The interest in using sugarcane straw as a feedstock for bioenergy production has been increased considerably. However, indiscriminate straw removal may negatively affect soil functioning. Therefore, this work aimed to quantify and characterize soil solution translocating along the profile, under straw removal rates from the soil surface. Lysimeter systems were built with 1, 20, 50, and 100 cm soil columns, with a sandy clay loam texture, from a commercial sugarcane field in Piracicaba-SP, southeastern Brazil. The experiment was conducted in open area, where the lysimeters were subjected to rainfall and sun radiation. After the soil stabilization within the lysimeters, the treatments were added, consisting of four straw amounts (0, 3, 6, and 12 Mg ha-1), representing straw removal rates of 100 (bare soil), 75, 50, and 0%, respectively. After one year of the first straw addition, the same straw amounts were added again simulating the second harvest. Drained solution was collected and quantified by 17 months and soil moisture was determined over a period of two months using sensors. Dissolved organic carbon (DOC) concentration was measured in automatic analyzer. The soil solution and straw solution, made in water infusion, were characterized in High performance liquid chromatography (HPLC) to verify the presence of toxic compounds. After that, straw and soil solution were used in tests with soybean seed to evaluate the effects in plant germination and initial growth. At the end of the experiment, soil bulk density and soil organic carbon (SOC) analyses were performed. Remaining straw was weight before the new addition, and weight again at the end to determine the decomposition rates. The accumulated volume of solution drained was 30, 11 and 4% lower under 100, 75 and 50% removal rates compared to no removal. Bare soil stored less water, indicating susceptibility to lose water by evaporation. Simulation showed that 100% and 75% removal can induce longer periods of water restriction, which impair sugarcane growth. The DOC production on topsoil was higher in no straw removal; the retention was higher in 1 to 20 cm in no removal and higher in 20 to 50 cm in 50 and 75% removal rates. Bare soil released more DOC below 01 cm indicating a possible C loss. Below 100 cm DOC leachate was quite similar in all treatments, what shows a higher C retention and small C loss even in higher DOC production. Even with differences in DOC retention, increases in C stock below 5 cm were not noticed. We found many phenolic compounds in the straw solution, not found in the soil solution, indicating that in natural conditions straw does not release toxic compounds into soil solution. Plant growth was negatively affected by straw solution, but not by soil solution. Our findings suggest that the medium straw maintenance prevents variations and loss on soil water content. Higher straw amount increases DOC production, which likely alters its composition and subsequent retention in soil. Carbon stock did not increase in the soil subsurface, but probably will in the long-term. The higher straw removal, proportionally, the higher the C losses in the form of CO2 and DOC, consequently the lower soil C retention. More straw on soil surface release more C amounts to the soil, retained or translocated with soil water, may be stored in deeper soil layers. Higher water percolation in the soil profile does not mean higher C losses by leaching in deeper soil. This study has the practical objective of finding an amount of straw to be maintained in the field that ensures the C storage and the better soil functioning, and also supply feedstock for bioenergy production. / O interesse no uso da palha de cana-de-açúcar como matéria-prima para a produção de bioenergia vem crescendo consideravelmente. No entanto, a remoção excessiva da palha pode afetar negativamente o funcionamento do solo. Portanto, o objetivo deste trabalho foi quantificar e caracterizar a solução ao longo do perfil sob níveis de remoção de palha da superfície do solo. Para isso, foi construído um sistema de lisímetros com colunas de 1, 20, 50 e 100 cm de solo, de textura franco argilo arenosa, proveniente de área comercial de cana-de-açúcar em Piracicaba-SP, Brasil. O experimento foi conduzido em área aberta, sujeito a precipitação e luz natural. Depois da estabilização do solo dentro dos tubos, foram adicionados os seguintes tratamentos: 0, 3, 6 e 12 Mg ha-1 de massa seca, representando 100 (solo nu), 75, 50 e 0% de intensidade de remoção de palha, respectivamente, sendo adicionados novamente após um ano. A solução percolada foi coletada e quantificada por 17 meses, a umidade do solo foi determinada por dois meses usando sensores. A concentração de carbono orgânico dissolvido (COD) foi mensurada com analisador automático. A solução do solo e solução da palha, feita por infusão em água, foram caracterizadas em HPLC para verificar a presença de compostos tóxicos. Posteriormente, as soluções da palha e solo foram usadas em testes de sementes de soja para avaliar os efeitos na germinação e crescimento inicial. Ao final do experimento, foram realizadas análises de densidade do solo e carbono orgânica do solo (COS). A palha remanescente foi pesada após um ano, anterior a nova adição, e pesada novamente ao final do experimento, para determinar a taxa de decomposição. O volume de solução percolado foi 30, 11 e 4% menor em 100, 75 e 50% do que em 0% de remoção, respectivamente. O solo descoberto armazenou menos água, indicando susceptibilidade à perda de água por evaporação. A simulação mostrou que 100 e 75% de remoção induzem longos períodos de restrição hídrica, que pode prejudicar o crescimento da planta. A produção de COD na camada superficial foi maior no solo sem remoção; a retenção foi maior de 1 a 20 cm em solo sem remoção, e maior em 20 a 50 cm em 50 e 75% de remoção. O solo descoberto liberou mais COD em de 20 cm do que em superfície, indicando perda de C. Abaixo de 100 cm, o COD lixiviado foi similar nos tratamentos, indicando grande retenção de C e pequenas perdas por lixiviação, mesmo em alta produção de COD. Mesmo com diferenças na retenção de COD, não foi identificado aumento no estoque de C abaixo de 5 cm. Foram encontrados compostos fenólicos na solução da palha, não encontrados na solução do solo, indicando que em condições naturais a palha não libera quantidades significativas de compostos tóxicos na solução do solo. O crescimento de plantas foi negativamente afetado pela solução da palha, mas não pela solução do solo. Nossos resultados sugerem que a manutenção de quantidade média de palha previne perdas e variação no conteúdo de água do solo. Maior quantidade de palha aumenta a produção de COD, que provavelmente altera sua composição, alterando a retenção no solo. O estoque de C não aumentou consideravelmente em subsuperfície, mas muito provavelmente aumentará em escala de tempo maior. Quanto maior a remoção de palha, proporcionalmente maior as taxas de C liberadas na forma de CO2 e COD em subsuperfície, consequentemente, menor a retenção de C no solo. Maiores quantidades de palha na superfície liberam mais C para o solo, retido ou translocado com a água, podendo ser estocado em maiores profundidades do solo. Maior percolação de água no solo não significa maiores perdas de C por lixiviação em profundidade.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-18012019-174951 |
| Date | 27 September 2018 |
| Creators | Maria Regina Gmach |
| Contributors | Carlos Eduardo Pellegrino Cerri, João Luis Nunes Carvalho, Moacir Tuzzin de Moraes, Marcos Siqueira Neto |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas), USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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