Orientador : Dr. Anibal de Moraes, Dr Jeferson Dieckow e Dr. Alan J. Franzluebbers / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia. Defesa: Curitiba, 24/10/2016 / Inclui referências: f. 47-50;72-77;97-101 / Área de concentração: Produção vegetal / Resumo: A disponibilidade de solos e seus recursos está reduzindo com a evolução da humanidade e os impactos negativos, decorrentes do mau uso dos solos, estão afetando o desenvolvimento sustentável da agropecuária mundial. Portanto, se faz necessário o desenvolvimento de alternativas que permitam um uso mais sustentável dos solos, para atender as demandas no setor de produção agropecuária do século 21. O objetivo geral desta tese foi estudar solos de sistemas de produção agropecuária que buscam a intensificação de uso sustentável, ou de ecossistemas naturais, como uma etapa para melhor entender dinâmicas complexas de nutrientes. Foram estudados a composição de fósforo (P) no solo em sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA) no subtrópico brasileiro, bem como em ecossistemas naturais em escala global e por fim, a dinâmica do carbono (C) orgânico em um sistema agroflorestal localizado na Carolina do Norte, Estados Unidos da América. O primeiro objetivo específico foi determinar a composição de P no solo de agroecossitemas com baixa e alta complexidade trófica. Especificamente, objetivou-se qualificar e quantificar os componentes orgânicos e inorgânicos de P usando extratos de NaOH-EDTA e espectroscopia de ressonância magnética nuclear, para posteriormente caracterizar a ciclagem de P em resposta ao aumento da complexidade trófica com SIPA no subtrópico brasileiro. A presença do pastejo resultou em maior concentração de ortofosfato total e biodisponível (i.e., Mehlich-I) e também diminuiu a concentração de P orgânico, incluindo os inositol fosfatos. O pastejo aumentou a biodisponibilidade de P e reduziu a concentração de P orgânico recalcitrante (i.e., inositol fosfatos), portanto, concluiu-se que a integração entre lavoura e pecuária pode ser uma alternativa sustentável para aumentar o uso do P nos sistemas de produção no subtrópico brasileiro. O segundo objetivo específico foi analisar com meta-regressão (meta-análise), a dinâmica do P em diferentes texturas de solo e de clima em escala global, relacionando os grupos funcionais de P com o pH, concentração de C, relação CN e relação CP do solo em ecossistemas naturais. A composição de P orgânico teve uma resposta complexa à estas características do solo. A relação de monoesteres para o P orgânico aumentou com o aumento do pH, e diminuiu com o decréscimo da concentração de C, relação CN e relação CP, sem haver resposta particular para os locais e textura do solo. Em contraste, a relação de diesteres para o P orgânico bem como a relação diesteres para monoesteres teve o comportamento inverso, diminuindo com o aumento do pH, e aumentando com o aumento da concentração de C, relação carbono-nitrogênio (CN) e relação carbono-fósforo (CP). Portanto, concluiu-se que o pH, a concentração de C e as relações CN e CP são importantes fatores na determinação das proporções dos grupos funcionais de P orgânico do solo. O terceiro objetivo específico foi determinar a distribuição espacial de atributos do solo (textura e frações de C orgânico do solo) usando a combinação de espectroscopia de reflectância no infravermelho proximal (NIRS) e geoestatística, em um experimento de sistema agroflorestal localizado na Carolina do Norte, Estados Unidos da América. O NIRS foi uma ferramenta útil para predizer a textura do solo e as frações de C do solo. Na fase de calibração e validação do NIRS, o modelo de máquina de vetores de suporte teve uma performance melhor do que o modelo de mínimos quadrados parciais na predição das características do solo. A geoestatística aumentou os erros em relação àquales obtidos somente com o NIRS. Entretanto, a geoestatística possibilitou realizar a exploração das características espaciais da textura do solo e frações de C. A combinação do NIRS com a geoestatística pode ser utilizada para avaliação de atributos do solo deste sistema agroflorestal e de outros sistemas de produção, permitindo assim aumentar a sustentabilidade dos agroecossistemas através do manejo com agricultura de precisão. Palavras chave: integração lavoura-pecuária, plantio direto, ciclagem de nutrientes. / Abstract: Soil resources are narrowing as human evolution occurs and the negative feedbacks resulting from soil misuse are affecting agriculture's sustainable development worldwide. Therefore, alternatives that allow a more sustainable use of soils are necessary, to fill demands of the 21-century agriculture. The general objective of this thesis was to evaluate soils of agricultural systems that pursue sustainable intensification and natural ecosystems as a step to understand complex nutrient dynamics, which knowledge might help to adapt management by agriculture. It was studied the soil phosphorus compounds on integrated crop-livestock systems in Subtropical Brazil and on natural ecosystems across the world and soil organic carbon (C) dynamics in an agroforestry system on a Coastal Plain in United States of America. The first specific objective was to determine soil P composition from agro-ecosystems with low and high trophic complexity. Specifically, we wanted to qualify and quantify soil organic and inorganic P fractions using NaOH-EDTA extraction and nuclear magnetic resonance spectroscopy, and characterize P cycling in response to increasing complexity with integrated crop-livestock systems in subtropical Brazil. Our results were that in these agro-ecosystems, grazing compared with nograzing had greater soil P content as total and bioavailable (i.e., Mehlich-I) orthophosphate and lower soil organic P and fewer monoesters, including inositol phosphates. Grazing increased P bioavailability and reduced recalcitrant organic P (i.e., inositol phosphates) concentration in soil; therefore, we conclude that integrating crop and livestock systems can be a sustainable alternative to improve P use in farming systems of subtropical Brazil. The second specific objective was to analyze through meta-regression, soil organic phosphorus dynamics among different soil textures and locates at global scale, relating its organic functional groups with soil pH, C concentration, carbon-to-nitrogen (CN) ratio and carbon-to-phosphorus (CP) ratio on natural ecosystems. We found that soil organic P composition had a complex response to those soil characteristics. Monoesters-to-organic P ratio increased as pH increased, and decreased as C concentration, CN ratio and CP ratio increased, with no particular response among locates and soil textures. In contrast, diesters-to-organic P ratio as well as diesters-to-monoesters ratio had the opposite behavior, decreasing its concentrations as pH increased, and increasing as soil C concentration, CN ratio and CP ratio increased. Therefore we concluded that soil pH, C concentration, CN ratio and CP ratio are important factors in determining proportions of soil organic P functional groups. The third specific objective was to determine the spatial distribution soil properties (soil texture and organic C fractions) using a combination of near infrared spectroscopy and geostatistics, in an emerging agroforestry system experiment on a Coastal Plain site in North Carolina. Nearinfrared spectroscopy was a useful tool to predict soil texture and soil organic carbon (SOC) fractions. Using chemometrics to calibrate NIRS, a support vector machine model performed better than a partial least squares model to predict soil texture (sand and clay) and SOC fractions (total, particulate, and mineralizable C determined as the flush of CO2-C following rewetting of dried soil). Geostatistics increased errors of soil properties compared to those obtained solely by NIRS prediction. Nonetheless, geostatistics was useful to explore spatial patterns of soil texture and SOC fractions. Combining NIRS and geostatistics can be promoted for soil evaluation of this agroforestry system and in other landscapes to increase sustainability of agroecosystems through field-specific precision management. Key words: mixed crop-livestock, no-tillage, nutrient cycling.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/46044 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Deiss, Leonardo |
| Contributors | Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Agronomia, Moraes, Anibal de, 1956-, Dieckow, Jeferson, Franzluebbers, Alan J. |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Inglês |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 101 f. : il. algumas color., tabs., grafs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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