Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Little is known about the decomposition and stabilization of shoots and intact roots derived carbon (C)
under no-tillage (no-till) field conditions. The present study was designed with following objectives:
1) evaluation of 13C pulse labeling method to label crop plants under field conditions for subsequent C
dynamics studies, 2) estimation of the actual rates of mineralization of intact roots and shoot residues,
decomposing simultaneously, and 3) finally to determine the fate of shoot vs root residues derived C in
soil, under no-till field conditions. The experiment was conducted at Federal University of Santa
Maria , Rio Grande de Sul, Brazil in 2013-2014 in an loam textured Typic Paleudalf. Wheat (Triticum
aestivum L.), pea (Pisum sativum L.) and vetch (Vicia sativa L.) plants were grown inside polyvinyl
chloride (PVC) cylinders and were pulse labeled weekly with 13C in the field until the flowering stage.
At plant harvest, the biomass of shoots and roots and chemical composition and isotopic enrichment
was determined. In order to achieve second objective, paired treatments were designed by combining
13C labeled shoots with unlabeled roots+soil and unlabeled shoots with 13C labeled roots+soil for each
crop, plus a control treatment. For the third objective, soil cylinders were excavated after 60, 180 and
365 days for the determination of distribution of shoot and root derived Cnew in soil aggregates. The
chemical composition of plant tissues (shoot and roots) were not modified by 13C labeling. The
maximum level of 13C enrichment in plants at harvest, was +495 in wheat, +426 in pea and
+378 in vetch plants. Our results though demonstrated heterogeneity of 13C among plant parts
particularly between stems and leaves however, it was far less than reported in other field and
controlled conditions experiments. The mineralization of roots+soil C was higher than shoot-C
residues for the three species (73 vs. 45 % initial C for wheat, 76 vs. 48 % for pea and 73 vs. 51 % for
vetch). Remaining 13C in root and soil organic matter (SOM) at day 180 indicated both a higher rate of
root-C decomposition and a higher rate of root- derived C in SOM compared to shoots. Greater
proportion of the shoot and root derived Cnew of three crops was associated with large macroaggregates
(>2000 μm) in 0-5 cm soil layer which declined with time. The content of root and shoot derived C
microaggregates (53 250 μm) increased gradually with time in all the three soil for all crops. After
365 days, 30% of the root derived C was present in soil compared to 5 % (average of three crops) of
the shoot derived C. The mean relative contribution of root vs shoot derived Cnew was 2.1 ranging from
1.5 (pea) to 2.5 (wheat). Our findings suggest that, crop residues location and contact with soil and, the
soil moisture and temperature, are important factors that significantly promoted roots decomposition
and root derived C in soil in situ, compared to shoots, erasing the consequences of their different
initial chemical composition. The 13CO2 labeling technique used under the field appeared to be a
practical approach with respect to resource demand and is suitable for in situ labeling. This work
provides a framework for further studies focusing on the interactions between aboveground and
belowground crop residues and environmental factors under no-till field conditions. / Pouco é conhecimento sobre a decomposição e a estabilização no solo do carbono (C) proveniente da parte
aérea e de raízes in situ em sistema de plantio direto (SPD). O presente estudo foi desenvolvido com os
seguintes objetivos: 1) avaliar o método de marcagem de plantas com 13C através da aplicação de pulsos de
13C no enriquecimento e distribuição do 13C nas plantas cultivadas em condições de campo para posterior
estudo da dinâmica de C; 2) estimar as taxas reais de mineralização do C de raízes in situ e da parte aérea
na superfície do solo; e 3) determinar o destino do C da parte aérea e de raízes no solo, em condições de
campo em SPD. O experimento foi conduzido na Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul,
Brasil, em 2013-2014 em um Argissolo vermelho distrófico arênico. Plantas de Trigo (Triticum aestivum
L.), ervilha (Pisum sativum L.) e ervilhaca (Vicia sativa L.) foram cultivadas em condições de campo
dentro de cilindros de PVC, nas quais foram aplicados semanalmente pulsos de 13C até o estágio de
floração. A biomassa da parte aérea e das raízes, a composição química e o enriquecimento isotópico foram
determinados no momento da colheita das plantas. A fim de alcançar o segundo objetivo, para cada cultura
foi montado tratamentos pareados combinando a parte aérea marcada com 13C com as raízes sem marcação
e a parte aérea não marcada com 13C com as raízes marcadas. Além desses foi utilizado um tratamento
controle. Para o terceiro objetivo, os cilindros com solo foram escavados depois de 60, 180 e 365 dias após
a instalação dos tratamentos pareados e realizada a determinação da distribuição nos agregados do Cnovo
derivado da parte aérea e das raízes. A composição química das plantas (parte aérea e raízes) não foi
modificada pela marcagem com 13C. O nível máximo de enriquecimento de 13C nas plantas, no momento
da colheita, foi de 495 no trigo, 426 na ervilha e 378 na ervilhaca. Os resultados demonstraram a
heterogeneidade na distribuição do 13C entre as partes da planta, particularmente entre caules e folhas, no
entanto, esse nível de heterogeneidade é inferior aos reportados na literatura para experimentos de campo e
em condições controladas. A mineralização de C das raízes das três espécies foi maior do que aquela
observada para os resíduos da parte aérea (73 x 45 % no trigo, 76 x 48 % na ervilha e 73 x 51 % na
ervilhaca). O 13C remanescente nas raízes e na matéria orgânica do solo (MOS) aos 180 dias indicou
elevada decomposição das raízes e alta taxa de C derivado das raízes na MOS comparado à parte aérea.
Maior proporção do Cnovo derivado da parte aérea e das raízes das três culturas foi associada aos
macroagregados (>2000 μm) na camada de 0-5 cm, a qual diminuiu com o passar do tempo. O C derivado
das raízes e da parte aérea nos microagregados (53 250 μm) aumentou gradualmente com o passar do
tempo em todas as camadas do solo para todas as culturas. Aos 365 dias, 30% do C das raízes estava
presente no solo, comparado aos 5% (média das três culturas) do C da parte aérea. A contribuição relativa
média do Cnovo derivado da raiz x parte aérea foi de 2,1 variando de 1,5 (ervilha) a 2,5 (trigo). Os resultados
do presente trabalho sugerem que a localização dos resíduos culturais, o contato com o solo e a umidade e a
temperatura do solo, são fatores importantes que promovem maior decomposição das raízes in situ e Cnovo
das raízes no solo, comparado com a parte aérea, reduzindo o efeito das diferenças na composição química
inicial. A técnica de enriquecimento das plantas através da aplicação de pulsos de 13C em condições de
campo parece ser viável em relação à demanda de recursos é adequada para a marcagem in situ. Este trabalho fornece informações de suporte para estudos futuros, com enfoque nas interações entre os resíduos culturais da parte aérea e raízes e os fatores ambientais em condições de campo em SPD.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3369 |
| Date | 28 September 2015 |
| Creators | Tahir, Majid Mahmood |
| Contributors | Giacomini, Sandro José, Aita, Celso, Amado, Telmo Jorge Carneiro, Bayer, Cimélio, Dieckow, Jeferson |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, UFSM, BR, Agronomia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 500100100005, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 300, 419b5a2f-20df-408a-a156-d652293f4a73, 19588cbc-5422-4f48-ae6e-e9712b9a1fcd, b46e65b9-e307-4c06-a922-2942f17e7dc5, 17635696-3d9e-4e95-90c3-cd3d8c517cd1, ac1fd250-57db-4fc2-9447-3a23543c553d, 616274b8-b329-4796-9272-e044f141ed3c |
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