Doctor of Philosophy / Department of Agronomy / Ganga M. Hettiarachchi / Soil carbon (C) sequestration has been recognized as one of the most effective potential mitigation options for climate change. Underlying mechanisms of soil C sequestration/preservation is poorly understood, even after decades of soil C research. The main research objectives of this dissertation were three-fold: (1) enhancing our understanding in mineralogical and physicochemical mechanisms of soil C sequestration in microaggregates, (2) understanding the chemistry of organic C sequestered in soil aggregates, and (3) to determine the resilience of C to different temperature-moisture regimes and physical disturbance in a six-month incubation. An integrated approach was used in obtaining a better picture on mechanisms of C preservation. Two long-term agroecosystems located at the North Agronomy Farm, Manhattan, KS (Mollisols) and the Center of Experimentation and Research Fundacep in Cruz Alta-RS, Brazil (Oxisols) were used. Main plots of both systems were till and no-till. Mollisols consisted of three fertilizer treatments; control, manure/compost and urea. Oxisols had three different crop rotations; simple, intermediate, and complex. Submicron level information gathered by spectromicroscopy approaches, identified the direct preservation of OC structures with the original morphology; suggesting that the preservation of OC is a primary mechanism of C sequestration in these soils. Physical protection and organo-mineral associations seemed to also be involved in OC preservation. Manure/compost addition and no-till favored labile C preservation in aggregates of Mollisols. Significant associations observed between reactive minerals and C pools in Mollisols indicated the significance of organo-mineral associations in OC preservation. Large microaggregates exerted strong C preservation through physical protection and organo-mineral associations. Unlike in Mollisols, Oxisols showed a poor correlation between reactive mineral fraction and organic C which indicated the significance of physical protection over organo-mineral associations. Resilience of sequestred C was significantly affected by temperature across both temperate and tropical soil ecosystems, directly and indirectly. High temperature influenced soil acidity and reactive minerals, ultimately affecting organo-mineral associations. Macromolecular propeties of humic acid fraction showed changes after six months. Overall, direct and indirect evidence from this study suggested that the preservation of SOC is an ecosystem property supporting the newly proposed theories in soil C dynamics.

Les Latosols correspondent à environ 40% du Plateau Central brésilien. Ils sont caractérisés par une faible activité de l’argile, une faible différenciation de leurs horizons, une macrostructure peu développée et une microstructure en revanche très développée représentée par des microagrégats de 50 à 300 µm de diamètre. Dix Latosols (L) ont été sélectionnés le long d’une toposéquence régionale d’environ 350 km de long qui recoupe la Surface Sud Américaine (SAS) (L1 à L4) et la Surface Velhas (VS) (L5 à L10). Ces différents Latosols rendent compte de la variabilité de composition granulométrique et minéralogique, et de celle de matériau parental que l’on peut rencontrer dans le Plateau Central brésilien. Nos résultats montrent que la variabilité de proportion de gibbsite et de kaolinite peut s’expliquer à la fois par l’âge de la surface géomorphologique et les conditions hydriques en fonction de la position topographique au sein de chaque toposéquence. Les résultats montrent également que la structure microagrégée ne varie pas en fonction de la composition granulométrique ou minéralogique. Elle est apparue en revanche liée à la bioturbation du sol par les termites. Il a aussi été montré que les microagrégats des Latosols étudiés ne sont pas rigides mais diminuent de volume lors de la dessiccation. De plus, la composition minéralogique de la fraction argileuse ne jouerait qu’un rôle marginal dans les variations du volume poral lors de la dessiccation. Les microagrégats des Latosols situés sur la SAS diminuent moins de volume lors de la dessiccation que les microagrégats situés sur la VS, cette différence serait liée à leur histoire hydrique. Enfin, les propriétés de rétention en eau et la conductivité hydraulique à saturation varient respectivement en fonction de la teneur en argile et du développement des pores de diamètre supérieur à 300 µm, et par conséquent sans lien étroit avec la minéralogie de la fraction argileuse. / The Latosols correspond to about 40% of the Brazilian Central Plateau. They are characterized by low activity clay, little horizon differentiation, a weak macrostructure and a strong microgranular structure resulting in microaggregates 50 to 300 µm in size. Ten Latosols (L) were selected along a 350-km long regional toposequence across the South American Surface (SAS) (L1 to L4) and Velhas Surface (VS) (L5 to L10). The studied Latosols take into account the textural and mineralogical variability, as well as the topographical location and parental material variability. Our results showed a large variation of the kaolinite and gibbsite content in relation to a regional component attributed to the age of the geomorphic surface and a local component mainly related to the hydraulic conditions along the toposequence. The results showed also that the microgranular structure varied without any relationship with the texture and mineralogy of the fine material. It appeared as being mainly related to soil bioturbation by termites. The microaggregates of the Latosols studied are not rigid but shrink during drying with no relation with the mineralogy of the fine material. Our results showed that the microaggregates of the Latosols located on the SAS shrink less than those of the Latosols located on the VS. This would be related to a difference of hydric stress history. Finally, the water retention properties and saturated hydraulic conductivity varied according to the clay content and development of pores larger than 300 µm in diameter respectively without any apparent role of the mineralogy of the fine material.

A reciclagem agrícola do lodo de esgoto devidamente tratado é uma boa opção, pois transforma o resíduo orgânico em um importante insumo agrícola. Entretanto, a aplicação do lodo de esgoto pode alterar a quantidade e a estabilidade da matéria orgânica do solo. Com a presente pesquisa, objetivou-se avaliar os efeitos de doses de lodo de esgoto na matéria orgânica de dois solos (um Latossolo Vermelho distrófico sob floresta de eucalipto e um Latossolo Vermelho distroférrico sob cultivo de milho) por meio de técnicas quantitativas e espectroscópicas. O experimento I, sob cultivo de milho, foi instalado em Jaguariúna-SP, constituiu-se de 5 doses acumuladas de lodo de esgoto da ETE de Barueri, aplicadas de 1999 a 2005: 0; 30; 60; 120 e 240 t ha-1 (em base seca). O experimento II, sob floresta de eucalipto, foi instalado em dezembro de 2004, em área comercial da empresa da Suzano Papel e Celulose, em Angatuba - SP. Aplicou-se, uma única vez, 4 doses de lodo de esgoto da ETE de Jundiaí (0; 7,7; 15,4 e 23,1 t ha-1 em base seca). Nas amostras de solo foram determinados os conteúdos de carbono, por meio de análise elementar (CHN), e então, calculou-se o grau de humificação da matéria orgânica utilizando a Fluorescência Induzida por Laser (FIL). Com base nesses resultados, foram selecionadas algumas amostras para o fracionamento químico da matéria orgânica do solo e, por meio de técnicas espectroscópicas (FTIR, UV-vis, RMN e Fluorescência de UV-vis), foi realizado um estudo aprofundado da influência do lodo de esgoto nas substâncias húmicas do solo, bem como, em seu estágio de humificação. Pode-se verificar um aumento na concentração de carbono no solo com a aplicação do lodo de esgoto em ambos experimentos, bem como um aumento da alifaticidade e, conseqüentemente, diminuição da aromaticidade das substâncias húmicas, resultado da incorporação de matéria orgânica fresca, não compostada / Agricultural recycling of sewage sludge treated properly is a good option, since it transforms organic waste into a major agricultural input. However, the application of sewage sludge can alter the amount and stability of soil organic matter. The present work aimed to evaluate the effects of sewage sludge levels on organic matter from two different soils (an Oxisol under eucalyptus forest and an Oxisol under corn) through quantitative and spectroscopy techniques. The experiment, under corn, was installed in Jaguariuna-SP, consisted of 5 accumulated levels of sewage sludge from ETE Barueri, implemented from 1999 to 2005: 0, 30, 60, 120 and 240 t ha-1. Experiment II, in eucalyptus forest, was installed in December 2004, the commercial company Suzano Papel e Celulose, in Angatuba - SP. Applied only once, 4 doses of sewage sludge from Seawater Sewage Treatment from Jundiai (0, 7.7, 15.4 and 23.1 t ha-1 on a dry basis). Soil samples were determined carbon content by means of elemental analysis (CHN), and then calculated the degree of humification of organic matter using Laser Induced Fluorescence (LIF). Based on these results, we selected some samples for chemical fractionation of soil organic matter, and by means of spectroscopic techniques (FTIR, UV-vis, NMR and Fluorescence UV-vis), was conducted a detailed study of the influence of sludge sewage humic substances on the ground as well as on their stage of humification. One can observe an increase in the amount of carbon in the soil application of sewage sludge in both experiments, as well as an increase in aliphaticity and consequently decreased aromaticity of humic substances, resulting from the incorporation of fresh organic matter, noncomposted

No sistema de colheita de cana-de-açúcar sem queima da palha (SQ) são depositadas, em média, 14 t ha-1 ano-1 de restos da cultura sobre as áreas de cultivo. Isso promove elevação do teor de matéria orgânica (MO) e melhoria nos atributos físicos, químicos e biológicos do solo. Contudo, os efeitos desse sistema na disponibilidade do fósforo ainda são pouco estudados. Amostras de um Latossolo foram colhidas num experimento de campo conduzido sob os sistemas SQ e com queima da cana (CQ). Foram coletadas amostras nas profundidades de 0-0,05 m, 0,05- 0,1 m, 0,1-0,2 m, 0,2-0,3 m e 0,3-0,4 m, na linha de plantio, a 25 cm da linha e na entrelinha (0,75 m da linha de plantio). Avaliaram-se: (i) variações nos atributos químicos do solo nos sistemas sob cana SQ e CQ; (ii) variações nos teores de P total, P orgânico total e as frações de P inorgânico (Pi) ligadas a ferro (Pi - Fe), a alumínio (Pi - Al), a cálcio (Pi - Ca), Pi ocluso e P - residual; e (iii) alterações nos teores das frações de Po lábil, Po biomassa, Po moderadamente lábil, Po fúlvico, Po húmico e Po não lábil. Partiu-se da hipótese de que a preservação da palha melhora os atributos químicos do solo e promove aumento da quantidade de P ligada às frações de P inorgânico (Pi) e de P orgânico (Po) mais lábeis, com maior intensidade nas posições e profundidades mais influenciadas pelo sistema radicular da planta. Houve elevação da capacidade de troca de cátions das amostras de solo coletadas no sistema SQ em todas as posições e profundidades testadas. Valores de carbono orgânico total, Ca2+, Mg2+ e V% no SQ superaram os do CQ nas camadas de 0-0,05 e 0,05-0,1 m nas posições linha, 0,25 m e entrelinha, como resposta aos efeitos positivos do acúmulo de MO proveniente da palha da cana. O teor de Pdisponível foi pouco afetado pela manutenção da palhada sobre o solo, sendo que valores mais altos foram encontrados somente na camada de 0-0,05 m nas amostras de solo coletadas no sistema CQ. Em geral, não houve diferenças nas formas de Pi entre as amostras de solo dos sistemas SQ e CQ e entre as posições e profundidades. No compartimento Po total, os resultados do sistema SQ apresentaram depleção em relação ao CQ na camada com maior densidade de raízes (0-0,05 m) e acumulação nas camadas de aplicação da adubação de plantio (0,2-0,3 e 0,3- 0,4 m). Os teores das frações de Po lábil, biomassa, moderadamente lábil, fúlvico e húmico no solo sob sistema SQ foram superiores aos do CQ, nas amostras coletadas na profundidade de 0,1- 0,2 m. / In the management system of harvesting sugarcane without straw burning (SQ), 14 t ha-1 yr-1 of crop residues, on average, are deposited on the soil. So, organic matter (MO) contents increase, and physical, chemical and biological soil attributes are improved. However, the effects of phosphorus (P) availability in this system are still poorly studied. Samples of an Oxisol were collected from a field experiment conducted under SQ and under burned sugarcane (CQ) systems. Samples were collected at layers of 0-0.05 m, 0.05-0.1 m, 0.1-0.2 m, 0.2-0.3 m, and 0.3- 0.4 m in row, at 0.25 m from row and in interrow (0.75 m from the rows). We evaluated: (i) variations in soil chemical attributes in samples from both harvesting systems; (ii) changes in the contents of total P, total organic P, and inorganic P fractions (Pi) linked to iron (Pi-Fe), aluminum (Pi-Al), calcium (Pi-Ca), occluded Pi and P residual; (iii) changes in Po fractions, labile, biomass, moderately labile, fulvic, humic and non-labile. The main hypothesis is that the preservation of straw improves the chemical soil attributes and increases the amount of P bound to the most labile inorganic and organic P fractions, with greater intensity in the positions and depths most affected by sugarcane roots. Values of soil cationic exchange capacity were higher in soil samples collected in the SQ system in all positions and depths tested. The values of total organic carbon, Ca2+, Mg2+ and V% were higher in the SQ than in CQ, on the layers of 0-0.05 m and 0.05-0.1 m and on the positions of row and 0.25 m, in response to the positive effects of OM from the straw. Contents of available phosphorus were slightly affected by the maintenance of straw on the soil. Higher P values were found in samples collected in the upper layer (0-0.05 m) under CQ than under SQ harvesting system. In general, there were no differences between the values of total P and Pi fractions in soil samples from both systems. In the Po total compartment, the samples from SQ system showed depletion in relation to the CQ on the layer with the highest density of roots (0-0.05 m) and accumulation on the layers of application of fertilizer (0.2-0.3 and 0.3-0.4 m). The values of labile Po fractions (biomass, moderately labile, fulvic and humic acids) were higher in soil samples under SQ than under CQ systems in the samples collected at 0.1-0.2 m-layer.

Em São Gabriel da Cachoeira, estado do Amazonas, foi estudado, por meio de uma toposse-quência, um sistema Latossolo-Espodossolo com caulim associado, desenvolvido a partir de rochas granito gnáissicas do embasamento cristalino. Na topossequência, de montante para jusante, foram descritos e amostrados quatro perfis de solo: Espodossolo Humilúvico (P1) no topo, dois Latossolos Amarelos (P2 e P3) na meia encosta e Gleissolo Háplico (P4) na base. Os objetivos principais foram estudar o funcionamento desse sistema de transformação a par-tir de sua caracterização morfológica, química, física e mineralógica e obter informações so-bre as características cristalográficas das caulinitas a partir do estudo do grau de ordem estru-tural. A caracterização e gênese dos solos e do caulim foram estudadas por curva de retenção de água no solo, difração de raios-X, análise térmica diferencial e gravimétrica, espectrosco-pia por reflectância difusa, análise química total e análises microscópicas. A ordem estrutural das caulinitas foi avaliada a partir dos cálculos dos índices de Hinckley (IH), Stoch (IK), Apa-ricio-Galán-Ferrell (IAGF), Liètard (R2), Amigó (001 e 002), Hughes-Brown (IHB) e Plan-çon-Zacharie (IPZ) e das temperaturas de desidroxilação da caulinita e nucleação da mulita. Esses estudos permitiram concluir que: (i) o sistema de solos na topossequência está em fun-cionamento e levando à formação dos Espodossolos em detrimento da cobertura laterítica, provocando modificações na cobertura vegetal com a campinarana substituindo a floresta; (ii) o sistema Latossolo-Espodossolo, influenciado pela elevada acidez das soluções e hidromorfi-a, é caracterizado, no P1, pela decomposição da matéria orgânica, dissolução dos minerais mais alteráveis (ação dos ácidos orgânicos), acúmulo residual do quartzo nos horizontes su-perficiais, álbicos e espódicos e pela translocação do alumínio e do ferro na forma de comple-xos orgânicos para os horizontes espódicos, onde se acumulam, influenciados pela elevação e rebaixamento do nível dos aquíferos suspensos, formando os horizontes espódicos Bh e Bhs. Nos perfis P2 e P3, apesar de pertencerem à mesma classe de solos (Latossolo Amarelo), o P2 sofre maior influência das soluções ácidas do que o P3, a exemplo do P1. Nestes perfis (P1, P2 e P3) a alternância de ambientes (redutor e oxidante) levou ao esbranquecimento do cau-lim desenvolvido na base. A gênese do P4 tem relação com a hidromorfia atuante na maior parte do ano, que promove a redução do ferro, além de não ser propício à formação de caulini-ta; (iii) os resultados da aplicação dos índices mostraram-se inconsistentes nos perfis P1, P2 e P4, provavelmente, em razão das condições mais agressivas do P1 e P2 e da hidromorfia do P4. O P3, o menos influenciado pela acidez das soluções, apresentou resultados consistentes; (iv) o índice de Plançon-Zacharie, em razão do maior número de parâmetros cristalográficos que utiliza, apresentou resultados que foram considerados consistentes em todos os perfis. Foram identificadas duas fases de caulinitas na maior parte dos horizontes estudados. Quando as condições de acidez são elevadas (P1 e P2), predominou a fase com caulinita de baixo or-denamento estrutural. Aonde o pH é mais elevado (perfil P3) a fase bem ordenada predomi-nou. Os resultados obtidos sugerem que os processos pedogenéticos atuantes na transforma-ção Latossolo-Espodossolo limitam a aplicação dos métodos de avaliação da ordem estrutural aqui empregados. / In São Gabriel da Cachoeira, Amazonas state, was studied by a topsequence, a system Oxisols to Spodosols with kaolin associated, developed from granitic-gneiss rocks of the crys-talline basement. In the topsequence, from upstream to downstream, were described and sam-pled four soil profiles: Spodosols (P1) at the top, two Oxisols Yellow (P2 e P3) on the hillside e Gleysols (P4) at the base. The main aims were to study the operation of this transforming system from their morphology characterization, chemical, physical and mineralogical and get information about the crystallographic characteristics of kaolinites from the study of degree of structural order. Characterization and genesis of soils and kaolin were studied by retention curve of water in the soil, x-ray diffraction, differential thermal and gravimetric analysis, dif-fuse reflectance spectroscopy, total chemical analysis and microscopic analysis. The structural order of kaolinite was evaluated from calculations of the Hinckley index (HI), Stoch (IK), Aparicio-Galán-Ferrell (IAGF) Liètard (R2), Amigó (001 and 002), Hughes-Brown (IHB) and Plançon-Zacharie (IPZ) and the temperatures of dehydroxylation of kaolinite and mullite nuc-leation. These study conclude that: (i) the soil system in topsequence is operating and leading to formation of Spodosols over lateritic coverage, causing changes in vegetation coverage with campinarana replacing the forest; (ii) the system Oxisols-Spodosols, influenced by the high acidity of the solutions and waterlogging, is characterized in P1, by decomposing organic matter, dissolution of minerals more changeable (action of organic acids), residual accumula-tion of quartz in surfaces horizons, albic and spodic and translocation of aluminum and iron in the form of organic complexes for the spodic horizons, where they accumulate, influenced by lifting and lowering of levels of the aquifer suspended, forming the spodic horizons Bh and Bhs. In the profiles P2 and P3, despite belonging to the same soil class (Oxisols Yellow), P2 is more influence by acid solutions than the P3, for exemple the P1. These profiles (P1, P2 and P3) interchange of environments (reducing and oxidizing) led to whitenning of kaolin developed at the base. The genesis of P4 is related to waterlogging active in the most part of the year, which promotes the reduction of iron, beyond not be conducive to the formation of kaolinite, (iii) the results of application of the indexes shown inconsistent in profiles P1, P2 and P4, probably because of more aggressive conditions of P1 and P2 and waterlogging of P4. P3, the least influenced by the solutions acidity, showed consistent results, (iv) the Plançon-Zacharie index, because of its calculation to be done detaileded, presented results to be consi-dered consistent in all profiles. We identified two kaolinites phases in most of horizons stu-died, where acidic conditions are high (P1 and P2) dominated the phase with low kaolinite structural order. Where the pH is slightly higher (profile P3), the orderly phase predominated. The results suggest that pedogenetic process active in transformation Oxisols-Spodosol limit the application of methods for structural order used here.

O sistema de manejo adotado e o tempo de cultivo acabam influenciando na disponibilidade de nutrientes, promovendo mudanças nas formas com que estes nutrientes se acumulam no solo, principalmente no caso do fósforo. Objetivou-se com o estudo avaliar as mudanças em longo prazo promovidas por sistemas de manejo do solo na fertilidade e nas frações de P em solos de Cerrado. Visando a melhor caracterização do bioma, foram analisados quatro experimentos de manejo do solo instalados em quatro locais representativos do Cerrado, sob Latossolo Vermelho (LV) ou Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA), localizados em Costa Rica-MS (LV-1), Sapezal-MT (LV-2), Luziânia-GO (LVA-1) e Tasso Fragoso-MA (LVA-2). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com parcelas subdividas, com parcelas constituídas pelos manejos, sendo eles o plantio direto (PD), o preparo convencional (PC) e a vegetação nativa (Cerrado), e como subparcelas foram consideradas as profundidades avaliadas: 0-5, 5-10 e 10-20 cm, com quatro repetições, totalizando 36 parcelas por área de estudo. Analisaram-se os atributos químicos do solo: potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg) trocáveis, matéria orgânica (MO), acidez potencial (H + Al), e ainda a saturação por cátions no solo (V%). Realizou-se também o fracionamento do P visando identificar frações inorgânicas e orgânicas no solo. Os extratores, na sequência, foram: resina (PRTA), NaHCO3 0,5 mol L-1 (PiBIC e PoBIC), NaOH 0,1 mol L-1 (PiHID-0,1 e PoHID-0,1), HCl 1 mol L-1 (PHCl), NaOH 0,5 mol L-1 (PiHid-0,5 e PoHid-0,5) e a digestão do resíduo (PResidual, Pi e Po). A MO do solo foi influenciada diretamente pelo sistema de manejo, com aumento expressivo na camada superficial (0-5 cm) do solo quando manejado sob PD e com maior tempo no sistema. O pH, a acidez potencial e os teores trocáveis de K, Ca e Mg, bem como a saturação por bases do solo, em superfície (0-10 cm), foram maiores com a adoção do PD, comparado ao PC, em função deste manejo promover a deposição em superfície de corretivos, fertilizantes e resíduos vegetais no solo, o que não ocorre no PC. A adoção do PD resultou em acúmulo de frações orgânicas de P na camada superficial do solo e incrementou todas as frações inorgânicas de P, com maiores diferenças para o PC nos 10 primeiros cm do solo. O PC promoveu acúmulo de frações orgânicas de menor labilidade em subsuperfície nos solos argilosos. No solo mais arenoso a proporção das frações orgânicas de P foi muito inferior à observada em solos argilosos. / The soil management and cultivation time affect the availability of nutrients, changing the forms that they accumulate in the soil, especially in the case of phosphorus (P). This study aimed to evaluate the changes promoted by long-term tillage systems on soil fertility and on P fractions in Cerrado soils. To the better characterization of the biome, four experiments of soil management were analyzed, in four sites representing the Cerrado under Brazilian Oxisols (\"Latossolo Vermelho\", LV and \"Latossolo Vermelho-amarelo\", LVA) , located in Costa Rica - MS (LV-1) , Sapezal - MT (LV-2), Luziânia - GO (LVA-1) and Tasso Fragoso MA - (LVA-2). The experiments were distributed in a split plot randomized blocks design, with plots constituted of managements no-till (PD), conventional tillage (PC) and native vegetation (Cerrado), and the depths of 0-5, 5-10 and 10-20 cm were considered as subplots, with four replications, totaling 36 plots per study area. The soil chemical attributes analyzed were: exchangeable potassium (K), calcium (Ca) and magnesium (Mg), organic matter (MO), potential acidity (H+Al) and soil cations saturation (V%). Also, the fractionation of P was analyzed to identify organic and inorganic P fractions, using the following extractors: resin (PRTA), NaHCO3 0.5 mol L-1 (PiBIC and PoBIC), NaOH 0.1 mol L-1 ( PiHID-0,1 and PoHID-0,1), HCl 1 mol L-1 (PHCL), NaOH 0.5 mol L-1 (PiHID-0,5 and PoHID-0,5) and residual P digestion (PResidual). The soil OM was directly affected by management systems, with expressive increase in the soil surface layer (0-5 cm) when managed under PD and longer time. The pH, potential acidity and levels of exchangeable K, Ca, Mg, and V% in soil surface (0-5 and 5-10 cm) were higher with PD compared to PC, because of surface lime and fertilizer applications and crop residues deposition, which doesn`t occur on PC management. The PD resulted in accumulation of organic P fractions in the soil surface layer and increased all the inorganic P fractions, with larger differences for the PC in the first 10 cm layer. The PC promoted accumulation of organic P fractions of lower lability in subsurface of the clayey soils. In sandy soil the proportion of organic P fractions was much lower than in clayey soils.

A reciclagem agrícola do lodo de esgoto devidamente tratado é uma boa opção, pois transforma o resíduo orgânico em um importante insumo agrícola. Entretanto, a aplicação do lodo de esgoto pode alterar a quantidade e a estabilidade da matéria orgânica do solo. Com a presente pesquisa, objetivou-se avaliar os efeitos de doses de lodo de esgoto na matéria orgânica de dois solos (um Latossolo Vermelho distrófico sob floresta de eucalipto e um Latossolo Vermelho distroférrico sob cultivo de milho) por meio de técnicas quantitativas e espectroscópicas. O experimento I, sob cultivo de milho, foi instalado em Jaguariúna-SP, constituiu-se de 5 doses acumuladas de lodo de esgoto da ETE de Barueri, aplicadas de 1999 a 2005: 0; 30; 60; 120 e 240 t ha-1 (em base seca). O experimento II, sob floresta de eucalipto, foi instalado em dezembro de 2004, em área comercial da empresa da Suzano Papel e Celulose, em Angatuba - SP. Aplicou-se, uma única vez, 4 doses de lodo de esgoto da ETE de Jundiaí (0; 7,7; 15,4 e 23,1 t ha-1 em base seca). Nas amostras de solo foram determinados os conteúdos de carbono, por meio de análise elementar (CHN), e então, calculou-se o grau de humificação da matéria orgânica utilizando a Fluorescência Induzida por Laser (FIL). Com base nesses resultados, foram selecionadas algumas amostras para o fracionamento químico da matéria orgânica do solo e, por meio de técnicas espectroscópicas (FTIR, UV-vis, RMN e Fluorescência de UV-vis), foi realizado um estudo aprofundado da influência do lodo de esgoto nas substâncias húmicas do solo, bem como, em seu estágio de humificação. Pode-se verificar um aumento na concentração de carbono no solo com a aplicação do lodo de esgoto em ambos experimentos, bem como um aumento da alifaticidade e, conseqüentemente, diminuição da aromaticidade das substâncias húmicas, resultado da incorporação de matéria orgânica fresca, não compostada / Agricultural recycling of sewage sludge treated properly is a good option, since it transforms organic waste into a major agricultural input. However, the application of sewage sludge can alter the amount and stability of soil organic matter. The present work aimed to evaluate the effects of sewage sludge levels on organic matter from two different soils (an Oxisol under eucalyptus forest and an Oxisol under corn) through quantitative and spectroscopy techniques. The experiment, under corn, was installed in Jaguariuna-SP, consisted of 5 accumulated levels of sewage sludge from ETE Barueri, implemented from 1999 to 2005: 0, 30, 60, 120 and 240 t ha-1. Experiment II, in eucalyptus forest, was installed in December 2004, the commercial company Suzano Papel e Celulose, in Angatuba - SP. Applied only once, 4 doses of sewage sludge from Seawater Sewage Treatment from Jundiai (0, 7.7, 15.4 and 23.1 t ha-1 on a dry basis). Soil samples were determined carbon content by means of elemental analysis (CHN), and then calculated the degree of humification of organic matter using Laser Induced Fluorescence (LIF). Based on these results, we selected some samples for chemical fractionation of soil organic matter, and by means of spectroscopic techniques (FTIR, UV-vis, NMR and Fluorescence UV-vis), was conducted a detailed study of the influence of sludge sewage humic substances on the ground as well as on their stage of humification. One can observe an increase in the amount of carbon in the soil application of sewage sludge in both experiments, as well as an increase in aliphaticity and consequently decreased aromaticity of humic substances, resulting from the incorporation of fresh organic matter, noncomposted

No sistema de colheita de cana-de-açúcar sem queima da palha (SQ) são depositadas, em média, 14 t ha-1 ano-1 de restos da cultura sobre as áreas de cultivo. Isso promove elevação do teor de matéria orgânica (MO) e melhoria nos atributos físicos, químicos e biológicos do solo. Contudo, os efeitos desse sistema na disponibilidade do fósforo ainda são pouco estudados. Amostras de um Latossolo foram colhidas num experimento de campo conduzido sob os sistemas SQ e com queima da cana (CQ). Foram coletadas amostras nas profundidades de 0-0,05 m, 0,05- 0,1 m, 0,1-0,2 m, 0,2-0,3 m e 0,3-0,4 m, na linha de plantio, a 25 cm da linha e na entrelinha (0,75 m da linha de plantio). Avaliaram-se: (i) variações nos atributos químicos do solo nos sistemas sob cana SQ e CQ; (ii) variações nos teores de P total, P orgânico total e as frações de P inorgânico (Pi) ligadas a ferro (Pi - Fe), a alumínio (Pi - Al), a cálcio (Pi - Ca), Pi ocluso e P - residual; e (iii) alterações nos teores das frações de Po lábil, Po biomassa, Po moderadamente lábil, Po fúlvico, Po húmico e Po não lábil. Partiu-se da hipótese de que a preservação da palha melhora os atributos químicos do solo e promove aumento da quantidade de P ligada às frações de P inorgânico (Pi) e de P orgânico (Po) mais lábeis, com maior intensidade nas posições e profundidades mais influenciadas pelo sistema radicular da planta. Houve elevação da capacidade de troca de cátions das amostras de solo coletadas no sistema SQ em todas as posições e profundidades testadas. Valores de carbono orgânico total, Ca2+, Mg2+ e V% no SQ superaram os do CQ nas camadas de 0-0,05 e 0,05-0,1 m nas posições linha, 0,25 m e entrelinha, como resposta aos efeitos positivos do acúmulo de MO proveniente da palha da cana. O teor de Pdisponível foi pouco afetado pela manutenção da palhada sobre o solo, sendo que valores mais altos foram encontrados somente na camada de 0-0,05 m nas amostras de solo coletadas no sistema CQ. Em geral, não houve diferenças nas formas de Pi entre as amostras de solo dos sistemas SQ e CQ e entre as posições e profundidades. No compartimento Po total, os resultados do sistema SQ apresentaram depleção em relação ao CQ na camada com maior densidade de raízes (0-0,05 m) e acumulação nas camadas de aplicação da adubação de plantio (0,2-0,3 e 0,3- 0,4 m). Os teores das frações de Po lábil, biomassa, moderadamente lábil, fúlvico e húmico no solo sob sistema SQ foram superiores aos do CQ, nas amostras coletadas na profundidade de 0,1- 0,2 m. / In the management system of harvesting sugarcane without straw burning (SQ), 14 t ha-1 yr-1 of crop residues, on average, are deposited on the soil. So, organic matter (MO) contents increase, and physical, chemical and biological soil attributes are improved. However, the effects of phosphorus (P) availability in this system are still poorly studied. Samples of an Oxisol were collected from a field experiment conducted under SQ and under burned sugarcane (CQ) systems. Samples were collected at layers of 0-0.05 m, 0.05-0.1 m, 0.1-0.2 m, 0.2-0.3 m, and 0.3- 0.4 m in row, at 0.25 m from row and in interrow (0.75 m from the rows). We evaluated: (i) variations in soil chemical attributes in samples from both harvesting systems; (ii) changes in the contents of total P, total organic P, and inorganic P fractions (Pi) linked to iron (Pi-Fe), aluminum (Pi-Al), calcium (Pi-Ca), occluded Pi and P residual; (iii) changes in Po fractions, labile, biomass, moderately labile, fulvic, humic and non-labile. The main hypothesis is that the preservation of straw improves the chemical soil attributes and increases the amount of P bound to the most labile inorganic and organic P fractions, with greater intensity in the positions and depths most affected by sugarcane roots. Values of soil cationic exchange capacity were higher in soil samples collected in the SQ system in all positions and depths tested. The values of total organic carbon, Ca2+, Mg2+ and V% were higher in the SQ than in CQ, on the layers of 0-0.05 m and 0.05-0.1 m and on the positions of row and 0.25 m, in response to the positive effects of OM from the straw. Contents of available phosphorus were slightly affected by the maintenance of straw on the soil. Higher P values were found in samples collected in the upper layer (0-0.05 m) under CQ than under SQ harvesting system. In general, there were no differences between the values of total P and Pi fractions in soil samples from both systems. In the Po total compartment, the samples from SQ system showed depletion in relation to the CQ on the layer with the highest density of roots (0-0.05 m) and accumulation on the layers of application of fertilizer (0.2-0.3 and 0.3-0.4 m). The values of labile Po fractions (biomass, moderately labile, fulvic and humic acids) were higher in soil samples under SQ than under CQ systems in the samples collected at 0.1-0.2 m-layer.

Soil is a critical component of the global sulfur (S) cycle acting as source and a sink for various S species and mediating changes of S oxidation states. However, very little is known about the identities of these specific organic and inorganic S containing molecules, especially in Brazilian soils under no-tillage (NT) system. Thus, the objectives of this study were: (i) to report long and medium term effects of the application of lime and up to 12 t ha-1 of phosphogypsum (PG) in samples from two Oxisols collected in field experiments carried out under no-tillage (NT) systems; (ii) to assess the effect of PG application on the amount, form and distribution of organic and inorganic S pools in soils under NT comparing to a natural forest ; (iii) to investigate C, N and S mineralization/immobilization in soil samples affected by plant residues and biochar, thus identifying the major transformations in the S fractions. After 13 years of lime application in a loamy Oxisol, changes in soil acidity and exchangeable Ca2+ ad Mg2+ supply were visible up to 80 cm depth. The effect of PG providing Ca2+ and S-SO4 2- were more pronounced at lower depths. S-SO4 2- distribution in the soil profile was mostly correlated with contents of free dithionite extractable Fe (Fed) and amorphous dithionite extractable Fe minus oxalate extractable Fe (Fed-Feo). There was no effect of lime and PG in maize grain yield, showing that the plants were unable to benefit of the soil ameliorations. An appreciable movement of sulfate to the subsoil was observed in soil samples from a clayey Oxisol, even in a medium-term (after 3.5 years), despite the fact that the soil had presented high SO4 2- adsorption capacity. In this area, PG had positive benefits in cereal crop yield due to the supply of Ca2+ and S-SO4 2-. PG application and changes in landuse practice alters both quantitative (evaluated by the wet-chemical technique) and qualitative (evaluated by means of X-Ray Near Edge Structure - XANES spectroscopy) composition of S functional groups in this wet subtropical Brazilian soil under NT. Compared to the forest site, soils under NT system had lower amounts of organic C, total N and total S Sulfur losses due to cultivation were higher than losses of C and N, and the use of fertilizers containing S seems to be vital for the recovery of S moieties. The dynamics of the plant materials decomposition was mostly governed by the C/S ratio. Sulfur mineralization was driven by the form of S in the starting materials rather than S concentration in the tissue, as revealed by XANES. The incorporation of plant residues and biochar led to an increase in the amount of ester sulfate in the early stage of incubation, which was further mineralized and had a steady decline at the end of evaluation. These findings encourage further investigations of biochar as S source, involving particularly chars produced from different feedstocks and pyrolysis temperatures. / O solo é um componente crítico do ciclo global de enxofre (S), agindo como fonte e dreno das várias espécies de S e mediando mudanças nos seus estados de oxidação. No entanto, pouco se sabe sobre as identidades dos compostos orgânicos e inorgânicos de S, especialmente em solos brasileiros sob plantio direto (PD). Assim, os objetivos deste estudo foram: (i) relatar os efeitos a longo e médio prazo da aplicação de calcário e de até 12 t ha-1 de fosfogesso (FG) em amostras de dois Latossolos coletadas em experimentos de campo realizados sob PD; (ii) avaliar o efeito da aplicação de PG na quantidade, forma e distribuição das frações orgânicas e inorgânicas de S em solos sob PD em comparação com uma floresta natural; (iii) investigar a mineralização/imobilização de C, N e S em amostras de solo afetadas por fontes de resíduos vegetais e biocarvão, identificando as transformações nas frações de S. Após 13 anos de aplicação de calcário em um Latossolo Vermelho distrófico de textura média, foi verificado efeito na correção da acidez do solo e no fornecimento de Mg2+ até 80 cm de profundidade enquanto os efeitos do FG fornecendo Ca2+ e S-SO4 2- foram mais pronunciados em profundidade. A distribuição de S-SO4 2- no perfil deste solo foi correlacionada com o conteúdo de Fe-ditionito (Fed) e Fe-ditionito menos Fe-oxalato (Fed, Feo). Não houve efeito do calcário e do FG na produção de grãos de milho, mostrando que as plantas não puderam se beneficiar das melhorias no solo. Foi observado apreciável movimento de S para o subsolo em amostras de um Latossolo Vermelho distrófico muito argiloso, mesmo em médio prazo (após 3,5 anos), apesar de o solo apresentar alta capacidade de adsorção de sulfato. Nesta área, o FG teve efeitos positivos no rendimento das culturas de cereais, devido ao fornecimento de Ca2+ e S-SO4 2- . A aplicação de FG e as mudanças no uso da terra alteraram tanto a composição quantitativa (avaliada pela técnica de fracionamento químico) quanto qualitativa (avaliada por meio da espectroscopia de raios-X próxima à borda de absorção - XANES) dos grupos funcionais de S em um solo subtropical da região úmida sob PD. Em comparação com o PD, os solos sob floresta apresentaram maior conteúdo de C orgânico, N e S total. As perdas de S devido ao cultivo foram superiores às perdas de C e N, e o uso de fertilizantes sulfatados parece ser vital para a recuperação do S do solo. A dinâmica de decomposição dos materiais vegetais foi principalmente regida pela razão C/S. A mineralização de enxofre foi impulsionada pela forma de S nos materiais iniciais, e não pela concentração S no tecido, conforme revelado por XANES. A incorporação de resíduos vegetais e biocarvão levou ao aumento nos ésteres de sulfato na fase inicial de incubação, fração posteriormente mineralizada, apresentando declínio no final da avaliação. Estas descobertas incentivam mais investigações do biocarvão como fonte de S, envolvendo carvões produzidos a partir de diferentes matérias-primas e temperaturas de pirólise.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:30:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luciane_Marcolin.pdf: 2229524 bytes, checksum: cfa5a592966f92c513c066d150d08843 (MD5) Previous issue date: 2015-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The following work had as its goal to comprehend the evolution of the pedological cover and the active pedogenetic processes in the landscape unities in Marechal Cândido Rondon/PR. It has been selected two profiles of Oxisol, one under native vegetation and the other under agriculture. Through mineralogical analyses, allied with chemical, physical and morphological data, it was possible to interpret the current level of weathering of the soil profiles. Also, aiming to contribute with the studies about the geomorphic surfaces in the southwest of Paraná, it has been investigated the hypothesis of these surfaces' continuities in the west region of Paraná. The correlation between the results of this research and those from the studies which have already been done by the Grupo Gênese e Evolução de Superfícies Geomórficas e Formações Superficiais (GESGFS) point out that the studied soils in the west of Paraná are in advanced stage of weathering, presenting a mineralogy composed mainly by minerals 1:1 (Kaolinite), the minerals 2:1 (Vermiculite with hydroxy-interlayered). The mineralogy and other Oxisols attributes studied indicate that it has been occurred a process of monossialitization with partial hydrolysis along the pedogenesis. Considering the local landscape, the soil is in accordance with the formation environment in subtropical climate and in relation to the regional landscape they present the same pedological characteristics of the soils in the Incompletely Planed Surfaces V and VI in the southwest of PR, indicating that there is pedogenetic similarity between the soils from these surfaces and the studied soils. / O trabalho exposto teve como objetivo compreender a evolução da cobertura pedológica e os processos pedogenéticos atuantes nas unidades de paisagem de Marechal Cândido Rondon/PR. Foram selecionados dois perfis de LATOSSOLO, um sob vegetação nativa e outro sob agricultura. Através de análises mineralógicas, aliadas a dados químicos, físicos e morfológicos do solo foi possível interpretar o atual estágio de intemperismo dos perfis de solos. Visando também contribuir com os estudos sobre as superfícies geomórficas no sudoeste do Paraná, investigou-se a hipótese de continuidade dessas superfícies para região oeste do Paraná. A correlação entre os resultados dessa pesquisa e aqueles dos estudos já realizados pelo Grupo Gênese e Evolução de Superfícies Geomórficas e Formações Superficiais (GESGFS), apontam que os solos estudados no oeste paranaense estão em avançado estágio de intemperismo apresentando uma mineralogia composta predominantemente por minerais 1:1 (Caulinita), e minerais 2:1 (Vermiculita com hidroxi-entrecamadas). A mineralogia e demais atributos dos LATOSSOLOS estudados indicam que ocorreu um processo de monossialitização com hidrólise parcial ao longo da pedogênese. Considerando a paisagem local o solo esta em concordância com o ambiente de formação em clima subtropical e em relação à paisagem regional apresenta as mesmas características pedológicas dos solos nas Superfícies Incompletamente Aplainadas V e VI, no sudoeste do PR, indicando haver similaridade pedogenética entre os solos dessas superfícies e os solos estudados.