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.

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.

Com o objetivo de avaliar, durante cinco anos, o efeito de dois sistemas de manejo dos resíduos culturais, colheita tradicional com queima prévia (CQ) e colheita sem queima (SQ), sobre a produtividade da cana-de-açúcar e a dinâmica do nitrogênio no sistema solo-planta em função do nitrogênio introduzido através do fertilizante e dos resíduos culturais, foi instalado um experimento com adubação no plantio com 63kg.ha-1 de N com os seguintes tratamentos: (T1) 15N-SA (sulfato de amônio) e colheita SQ, recebendo na primeira colheita o total dos resíduos não marcados produzidos no T2; (T2) SA e colheita SQ, recebendo na primeira colheita o total dos resíduos marcados produzidos no T1; e (T3) 15N-SA e colheita CQ. Anualmente, na época da colheita, a planta foi dividida em colmos, ponteiros e palhada; o solo (<2000µm) foi amostrado nas camadas de 0-15, 15-30 e 30-50cm, e foram determinadas as frações granulométricas correspondentes a tamanho de partícula 200-2000µm (Fl, fração orgânica leve e Fp, fração mineral pesada), 53-200µm (Fom, fração organo-mineral) e <53µm (Fsa, fração silte-argila). As variáveis determinadas foram produtividade de colmos (Mg.ha-1); nitrogênio total (Nt, kg.ha-1), nitrogênio derivado do fertilizante (QNddF, kg.ha-1) e nitrogênio derivado dos resíduos (QNddR, kg.ha-1) em solo e planta; e carbono total no solo (C, Mg.ha-1). Em todos os anos, observou-se maior produtividade (p<0,05) e maior absorção de nitrogênio (p<0,05) no tratamento CQ em relação ao SQ. Considerando a quantidade de resíduos que permaneceu no sistema e seu conteúdo de Nt, o potencial estimado de reciclagem de N no sistema SQ foi de 65% do Nt contido na parte aérea da cultura. O potencial de perda de Nt foi estimado em 85% do nitrogênio da parte aérea no sistema CQ. Na colheita da cana-planta, a recuperação do QNddF no sistema solo-planta foi de 46,9kg.ha-1, sendo que 63,0% foi medido na parte aérea. Nos anos seguintes, observou-se uma diminuição exponencial do NddF recuperado na parte aérea da planta. No sistema SQ, o NddF recuperado no sistema solo-planta no segundo ano foi significativamente superior (p<0,05) que no sistema CQ. Aproximadamente 95% do NddR ficou imobilizado no solo, permanecendo no sistema no final da colheita da quarta cana-soca. Os conteúdos de carbono e nitrogênio nas frações do solo apresentaram valores crescentes na seguinte ordem: Fsa>Fom>Fl. A Fsa continha mais de 70% do C e do Nt do solo. O sistema de manejo dos resíduos não influenciou o conteúdo de carbono do solo, nem sua distribuição nas frações granulométricas. Na avaliação da colheita da última cana-soca (2002), o sistema SQ apresentou valores de Nt superiores (p<0,05%) em Fl e Fom na camada 0-15cm, e em Fom na camada 30-50cm. Os conteúdos de NddF e NddR nas frações do solo aumentaram na ordem Fsa>Fom>Fl. No sistema SQ, na colheita da primeira cana-soca em 1999, a ordem no conteúdo de NddF foi Fl>Fom>Fsa. No mesmo ano, a ordem no conteúdo de NddR foi Fl>Fsa>Fom. O enriquecimento em 15N dos resíduos gerados durante o ciclo da cana-planta explica os maiores conteúdos de 15N em Fl. / To evaluate during five years the effects of two trash management systems in a sugarcane crop, the traditional harvest system with trash burning before harvest (CQ) and an alternative system without trash burning (SQ), on stalk yield and nitrogen nutrition of the crop, and on the distribution in the soil-plant system of the nitrogen introduced by fertilizer and trash, an experiment was carried out in Piracicaba, SP, Brazil, with the following treatments fertilized at planting with 63kg.ha-1 of N: (T1) 15N-labeled ammonium sulfate (AS), harvested with SQ system, and after the first harvest received all the unlabeled trash from T2; (T2) unlabeled AS, harvested with the SQ system, and after the first harvest received all the 15N-labeled trash from T1; and (T3) 15N-AS, and harvested with the CQ system. Annually, at harvest, plants were divided in stalks, tips and residues; and the soil (<2000µm) was sampled in the 0-15, 15-30 and 30-50cm layers, and physically fractionated in particle sizes of 200-2000µm (Fl, light organic fraction, and Fp, heavy mineral fraction), 53-200µm (Fom, organomineral fraction) and <53µm (Fsa, silt-clay fraction). The evaluated variables were: stalk yield (Mg.ha-1); total nitrogen (Nt, kg.ha-1), nitrogen derived from fertilizer (NddF, kg.ha-1), and nitrogen derived from residues (NddR, kg.ha-1) in soil and plant; and total carbon in soil (C, Mg.ha-1). During all years, stalk yield and uptake nitrogen were higher (p<0.05) in the CQ than in the SQ system. Considering the quantity of residues that remained in the system and their Nt content, the estimated potential of N recycling for the system SQ was 65% of the Nt contained in the aboveground parts of the crop. For the CQ harvest system, the potential loss of N was estimated as 85% of N in the aboveground parts of the crop. In the cane-plant harvest, the recovery of NddF in the soil-plant system was of 46,9kg.ha-1 (63,0% were found in the aboveground part of the crop). In the following years, an exponential decrease of NddF recovered in the aboveground part of the plant was observed. In the SQ harvest system, the NddF recovered in the soil-plant system in the second year (first ratoon cane) was significantly higher (p<0.05) than in the CQ system. Approximately, 95% of NddR were immobilized in the soil, remaining in the system at the end of the crop of the fourth ratoon cane, four years after that it have been added. The contents of total carbon and nitrogen in the soil fractions presented growing values in the following order: Fsa>Fom>Fl. The fraction Fsa contained more than 70% of the total C and total N of the soil. The harvest system did not influence the soil carbon content neither his distribution in the fractions. At the fourth ratoon cane (2002), the SQ system presented values of Nt higher (p<0.05%) in Fl and Fom in the 0-15cm layer, and in Fom in the 30-50cm layer. The 15N-residues from the first crop cycle explain the higher content of 15N in Fl.

Com o objetivo de avaliar, durante cinco anos, o efeito de dois sistemas de manejo dos resíduos culturais, colheita tradicional com queima prévia (CQ) e colheita sem queima (SQ), sobre a produtividade da cana-de-açúcar e a dinâmica do nitrogênio no sistema solo-planta em função do nitrogênio introduzido através do fertilizante e dos resíduos culturais, foi instalado um experimento com adubação no plantio com 63kg.ha-1 de N com os seguintes tratamentos: (T1) 15N-SA (sulfato de amônio) e colheita SQ, recebendo na primeira colheita o total dos resíduos não marcados produzidos no T2; (T2) SA e colheita SQ, recebendo na primeira colheita o total dos resíduos marcados produzidos no T1; e (T3) 15N-SA e colheita CQ. Anualmente, na época da colheita, a planta foi dividida em colmos, ponteiros e palhada; o solo (<2000µm) foi amostrado nas camadas de 0-15, 15-30 e 30-50cm, e foram determinadas as frações granulométricas correspondentes a tamanho de partícula 200-2000µm (Fl, fração orgânica leve e Fp, fração mineral pesada), 53-200µm (Fom, fração organo-mineral) e <53µm (Fsa, fração silte-argila). As variáveis determinadas foram produtividade de colmos (Mg.ha-1); nitrogênio total (Nt, kg.ha-1), nitrogênio derivado do fertilizante (QNddF, kg.ha-1) e nitrogênio derivado dos resíduos (QNddR, kg.ha-1) em solo e planta; e carbono total no solo (C, Mg.ha-1). Em todos os anos, observou-se maior produtividade (p<0,05) e maior absorção de nitrogênio (p<0,05) no tratamento CQ em relação ao SQ. Considerando a quantidade de resíduos que permaneceu no sistema e seu conteúdo de Nt, o potencial estimado de reciclagem de N no sistema SQ foi de 65% do Nt contido na parte aérea da cultura. O potencial de perda de Nt foi estimado em 85% do nitrogênio da parte aérea no sistema CQ. Na colheita da cana-planta, a recuperação do QNddF no sistema solo-planta foi de 46,9kg.ha-1, sendo que 63,0% foi medido na parte aérea. Nos anos seguintes, observou-se uma diminuição exponencial do NddF recuperado na parte aérea da planta. No sistema SQ, o NddF recuperado no sistema solo-planta no segundo ano foi significativamente superior (p<0,05) que no sistema CQ. Aproximadamente 95% do NddR ficou imobilizado no solo, permanecendo no sistema no final da colheita da quarta cana-soca. Os conteúdos de carbono e nitrogênio nas frações do solo apresentaram valores crescentes na seguinte ordem: Fsa>Fom>Fl. A Fsa continha mais de 70% do C e do Nt do solo. O sistema de manejo dos resíduos não influenciou o conteúdo de carbono do solo, nem sua distribuição nas frações granulométricas. Na avaliação da colheita da última cana-soca (2002), o sistema SQ apresentou valores de Nt superiores (p<0,05%) em Fl e Fom na camada 0-15cm, e em Fom na camada 30-50cm. Os conteúdos de NddF e NddR nas frações do solo aumentaram na ordem Fsa>Fom>Fl. No sistema SQ, na colheita da primeira cana-soca em 1999, a ordem no conteúdo de NddF foi Fl>Fom>Fsa. No mesmo ano, a ordem no conteúdo de NddR foi Fl>Fsa>Fom. O enriquecimento em 15N dos resíduos gerados durante o ciclo da cana-planta explica os maiores conteúdos de 15N em Fl. / To evaluate during five years the effects of two trash management systems in a sugarcane crop, the traditional harvest system with trash burning before harvest (CQ) and an alternative system without trash burning (SQ), on stalk yield and nitrogen nutrition of the crop, and on the distribution in the soil-plant system of the nitrogen introduced by fertilizer and trash, an experiment was carried out in Piracicaba, SP, Brazil, with the following treatments fertilized at planting with 63kg.ha-1 of N: (T1) 15N-labeled ammonium sulfate (AS), harvested with SQ system, and after the first harvest received all the unlabeled trash from T2; (T2) unlabeled AS, harvested with the SQ system, and after the first harvest received all the 15N-labeled trash from T1; and (T3) 15N-AS, and harvested with the CQ system. Annually, at harvest, plants were divided in stalks, tips and residues; and the soil (<2000µm) was sampled in the 0-15, 15-30 and 30-50cm layers, and physically fractionated in particle sizes of 200-2000µm (Fl, light organic fraction, and Fp, heavy mineral fraction), 53-200µm (Fom, organomineral fraction) and <53µm (Fsa, silt-clay fraction). The evaluated variables were: stalk yield (Mg.ha-1); total nitrogen (Nt, kg.ha-1), nitrogen derived from fertilizer (NddF, kg.ha-1), and nitrogen derived from residues (NddR, kg.ha-1) in soil and plant; and total carbon in soil (C, Mg.ha-1). During all years, stalk yield and uptake nitrogen were higher (p<0.05) in the CQ than in the SQ system. Considering the quantity of residues that remained in the system and their Nt content, the estimated potential of N recycling for the system SQ was 65% of the Nt contained in the aboveground parts of the crop. For the CQ harvest system, the potential loss of N was estimated as 85% of N in the aboveground parts of the crop. In the cane-plant harvest, the recovery of NddF in the soil-plant system was of 46,9kg.ha-1 (63,0% were found in the aboveground part of the crop). In the following years, an exponential decrease of NddF recovered in the aboveground part of the plant was observed. In the SQ harvest system, the NddF recovered in the soil-plant system in the second year (first ratoon cane) was significantly higher (p<0.05) than in the CQ system. Approximately, 95% of NddR were immobilized in the soil, remaining in the system at the end of the crop of the fourth ratoon cane, four years after that it have been added. The contents of total carbon and nitrogen in the soil fractions presented growing values in the following order: Fsa>Fom>Fl. The fraction Fsa contained more than 70% of the total C and total N of the soil. The harvest system did not influence the soil carbon content neither his distribution in the fractions. At the fourth ratoon cane (2002), the SQ system presented values of Nt higher (p<0.05%) in Fl and Fom in the 0-15cm layer, and in Fom in the 30-50cm layer. The 15N-residues from the first crop cycle explain the higher content of 15N in Fl.