ABSTRACT The “Visual Evaluation of Soil Structure” (VESS) is a method used primarily to evaluate the soil structural quality of Oxisols in Brazil and secondly for more specific research, consultancy, and teaching purposes. Since the methodology was never applied and compared with laboratory evaluations of physical properties of hydromorphic soils of the Pampa biome in the south of Brazil, this study evaluated the use of VESS as a visual indicator of the structure quality of a typic eutrophic Albaqualf soil under native grassland, crop-livestock integration, no-tillage, and conventional management systems. Experimental areas with these different management systems were subjected to visual (VESS) and laboratory evaluation of the soil structure. The laboratory evaluation was based on traditional methods and on measurements of bulk density, porosity, aggregate mean weight diameter, aggregate tensile strength (ATS), and total organic carbon (TOC). It was concluded that VESS was efficient in differentiating the management system. The management systems based on minimum soil disturbance and mulching with crop residues improved the soil quality, as evidenced by the VESS scores, bulk density, porosity, aggregation, and organic carbon. The TOC content was inversely related with ATS. The quality of a typic eutrophic Albaqualf was benefitted by organic matter in the surface layer.

No-tillage in Brazil is an efficient agricultural system that improves crop productivity whilst controlling erosion caused to the soil by degradation. However, there is some concern regarding soil compaction. Our objective was to determine whether the function of soil structure in sustaining crop growth was dependent on row and interrow positions in long-term no-tillage. We took soil samples from a field in a commercial farm under long-term no-tillage since 1979 on a clayey Oxisol in Southern Brazil. We assessed soil physical quality using the revised Peerlkamp technique and measured bulk density, air-filled porosity and air permeability of intact soil cores. Samples were incubated to assess in vitro N2O and CO2 production. The soil physical and structural properties showed consistent differences between interrow and row positions, where the properties measured were more favorable. The revised Peerlkamp technique proved as efficient as quantitative parameters in discriminating treatment differences. Overall, soil physical conditions in the interrow were less favourable than in the row. Pore continuity did not vary as regards position. This may explain why row position did not influence in vitro N2O and CO2 production. Soil physical quality under no-tillage system is enhanced, at least in the short term, by superficial disturbances in the row as a result of the action of the coulters of the no-tillage seeder.

A influência do sistema de uso e manejo na qualidade física do solo tem sido tema de destaque em razão de seus impactos ambientais e agronômicos. O intervalo hídrico ótimo (IHO) é um moderno indicador da qualidade física que potencialmente pode apresentar os mecanismos e processos de perda ou recuperação da qualidade física do solo, por causa do seu uso e manejo. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi quantificar a influência de diferentes sistemas de uso e manejo no IHO de um Latossolo Vermelho distrófico, textura franco-arenosa, composto por 170, 40 e 790 g kg-1 de argila, silte e areia, respectivamente. Foram selecionadas quatro áreas, sob os seguintes sistemas de uso e manejo do solo: mata nativa; pastagem cultivada por mais de 20 anos; citros por mais de 10 anos, antecedido por 10 anos de pastagens; e cultivo com culturas comerciais (milho, sorgo, aveia e mandioca), por cerca de 15 anos, após 10 anos de pastagem cultivada. Foram coletadas 48 amostras indeformadas, em cada área, no centro da camada de 0-0,10 m de profundidade. As amostras foram submetidas a potenciais de -10 a -15.000 hPa, em que foram determinadas a curva de retenção de água, a curva de resistência do solo à penetração e, posteriormente, a densidade do solo (Ds) e o IHO. A Ds foi influenciada pelos sistemas de uso e manejo do solo na sequência cultivo = citros > pastagem > mata nativa. A relação entre IHO e Ds foi linear e negativa, à exceção da mata nativa que na faixa de Ds entre 1,35-1,55 Mg m-3 apresentou relação positiva. Valores de Ds, em que o IHO = 0, associados com severa degradação física do solo, foram de 1,75 e 1,80 Mg m-3, nos solos sob citros e cultivo, respectivamente; a proporção desses valores foi de 21 % para o solo sob citros e 18 %, para o sob cultivo. A perda de qualidade física do solo foi menos acentuada no solo sob pastagem, quando comparado com os solos sob citros e cultivo, sendo a diminuição do IHO menos acentuada com o aumento da Ds. O menor valor de Ds em que iniciou a redução do IHO foi tomado como densidade do solo de alerta (Ds a). A Ds a foi de 1,55 Mg m-3 e pode ser utilizada como valor de referência no processo de recuperação da qualidade física do solo, válida para solos com textura, uso e manejo semelhante ao deste estudo.

The effects of soil use and management on soil physical quality have been largely discussed due to its environmental and agronomic impacts. The least limiting water range (LLWR) is a modern indicator of soil physical quality that can indicate processes and mechanisms linked to soil physical degradation caused by soil use and management. The aim of this work was to quantify the influence of different land uses and soil tillage on the LLWR of an Oxisol (170, 40 and 790 g kg-1 clay, silt and sand). Four areas were selected: native forest; planted pasture for more than 20 years; area under citrus cultivation for more than 10 years; area with annual crops (corn, sorghum, oat, and cassava) for 15 years after 10 years of pasture. In each treatment, 48 undisturbed samples were collected in the 0-0.10 m layer. A matric potential of -10 to -15,000 hPa was applied and the soil samples were analyzed for soil bulk density (Bd) , water retention curve, soil resistance curve, LLWR, and critical Bd. Bulk density was influenced by soil use and management at the following sequence commercial crops = citrus > pasture > native forest. The relationship between LLWR and Bd was linear and negative, except under native forest, where the Bd range (1.35-1.55 Mg m-3) had a positive relationship. In the areas under citrus and annual crops, LLWR reached zero, with a critical bulk density (Bd c) of 1.75 and 1.80 Mg m-3, respectively, with severe soil physical degradation. The ratio of these values was 21 % for soil under citrus and 18 % for soil under commercial crops. The loss of soil physical quality was less marked for the soil under pasture than citrus and annual crops, with a less pronounced decrease of LLWR with increasing Bd a. The lowest Bd value, at which the reduction of LLWR begins, was named alert bulk density (Bd a). The Bd was 1.55 Mg m-3 and can be used as a reference value for the process of soil regeneration, valid for soils with soil texture and soil use and management similar to this study.

A compactação do solo pelo tráfego de animais é uma preocupação em sistemas integrados lavoura-pecuária. Com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes sistemas de manejo do solo e pisoteio de animais sobre os atributos físico-hídricos do solo e o desenvolvimento e a produtividade da soja, este experimento foi instalado no ano de 2007, em um Latossolo Vermelho distrófico cultivado anteriormente por uma década, pelo sistema de plantio direto de grãos em consórcio com forrageira. Avaliou-se a influência do pisoteio dos animais sobre a densidade (Ds), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi), porosidade total (PT), resistência do solo à penetração (RP) e o conteúdo de água no solo (θ), bem como a emergência, a altura e a produtividade da soja. O delineamento experimental foi blocos ao acaso com três repetições, com os tratamentos semeadura direta de soja sem pastejo (SD/SP), semeadura direta com pastejo em aveia (SD/CP) e escarificado com pastejo (ESC/CP). As amostras foram coletadas nas camadas de 0,00-0,07; 0,07-0,15; e 0,20-0,30 m, em três épocas: antes do pastejo (agosto de 2007), pós-pastejo (dezembro de 2007) e pós-pastejo (outubro de 2008). Não houve efeito significativo do pastejo sobre a Ds e PT. Aos 140 dias após a semeadura da soja, a RP atingiu valores acima de 2 MPa na camada de 0,00-0,15 m, nos tratamentos SD/SP e SD/CP, mas não limitando o desenvolvimento da cultura. A escarificação do solo sob integração lavoura-pecuária em semeadura direta proporcionou condições físico-hídricas menos favoráveis ao desenvolvimento das plantas; a altura de planta no SD/SP foi maior do que nos tratamentos SD/CP e ESC/CP e a menor produtividade de grãos foi obtida com a escarificação do solo, em ano com déficit hídrico.

Soil compaction from animal traffic is a concern in crop-livestock systems. This experiment was set up in 2007 with the aim of evaluating the effect of different soil management systems and animal traffic on soil physical and water properties and soybean development and yield. The soil evaluated was a dystrofic Red Latosol (Oxisol) under a no-tillage grain crop system intercropped with forage for the past decade. The effect of animal traffic was evaluated in regard to soil bulk density (Bd), macroporosity (Ma), microporosity (Mi), total porosity (TP), soil resistance to penetration (RP) and soil moisture content (θ), as well as soybean emergence, height and yield. A randomized block experimental design was used with three replications, with the treatments of no-tillage soybean cropping without grazing (SD/SP), no-tillage cropping with grazing in oats (SD/CP) and chisel plowing with grazing (ESC/CP). Soil samples were collected in the 0.00 to 0.07 m, 0.07 to 0.15 m and 0.20 to 0.30 m layers at three time periods: before grazing (August 2007), after grazing (December 2007) and after grazing (October 2008). There was no significant effect of grazing on Bd and TP. At 140 days after sowing of soybean, RP reached values above 2 MPa in the 0.00 to 0.15 m layer in the treatments SD/SP and SD/CP, without limiting crop development. Chisel plowing of the soil in crop-livestock integration under the no-tillage system led to soil physical-water conditions less favorable to plant development. Plant height in the SD/SP was greater than in the treatments SD/CP and ESC/CP, and the lowest grain yield was obtained through chisel plowing of the soil in a year with water deficit.

Estratégias de manejo para melhorar e manter a qualidade física do solo (QFS) são fundamentais para a sustentabilidade de sistemas agrícolas. O intervalo hídrico ótimo (IHO) é um indicador de QFS, definido pela faixa de teor de água menos limitante às plantas. Para uma adequada QFS às plantas, os teores de água do solo deveriam ser mantidos nos limites do IHO. Nesse contexto, a cobertura do solo pelos restos culturais pode contribuir com a QFS via aumento na frequência com que θ permanece no IHO (Fdentro). O objetivo deste estudo foi determinar o IHO em um Latossolo Vermelho distroférrico cultivado com a cultura da soja em sistema de plantio direto, bem como avaliar a Fdentro em função de diferentes quantidades de resíduos de aveia (0, 3, 6, 9 e 12 Mg ha-1). O IHO apresentou relação inversa com a densidade do solo (Ds). Com o estreitamento do IHO, foi observada redução da Fdentro, independentemente da quantidade de resíduos sobre o solo. Por sua vez, o aumento da quantidade de resíduos de aveia sobre o solo proporcionou incremento nos valores de Fdentro, independentemente da posição de amostragem. O efeito benéfico do aumento da quantidade dos resíduos de aveia sobre a Fdentro foi dependente da amplitude do IHO. Com o aumento da Ds e redução do IHO, o incremento da massa de resíduos sobre o solo não refletiu em aumento da Fdentro ou da QFS, principalmente em Ds próximas à considerada crítica.

Soil management strategies to improve and maintain soil physical quality (SPhQ) are essential for the sustainability of intensive agricultural systems. The least limiting water range (LLWR) is an indicator of SPhQ defined by the range of least restrictive soil water content to plants, i.e., a soil water content within the LLWR indicates an appropriate SPhQ for plants. In this context, soil mulching with crop residues can contribute to the SPhQ by increasing the frequency at which soil water availability is maintained within the LLWR (Fwithin). The purpose of this study was to determine the LLWR of an Oxisol under no-tillage soybean and to evaluate Fwithin under application of oat residue (0; 3; 6; 9; and 12 Mg ha-1) to the soil surface. An inverse relation of the LLWR with soil bulk density (Bd) was observed. With decreasing LLWR, Fwithin decreased, independently of the oat residue rate. However, an increase in residue application increased the Fwithin values, independent of the sampling position. The beneficial effect of the increase of residue amount on Fwithin depended on the amplitude of the LLWR. With the increase of Bd and reduction of LLWR, higher residue amounts on the soil did not result in an increase of Fwithin or of SPhQ, mainly when Db was close to the critical soil bulk density.

O presente trabalho foi realizado no Centro Técnico de Irrigação da Universidade Estadual de Maringá, localizada em Maringá, Estado do Paraná (lat. 23º 25' S, long. de 51º 57' O, alt. de 542 m). Foram realizados dois experimentos no campo, com a cultura do feijão, conduzidos nos anos agrícolas de 2005 e 2006. Objetivou-se neste trabalho em avaliar os componentes de crescimento, a evapotranspiração e a produção da cultura do feijão para as condições edafoclimáticas da região, simuladas pelo modelo CROPGRO-Drybean. O modelo de foi desenvolvido para a cultura do feijão, está inserido no Sistema de Suporte à Decisão para Transferência de Agrotecnologia (DSSAT). O modelo simula os componentes do crescimento, desenvolvimento e produtividade do feijoeiro em função de elementos climatológicos diários, para as condições específicas de cada solo. Pode-se afirmar que o déficit hídrico, na fase de florescimento, faz com que o modelo penalize severamente a produtividade, apresentou valores discrepantes na simulação do índice de área foliar, mostrou que há discrepância acentuada nos valores medidos e simulados de umidade do solo, no dia posterior à ocorrência de uma precipitação, apresentando correlações entre os valores medidos e simulados de umidade do solo foram superiores a 70% nos dois experimentos. A produtividade foi subestimada pelo modelo nos dois experimentos.

The performance of the CROPGRO-Drybean model for the prediction of soil water balance, as well as growth components and bean crop yield, was assessed using data from two field experiments conducted at the State University of Maringá Iirrigation Technical Center, Paraná, Brazil, (latitude 23º27'S, longitude 51º57' and altitude 542 m) during the 2005 and 2006 growing seasons. This assessment aimed to analyze growth components, evapotranspiration and bean crop yield for the edaphoclimatic conditions of the area as simulated by the CROPGRO-Drybean model. This is a model for legumes, and it is grouped in a Decision Support System for Agrotechnology Transference (DSSAT). The model simulates growth, development and yield components of beans as a function of daily climatologic elements for each soil's specific conditions. It is possible to affirm that water deficit during flowering caused the model to penalize yield severely. It showed discrepant values in leaf area index simulation, and also accentuated discrepancies between measured and simulated values of soil moisture on the day following rainfall. Correlations between measured and simulated values of soil moisture exceeded 70% in both experiments. Yield was underestimated by the model in both experiments.

O sistema integração lavoura-pecuária pode promover a compactação das camadas superiores do solo, principalmente devido ao pisoteio animal. Porém, o desenvolvimento das plantas e a produção de raízes, em interação com o pisoteio animal, podem amenizar os efeitos deletérios causados à estrutura do solo por esse sistema. Até agora, são desconhecidas as modificações físicas do solo em sistemas de integração lavoura-pecuária que utilizam aveia e azevém como forrageiras de inverno para a produção animal. Em função disto, o objetivo deste trabalho foi quantificar e relacionar a resistência tênsil, a friabilidade e o teor de carbono orgânico em um Latossolo Vermelho distroférrico sob uso com integração lavoura-pecuária. O experimento foi conduzido em Campo Mourão - Paraná, Brasil. Quatro tratamentos foram utilizados com alturas de pastejo: 7, 14, 21 e 28 cm. Em cada tratamento foram coletados, casualizadamente, cinco blocos de solo nas profundidades de 0 - 0,10; 0,10 - 0,20 e 0,20 - 0,30 m. O aumento no carbono orgânico do solo promoveu aumentos da resistência tênsil do solo na camada de 0,10 - 0,20 m, sendo verificados nesta camada os maiores valores de resistência tênsil. A friabilidade do solo foi muito friável com 21 cm de altura de pastejo. Apesar da diminuição da friabilidade observada nas camadas superficiais, o sistema de integração lavoura-pecuária não é fator limitante aos cultivos anuais subseqüentes.

The crop-livestock system can promote soil compaction in surface layers, mainly due to animal trampling. However, plants and their root growth, in interaction with animal trampling, can decrease the deleterious changes in soil structure caused by this system. Up to the present time, the physical soil modifications in crop-livestock systems, including oat and ryegrass crops for winter animal forages are unknown. The objective of this study was to quantify and to relate tensile strength, friability and soil organic carbon in an Oxisol under a crop-livestock system. The study was conducted in Campo Mourão - Paraná, Brazil. Four forage heights were used for the winter forages: 7, 14, 21 and 28 cm. For each forage height, five soil blocks were randomly collected from each layer of 0 - 0.1, 0.1 - 0.2 and 0.2 - 0.3 m of depth. The increase in carbon content promotes an increase in soil tensile strength at the 0.1 - 0.2 m soil depth, this layer having the highest values for tensile strength. The forage height of 21 cm was found to be the best height for soil friability, and the soil was very friable at this height. Despite a decrease in friability in the upper layers of the soil, the crop-livestock system was not found to be a limiting factor for the subsequent cultivation of annual crops.

O manejo da irrigação tem-se baseado no controle do potencial da água no solo (Ψ) como fator limitante do crescimento das plantas. Entretanto, outras variáveis podem influenciar a cultura mesmo que o Ψ não seja limitante. O Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) é um conceito de disponibilidade de água no solo que leva em consideração a porosidade de aeração e a resistência do solo à penetração em adição ao Ψ. O objetivo deste estudo foi quantificar o IHO num Nitossolo Vermelho distroférrico irrigado e utilizá-lo no estabelecimento de critérios para o manejo de água e do solo em áreas irrigadas. A resistência do solo à penetração foi a variável que limitou o IHO com maior frequência, diminuindo sua magnitude com o aumento da densidade do solo (Ds). Com o aumento da Ds, ocorreu redução na frequência com que θ manteve-se dentro dos limites do IHO. A Ds crítica (Dsc) foi de 1,40 Mg m-3, indicando severa degradação física do solo para Ds > Dsc. Para Ds < 1,28 Mg m-3, o Ψ de -800 hPa utilizado frequentemente para o controle da irrigação por meio de tensiômetros caracterizou o limite inferior do IHO. Para 1,28 < Ds < 1,40 Mg m-3, o limite inferior do IHO foi determinado pela RP e, nestas condições, a adoção de Ψ igual a -800 hPa como limite para a aplicação de água estabelece restrições físicas às plantas devido à elevada RP. Neste caso, o mapeamento de áreas com Ds uniformes poderia ser utilizado para o manejo do Ψ para a manutenção da RP < 2,0 MPa. Nas áreas em que a Ds < 1,28 Mg m-3 pode ocorrer maior secamento do solo sem que ocorra RP > 2,0 MPa; para 1,28 < Ds < 1,40 Mg m-3 deve-se manter Ψ > -800 hPa visando ao controle da RP. Para áreas em que Ds > Dsc, medidas que visem a redução da Ds poderiam ser tomadas em função da severa degradação física do solo.

The establishment of irrigation management has been based on the soil water potential (Ψ) as a limiting factor for plant growth. However, other variables can affect crop growth even when Ψ is not limiting. The least limiting water range (LLWR) is a concept of available water that take account the influence of aeration and soil resistance to penetration (SR) in addition to Ψ. The objective of this study was to quantify the LLWR in an irrigated Dystroferric Red Nitosol and to use it to determine the soil and water management for irrigated areas. Soil penetration resistance limited LLRW most often, reducing its magnitude with the increase of soil bulk density (Bd). Therefore, the higher Bd, the less often θ was inside the limits of LLWR. The critical Bd (Bdc) was 1.40 Mg m-3, indicating severe soil physical degradation when Bd > Bdc. For Bd < 1.28 Mg m-3 , the Ψ = -800 hPa, which is frequently used for irrigation management using tensiometers, characterized the lower limit for LLWR. For 1.28 < Bd < 1.40 Mg m-3 the lower limit was determined by SR, and under these conditions Ψ=-800 hPa as a limit for water application results in physical restrictions for plants due to the high SR. In this case, the mapping of areas with homogenous Bd could be used for the management of Ψ to maintain SR < 2.0 MPa. In areas where Bd < 1.28 Mg m-3 soil drying can be higher without SR > 2.0 MPa; for areas in which 1.28 < Bd < 1.40 Mg m-3 Ψ should be maintained at > -800 hPa to maintain adequate SR. For areas where Bd > Bdc measures to reduce Bd could be taken due to the severe soil physical degradation in this situation.

A resistência do solo à penetração (RP) é uma das propriedades físicas que freqüentemente impõe restrições ao crescimento das raízes das plantas. A RP varia positivamente com a densidade do solo (Ds) e negativamente com o conteúdo de água do solo (θ), e a descrição matemática das relações da RP com Ds e θ estabelece a curva de resistência do solo à penetração (CRS). O objetivo deste trabalho foi quantificar a CRS em um Latossolo Vermelho distrófico sob diferentes sistemas de uso e manejo do solo e utilizá-la na descrição da degradação física do solo. Foram selecionadas quatro áreas: (a) solo sob mata nativa; (b) solo sob pastagem cultivada com Brachiaria humidicola por mais de 20 anos; (c) solo de uma área cultivada com citros por mais de 10 anos, e (d) solo cultivado com culturas anuais por mais de 15 anos. Em cada sistema de uso e manejo, foram coletadas 48 amostras indeformadas de solo no centro da camada de 0-0,10 m de profundidade. Conjuntos de 16 amostras (quatro amostras por tratamento) foram submetidos aos potencias matriciais (Ψ) de -10 a -15.000 hPa. Nessas amostras, determinaram-se a RP, Ds e θ. A CRS foi ajustada por um modelo não-linear (RP = a Ds b θc), no qual a, b e c são coeficientes de ajuste do modelo. O modelo ajustado explicou acima de 83 % da variabilidade da RP em todos os sistemas de uso e manejo. Em solo compactado, para a manutenção da RP em valores não-impeditivos às plantas (RP < 2,0 MPa), é necessário manter maiores valores de θ. Nos solos cultivados com citros e culturas anuais, verificaram-se valores excessivamente elevados de RP em θ equivalente à capacidade de campo (Ψ = -100 hPa), indicando maior degradação da qualidade física do solo.

Soil resistance to penetration (PR) frequently reduces plant root growth. PR increases with soil bulk density (Bd) and decreases with soil moisture (θ), and the mathematical description of the relationships of PR with Bd and θ determines the soil penetration resistance curve (SRC). The objective of this study was to quantify the SRC of an Oxisol under different land use practices and to use it to describe soil physical degradation. Four areas were selected: (a) native forest; (b) pasture cultivated with Brachiaria humidicola for over 20 years; (c) area cultivated with citrus plants for 10 years; and (d) soil under annual crops for 15 years. In each treatment, 48 undisturbed soil samples were collected in the 0-0.10 m layer. Matric potential (Ψ) values from -10 to -15,000 hPa were applied to sets of 16 samples (4 per treatment) to simulate soil drying. The variables PR, Bd and θ of these samples were determined. A non-linear equation was fit to the experimental data to describe SRC (PR = a Bd b θc), in which a, b and c are coefficients of the fitted model. The fitted model explained more than 83 % of the PR variability in all treatments. In compacted soils a higher soil water content is necessary to maintain PR at adequated levels for plant growth (RP < 2.0 MPa). The PR values in soils under annual crops and citrus orchard were excessively high at θ values close to the field capacity (Ψ = -100 hPa), indicating greater soil physical degradation.