 Mg ha-1, os quais equivalem as intensidades de 100, 75, 50 e 0% de remoção. O primeiro foi conduzido por 180 dias sem adição de N e o segundo experimento conduzido por 100 dias, foi adicionado 80 kg ha-1 de N no sulfato de amônio e 32 kg ha-1 de N na vinhaça. Conjuntamente ao experimento 1, foi conduzido um ensaio de decomposição com as mesmas quantidades de palha limitadas por caixas plásticas sem fundo (0,3 x 0,5 m). No Experimento 1 a presença de palha aumentou 35 - 45% os fluxos acumulados N2O e CO2 em relação ao solo descoberto. O influxo de CH4 aumentou 40% na presença total de palha (12 Mg ha-1) em relação ao sem palha. O fator de emissão de N2O encontrado para a palha em decomposição foi de 0,02%. No Experimento 2 ocorreu uma intensificação das emissões devido à adubação nitrogenada, com isso as emissões em razão das quantidades de palhas não foram significantes. O fator de emissão médio foi de 0,42%. Os resultados indicam que a palha, sem N, possui um efeito na emissão de GEE e, que para manter o estoque de C do solo, é necessário a manutenção de pelo menos 6 Mg ha-1 para compensar as perdas de CO2 por respiração. Este trabalho contribuirá para os cálculos de pegada de carbono do bioetanol e na decisão da usina sobre a intensidade de remoção de palha de cana-de-açúcar para a produção de energia e etanol 2G / Sugarcane straw has been point out as an important feedstock to increase bioenergy production in Brazil However, the field greenhouse gas (GHG) emission dynamic due straw removing management is not completely understood yet. Two experiments were conducted with gas sampling chambers that was kept under natural conditions with four treatments: bare soil, 3, 6 and 12 Mg ha-1, which is approximately the equivalent of the 100, 75, 50 and 0 % intensities of removing. The first was conducted for 180 days without the N addition and the second experiment was conducted for 100 day and its was added 80 kg ha-1 N in ammonium sulfate and 32 kg ha-1 N in the vinasse. Parallely to the experiment 1, a decomposing trial was conducted with the same straw amounts in a side limited bottomless plastic boxes (0.3 x 0.5 m). In Experiment 1, the presence of straw increased 35-45% the N2O and CO2 accumulated flux compared to the bare soil. While the influx of CH4 increased by 40% in the maximum straw amount (12 Mg ha-1) compared to zero. The N2O emission factor found for the straw decomposition was 0.02%. In Experiment 2 occurred an intensification of emissions due to nitrogen fertilization which raised the average emission factor for 0.42%. Thus emission due straw quantities were not significant. The results indicate that the straw without N has an effect of GHG emissions, and in order to maintain the C stock in soil is need keep at least 6 Mg ha-1 of straw to compensate for the loss of CO2 thru respiration. This work will contribute to the bioethanol carbon footprint calculation and in the grower decision taking of straw removing intensity for energy and 2G ethanol