O desenvolvimento econômico brasileiro depende da crescente produção agropecuária, aliada ao conservacionismo. O sistema de plantio direto é o manejo de solo que reúne o mais amplo conjunto de preceitos da agricultura conservacionista. As áreas agrícolas cultivadas sob plantio direto, entretanto, têm apresentado duas camadas de solo distintas: uma entre, aproximadamente, 0 e 7 cm de profundidade, com condições físicas e químicas favoráveis ao desenvolvimento radicular; e uma entre, aproximadamente, 7 e 20 cm de profundidade, com menor permeabilidade do solo ao ar e a água, elevada resistência à penetração e baixa fertilidade química do solo. Estas condições promovem a concentração do sistema radicular das plantas agrícolas cultivadas na camada mais superficial do solo (0 a 7 cm), motivando perdas de produtividade por estresse hídrico. A magnitude desse problema se estende a mais de 30 milhões de hectares de lavoura cultivada sob plantio direto no Brasil, colocando em risco as projeções de exuberância da agricultura no país. Assim, o desenvolvimento desta tese teve o objetivo de estudar fatores que, além do processo de compactação mecânica do solo, possam estar promovendo a estratificação física e química de solos altamente intemperizados cultivados sob sistema de plantio direto. Dentre os possíveis fatores causadores deste tipo de degradação, foram avaliados: i) a aplicação excessiva de calcário, exclusivamente em superfície, ocasionando, na camada de 0 a 7 cm, a elevação do pH do solo para além do ponto de carga zero do solo, elevando o potencial eletronegativo do solo e por consequência, promovendo a dispersão de argila; ii) a migração da argila dispersa no perfil do solo, pela água de percolação, como um fator promotor de degradação física em subsuperfície; iii) o aporte de fitomassa ao solo em quantidade e qualidade para manter a estabilidade estrutural dos solos cultivados. Os resultados obtidos mostraram que o movimento de calcário no perfil dos solos estudados é muito lento, limitando o efeito deste produto a poucos centímetros abaixo do local onde ele é depositado ou incorporado (2,5 cm em 130 semanas), independentemente da dose aplicada (até 33,2 Mg ha-1). Assim, a calagem superficial promove e intensifica a estratificação dos atributos químicos no perfil do solo, aumentando, demasiadamente, o pH próximo à superfície e sendo ineficiente em mitigar a acidez na subsuperficie destes solos. A concentração de calcário na camada mais superficial dos solos altamente intemperizados aumenta a eletronegatividade do solo, resultando na dispersão de argila. A migração dos argilominerais dispersos no perfil do solo, pela água de percolação, promove uma série de alterações estruturais, incluindo a diminuição da porosidade total e da continuidade dos poros e o aumento da densidade e da resistência do solo à penetração na camada subsuperficial. A diminuição da estabilidade estrutural dos Latossolos sob cultivo também está ligada ao aporte de material orgânico ao solo em quantidade e qualidade inferiores à que ocorre no solo sob sistema nativo. Os Latossolos cauliníticos são mais propensos a diminuição da estabilidade estrutural quando submetidos ao cultivo. Portanto, a recomendação de calagem em solos altamente intemperizados cultivados sob plantio direto, precisa considerar a mineralogia do solo e a possível degradação estrutural promovida pela calagem em excesso. / The economic development of Brazil depends upon the increasing agricultural production associated with conservation practices. The no-tillage system is the soil management practice that brings together the broadest set of principles for conservation agriculture. Areas under no-till system, however, generally have two completely different soils layers: a surface layer, around 0 to 7 cm, with physical and chemical conditions favorable for root development; and a sub-surface layer, around 7 to 20 cm, with lower permeability to air and water, high soil penetration resistance, and low soil fertility. The existence of these stratified layers dramatically restricts the development of the root system into the sub-surface soil layer, which may result in reducing plant productivity by water deficit. This problem exists on more than 30 million hectares cultivated under no-tillage system in Brazil, and can compromise the optimistic projections of agricultural growth in the country. Therefore, more research is necessary to explore challenges that come with no-tillage. The aim of this thesis was to study the factors that can promote the physical and chemical stratification of highly weathered soils cultivated under no-till system. Among the factors that could cause this degradation, the following were studied: i) the application of excessive lime only on surface soil, or into the uppermost soil layer, which can increase its pH to levels beyond of the zero point of charge of soil, raising its electronegative potential and promoting, as a consequence, the clay dispersion; ii) the dispersed clay migration thtough the soil profile, by the percolation water, as a factor of physical degradation of sub-surface of soil cultiveted under no-tillage; and iii) the aplication of phytomass to the soil in insufficient amount and quality to maintain the soil structural stability of the soil. The results of this study showed that lime movement into the deeper soil profile, is very slow, as its impacts are limited to just a few centimeters below of where it is applied or incorporated (2.5 cm after 130 weeks), independent of the applied amount of lime. Thus, the surface lime application intensifies the chemical stratification of the clayey soils under no-tillage, increasing to much the soil pH of the uppermost soil layer, and being inefficient to decrease the soil acidity in the subsurface soil layer. The concentration of lime into the uppermost soil layer can significantly increase the electronegativity of the soil system and result in clay dispersion in the topsoil layer (0 to 5 cm). The resulting clay migration into the soil profile led to a series of structural alterations in subsurface layers, including: decrease of both soil porosity and pore continuity; and increase of both soil bulk density and soil penetration resistance in the sub-superficial layer. The structural stability decreasing of Oxisols under no-till system also is linked with the low addition of organic matter to the cultivated soil, in relation to the non-cultivated soils. The kaolinitic Oxisols are more susceptible to degradation than the gibbsitic Oxisols. Thus, it could be conclude that liming practices (rate and application methods of lime), mainly under no-till systems, need to consider both type and mineralogy of soil, as well as considering soil structure degradation promoted by over-liming in the uppermost soil layer.

O desenvolvimento econômico brasileiro depende da crescente produção agropecuária, aliada ao conservacionismo. O sistema de plantio direto é o manejo de solo que reúne o mais amplo conjunto de preceitos da agricultura conservacionista. As áreas agrícolas cultivadas sob plantio direto, entretanto, têm apresentado duas camadas de solo distintas: uma entre, aproximadamente, 0 e 7 cm de profundidade, com condições físicas e químicas favoráveis ao desenvolvimento radicular; e uma entre, aproximadamente, 7 e 20 cm de profundidade, com menor permeabilidade do solo ao ar e a água, elevada resistência à penetração e baixa fertilidade química do solo. Estas condições promovem a concentração do sistema radicular das plantas agrícolas cultivadas na camada mais superficial do solo (0 a 7 cm), motivando perdas de produtividade por estresse hídrico. A magnitude desse problema se estende a mais de 30 milhões de hectares de lavoura cultivada sob plantio direto no Brasil, colocando em risco as projeções de exuberância da agricultura no país. Assim, o desenvolvimento desta tese teve o objetivo de estudar fatores que, além do processo de compactação mecânica do solo, possam estar promovendo a estratificação física e química de solos altamente intemperizados cultivados sob sistema de plantio direto. Dentre os possíveis fatores causadores deste tipo de degradação, foram avaliados: i) a aplicação excessiva de calcário, exclusivamente em superfície, ocasionando, na camada de 0 a 7 cm, a elevação do pH do solo para além do ponto de carga zero do solo, elevando o potencial eletronegativo do solo e por consequência, promovendo a dispersão de argila; ii) a migração da argila dispersa no perfil do solo, pela água de percolação, como um fator promotor de degradação física em subsuperfície; iii) o aporte de fitomassa ao solo em quantidade e qualidade para manter a estabilidade estrutural dos solos cultivados. Os resultados obtidos mostraram que o movimento de calcário no perfil dos solos estudados é muito lento, limitando o efeito deste produto a poucos centímetros abaixo do local onde ele é depositado ou incorporado (2,5 cm em 130 semanas), independentemente da dose aplicada (até 33,2 Mg ha-1). Assim, a calagem superficial promove e intensifica a estratificação dos atributos químicos no perfil do solo, aumentando, demasiadamente, o pH próximo à superfície e sendo ineficiente em mitigar a acidez na subsuperficie destes solos. A concentração de calcário na camada mais superficial dos solos altamente intemperizados aumenta a eletronegatividade do solo, resultando na dispersão de argila. A migração dos argilominerais dispersos no perfil do solo, pela água de percolação, promove uma série de alterações estruturais, incluindo a diminuição da porosidade total e da continuidade dos poros e o aumento da densidade e da resistência do solo à penetração na camada subsuperficial. A diminuição da estabilidade estrutural dos Latossolos sob cultivo também está ligada ao aporte de material orgânico ao solo em quantidade e qualidade inferiores à que ocorre no solo sob sistema nativo. Os Latossolos cauliníticos são mais propensos a diminuição da estabilidade estrutural quando submetidos ao cultivo. Portanto, a recomendação de calagem em solos altamente intemperizados cultivados sob plantio direto, precisa considerar a mineralogia do solo e a possível degradação estrutural promovida pela calagem em excesso. / The economic development of Brazil depends upon the increasing agricultural production associated with conservation practices. The no-tillage system is the soil management practice that brings together the broadest set of principles for conservation agriculture. Areas under no-till system, however, generally have two completely different soils layers: a surface layer, around 0 to 7 cm, with physical and chemical conditions favorable for root development; and a sub-surface layer, around 7 to 20 cm, with lower permeability to air and water, high soil penetration resistance, and low soil fertility. The existence of these stratified layers dramatically restricts the development of the root system into the sub-surface soil layer, which may result in reducing plant productivity by water deficit. This problem exists on more than 30 million hectares cultivated under no-tillage system in Brazil, and can compromise the optimistic projections of agricultural growth in the country. Therefore, more research is necessary to explore challenges that come with no-tillage. The aim of this thesis was to study the factors that can promote the physical and chemical stratification of highly weathered soils cultivated under no-till system. Among the factors that could cause this degradation, the following were studied: i) the application of excessive lime only on surface soil, or into the uppermost soil layer, which can increase its pH to levels beyond of the zero point of charge of soil, raising its electronegative potential and promoting, as a consequence, the clay dispersion; ii) the dispersed clay migration thtough the soil profile, by the percolation water, as a factor of physical degradation of sub-surface of soil cultiveted under no-tillage; and iii) the aplication of phytomass to the soil in insufficient amount and quality to maintain the soil structural stability of the soil. The results of this study showed that lime movement into the deeper soil profile, is very slow, as its impacts are limited to just a few centimeters below of where it is applied or incorporated (2.5 cm after 130 weeks), independent of the applied amount of lime. Thus, the surface lime application intensifies the chemical stratification of the clayey soils under no-tillage, increasing to much the soil pH of the uppermost soil layer, and being inefficient to decrease the soil acidity in the subsurface soil layer. The concentration of lime into the uppermost soil layer can significantly increase the electronegativity of the soil system and result in clay dispersion in the topsoil layer (0 to 5 cm). The resulting clay migration into the soil profile led to a series of structural alterations in subsurface layers, including: decrease of both soil porosity and pore continuity; and increase of both soil bulk density and soil penetration resistance in the sub-superficial layer. The structural stability decreasing of Oxisols under no-till system also is linked with the low addition of organic matter to the cultivated soil, in relation to the non-cultivated soils. The kaolinitic Oxisols are more susceptible to degradation than the gibbsitic Oxisols. Thus, it could be conclude that liming practices (rate and application methods of lime), mainly under no-till systems, need to consider both type and mineralogy of soil, as well as considering soil structure degradation promoted by over-liming in the uppermost soil layer.

Long-term use of management systems result in alteration in physical and chemical soil properties and its intensity is related to time, soil and climate conditions. Physical properties are more susceptible to changes by the tillage system, while chemical properties by the residue management and nutrient application, resulting in different responses of crops growth and yield. This study was performed in order to evaluate long-term effect of applying soil tillage systems (NT = no-till; CP = chisel plow + 1 secondary disking; CT = primary + 2 secondary disking; CTb = CT with crop residues burned; and CTr = CT with crop residues removed from the field) and nutrient sources (C = control, without nutrient application; MF = mineral fertilizers according official recommendation for each crop; PL = 5 Mg ha-1 of wet matter of poultry litter; CM = 60 m3 ha-1 of liquid cattle manure; and SM = 40 m3 ha-1 of liquid swine manure) on soil properties and crop production. Soil physical and hydraulic properties and aggregate stability were evaluated at the end of ninth year of the experiment and in five sampling times throughout the tenth year; soil mechanical properties related to soil strength and penetration resistance were determined for some treatments combinations in the tenth year; soil cover, temperature and moisture were determined throughout corn cycle in 2003/2004 crop season, when corn growth and yield were also measured. No-till showed greater bulk density and lower macroporosity and total porosity after tillage and seeding operations, but the differences reduced over time. All tillage systems showed higher compaction degree at depth around 15 cm. Greater mean diameter of air-dry aggregates were found in tillage treatments and layers with higher bulk density, showing close relation between these two parameters. Wet-aggregate stability, on the other hand, was affected by aggregate moisture previous to wet-sieving determination, and greater values were found in tillage treatments where residues were kept in the field. At superficial layer of no-till was observed higher soil strength, as determined by the precompression stress, and to penetration resistance in untrafficked interrow. In seeding row and recent trafficked interrow the differences in penetration resistance among tillage systems were smaller. Higher soil temperature and daily amplitude were found in tilled treatments, mainly at the beginning of corn cycle. After rainfall events, soil moisture reduced faster in chisel plow system, followed by conventional tillage. Higher moisture content and lower water tension was found in no-till system even in long period with hydric deficits, resulting in higher water storage and availability to crops. Higher water availability seems to be the main factor in determining higher crop growth and yield in no-till treatment. Nutrient sources treatments had small effect on physical soil properties, but high effect on chemical properties and crop growth and yield. Greater growth and yield were observed with poultry litter and swine manure application, because of residual and immediate effect of nutrient application through these materials. / A utilização continuada de diferentes sistemas de manejo determina alterações nas propriedades físicas e químicas do solo, cuja intensidade depende do tempo de uso e das condições edafoclimáticas. As propriedades físicas são mais afetadas pelos sistemas de preparo enquanto que as propriedades químicas pelo manejo dos resíduos das culturas e pela aplicação de nutrientes, resultando em respostas diferenciadas em termos de crescimento e produção das culturas. O efeito de sistemas de manejo sobre as propriedades do solo e produção de culturas foi estudado em um experimento conduzido desde 1994 na Estação Experimental da Epagri de Campos Novos, em um Nitossolo Vermelho. Os tratamentos de manejo do solo foram constituídos de uma combinação de cinco sistemas de preparo (PD = plantio direto; PE = preparo com escarificador + 1 gradagem; PC = lavração + 2 gradagens; PCq = PC com resíduos queimados e; PCr = PC com resíduos retirados) e cinco fontes de nutrientes (TT = testemunha, sem aplicação de nutrientes; AM = adubação mineral de acordo com a recomendação para cada cultura de verão; EA = 5 Mg ha-1 ano-1 de matéria úmida de cama de aviário; EB = 60 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de bovinos e; ES = 40 m3 ha-1 ano-1 de esterco líquido de suínos). Foram avaliadas algumas propriedades físicas do solo associadas à forma da estrutura e a estabilidade de agregados após nove anos de condução do experimento e em cinco épocas durante o décimo ano; propriedades mecânicas e resistência à penetração foram determinadas em algumas combinações de tratamentos no décimo ano; temperatura e umidade do solo foram determinadas durante o ciclo da cultura do milho na safra 2003/2004, quando também foram avaliados o crescimento da parte aérea e sistema radicular do milho, bem como a produção de massa seca das culturas de cobertura de inverno e de grãos de milho. O PD apresentou maior densidade e menor macroporosidade e porosidade total logo após as operações de preparo e semeadura, mas estas diferenças reduziram com o passar do tempo. Todos os sistemas de preparo apresentaram maior estado de compactação na camada de 5 a 20 cm de profundidade após seis meses da última operação de preparo. Maior diâmetro médio de agregados secos ar foram observados nos tratamentos e profundidades com maior densidade do solo, indicando estreita associação entre estas duas variáveis. A estabilidade dos agregados, por sua vez, foi afetada por pequenas variações na umidade das amostras por ocasião da análise e maiores valores de estabilidade foram encontrados nos tratamentos de preparo com manutenção da palha na lavoura. Nas camadas superficiais do PD foi observada maior resistência mecânica à deformação, estimada pela tensão de pré-consolidação, e à penetração de raízes nas entrelinhas de semeadura sem tráfego recente. Na linha de semeadura e na entrelinha com tráfego recente as diferenças da resistência à penetração entre os sistemas de preparo foram menores. Maior temperatura do solo e maior amplitude diária foram observadas nos sistemas com maior revolvimento do solo, principalmente no início do ciclo da cultura do milho. Na camada superficial, após a ocorrência de chuvas, a umidade do solo reduziu mais rapidamente no PE, seguido do PC. No PD foi observado maior teor de umidade nesta camada mesmo em período prolongado de déficit hídrico, indicando ma ior armazenamento e disponibilidade de água para as plantas. Os tratamentos de aplicação de fontes de nutrientes tiveram pouco efeito sobre as propriedades físicas, hídricas e mecânicas do solo e sobre a temperatura e armazenamento de água, mas foram determinantes para o crescimento vegetativo e produção das culturas. Maiores crescimento e produção foram observados nos tratamentos com aplicação de cama de aviário e de esterco de suínos, resultado do efeito residual e imediato da aplicação destes materiais ao longo de nove anos. Entre os sistemas de preparo, a produção foi maior no PD, provavelmente em função do maior armazenamento e disponibilidade de água, já que a fertilidade do solo neste tratamento era inferior ao PE e PC ao final do nono ano.