ABSTRACT Rice yield increases in response to improvements in crop management, but the impact on greenhouse gas (GHG) emissions in the subtropical region of Southern Brazil remains unknown. A three-year field study was developed aiming to evaluate the impact that an increase in crop management levels (high and very high) has on soil methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions, as compared to the level (medium) currently adopted by farmers in Southern Brazil. Differences in crop management included seed and fertilizer rates, irrigation, and pesticide use. The effect of crop management levels on the annual partial global warming potential (pGWP = CH4 × 25 + N2O × 298) ranged from 7,547 to 17,711 kg CO2eq ha−1 and this effect was larger than on the rice grain yield (9,280 to 12,260 kg ha−1), resulting in approximately 60 % higher yield-scaled GHG with the high crop management level compared to the current level. Soil CH4 emissions accounted for 98 % of pGWP in the flooded rice season, whereas N2O prevailed during the drained non-rice season (≈65 %). Although it was impossible to relate emissions to any individual input or practice, soil CH4 emissions in the rice season were linearly related to the biomass produced by the rice crop (p<0.01) and by ryegrass in the previous non-rice season (p<0.1), both of which were possibly related to the supply of labile C for methanogenesis. A future increase in rice yield as a result of the adoption of improved crop management may require additional agricultural practices (e.g., intermittent irrigation) to offset the increased GHG emissions.

Solos construídos após mineração frequentemente apresentam baixos estoques de carbono (C) e baixa qualidade de matéria orgânica (MO). As plantas de cobertura são cruciais para o processo de recuperação desses estoques, melhorando a qualidade do solo construído. Este trabalho objetivou avaliar o efeito de coberturas vegetais sobre o estoque de C orgânico total (COT), a distribuição do C em frações físicas da MO e o índice de manejo de C (IMC) de um solo construído após mineração de carvão. O experimento foi instalado em 2003 e seis tratamentos foram implementados: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactilon (T3), Urochloa brizantha (T4), solo construído descoberto (T5) e solo natural (T6). Amostras de solo foram coletadas em 2009, na camada de 0,00-0,03 m, onde foram determinados o estoque de COT e o de C nas frações físicas granulométricas (carbono da fração grosseira - CFG; e carbono associado aos minerais - CAM) e densimétricas (fração leve livre - FLL; fração leve oclusa - FLO; e fração pesada - FP) da MO do solo. Os componentes do IMC: índice de estoque de carbono (IEC), labilidade (L) e índice de labilidade (IL) foram estimados a partir de ambos os métodos de fracionamento. Não foram observadas diferenças nos estoques de COT, CFG e CAM, e os menores estoques de C nas frações FLL (0,86 Mg ha-1) e FLO (0,61 Mg ha-1) foram apresentados pelo T2. Todos os tratamentos apresentaram valores intermediários de estoque de COT, C nas frações físicas e IMC, maiores que T5 e menores que T6, indicando a recuperação parcial da qualidade do solo. Em decorrência da maior adaptação das espécies Hemártria e Brizanta, resultando em maior acúmulo de material orgânico lábil, esses tratamentos apresentaram maior IEC, L, IL e IMC, sugerindo maior potencial dessas espécies para recuperação do solo construído.

Soils constructed after mining often have low carbon (C) stocks and low quality of organic matter (OM). Cover crops are decisive for the recovery process of these stocks, improving the quality of constructed soils. Therefore, the goal of this study was to evaluate the effect of cover crops on total organic C (TOC) stocks, C distribution in physical fractions of OM and the C management index (CMI) of a soil constructed after coal mining. The experiment was initiated in 2003 with six treatments: Hemarthria altissima (T1), Paspalum notatum (T2), Cynodon dactylon (T3), Urochloa brizantha (T4), bare constructed soil (T5), and natural soil (T6). Soil samples were collected in 2009 from the 0.00-0.03 m layer, and the TOC and C stocks in the physical particle size fractions (carbon in the coarse fraction - CCF, and mineral-associated carbon - MAC) and density fractions (free light fraction - FLF; occluded light fraction - OLF, and heavy fraction - HF) of OM were determined. The CMI components: carbon pool index (CPI), lability (L) and lability index (LI) were estimated by both fractionation methods. No differences were observed between TOC, CCF and MAC stocks. The lowest C stocks in FLF and OLF fractions were presented by T2, 0.86 and 0.61 Mg ha-1, respectively. The values of TOC stock, C stock in physical fractions and CMI were intermediate, greater than T5 and lower than T6 in all treatments, indicating the partial recovery of soil quality. As a result of the better adaptation of the species Hemarthria and Brizantha, resulting in greater accumulation of labile organic material, the CPI, L, LI and CMI values were higher in these treatments, suggesting a greater potential of these species for recovery of constructed soils.

O fracionamento físico da matéria orgânica (MO) do solo é uma alternativa para a obtenção de frações lábeis utilizadas no cálculo do índice de manejo de carbono (IMC). O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência do fracionamento físico granulométrico (53µm) e densimétrico, com soluções de iodeto de sódio 1,8Mg m-3 (NaI) ou politungstato de sódio 2,0Mg m-3 (PTS), na separação das frações lábeis (particulada e leve, respectivamente) da MO e o seu uso na estimativa do IMC. Amostras da camada de 0-20cm de um Argissolo Vermelho sob preparo convencional (PC) e plantio direto (PD), combinados com dois sistemas de culturas (aveia/milho e aveia+ervilhaca/milho+caupi), foram avaliadas quanto ao estoque de carbono orgânico total (COT), e nas frações particulada (COP) e leve (C-FL) da MO. No fracionamento físico densimétrico, com a utilização de NaI, foi recuperado menos C-FL em relação ao uso de PTS. A recuperação de COP no fracionamento granulométrico foi intermediária entre a recuperação de FL-NaI e de FL-PTS. O IMC com os dados do fracionamento granulométrico apresentou elevada correlação com o IMC dos dados de fracionamento densimétrico (NaI e PTS), havendo porém uma subestimação dos resultados com o uso de NaI. Os sistemas de manejo sem revolvimento do solo e com maior aporte de resíduos vegetais resultaram em maior IMC, tanto pelo aumento do índice de labilidade quanto do índice de estoque de carbono. O IMC a partir de frações físicas densimétricas da MO demonstra ser um índice eficiente na discriminação de sistemas de manejo, podendo ser utilizado na avaliação das práticas de manejo do solo.

The physical fractionation of soil organic matter (SOM) is an alternative in assessing the amount of labile fraction that is used to calculate the carbon management index (CMI). The objective this research was to assess the efficiency of particle-size physical fractionation, (53-µm mesh), and density physical fractionation, with sodium iodide 1.8Mg m-3 (NaI) or sodium polytungstate 2.0Mg m-3 (PTS) solutions, at recovering SOM labile fractions (particulate and light, respectively) and at estimating the CMI. Soil samples of the 0-20cm layer of a sandy clay loam Acrisol under conventional tillage (CT) and no-tillage (NT) combined with two cropping systems (oat/maize and oat+vetch/maize+cowpea) were analyzed for stocks of total organic carbon (TOC), particulate organic carbon fraction (POC) and light fraction carbon (LF-C). In density physical fractionation, with the use of NaI was recovered less LF-C than PTS. The recovery of POC by particle-size fractionation was intermediate between the recovery of NaI-LF and PTS-LF. The CMI calculated after particle-size fractionation showed high correlation with CMI after density fractionation with NaI or PTS, although results were rather underestimated with NaI. Conservation management systems without soil disturbance and with higher crop residue addition enhanced the CMI, because of increments of both lability index and carbon pool index. The CMI based on SOM physical densimetrical fraction shows evidence of being and efficient index to discriminate management systems that can be used to assess soil management practices.

Objetivou-se com este estudo avaliar o carbono orgânico total e as frações físicas e químicas da matéria orgânica (MO) do solo em um Argissolo Vermelho Eutrófico arênico, submetido a diferentes sistemas de uso. Os sistemas de uso do solo avaliados foram: florestamento homogêneo de Eucalyptus grandis (EUC), sistema agrossilvipastoril na faixa (ASP) e campo nativo (CN), nas camadas de 0,000-0,025m e de 0,025-0,075m. A fração grosseira (CFG) e o carbono associado aos minerais (CAM) foram obtidos por meio de fracionamento físico granulométrico. As frações leve livre (FLL), leve oclusa (FLO) e pesada (FP) foram obtidas por meio de fracionamento físico densimétrico. As frações não húmicas (NH), ácido fúlvico (AF), ácido húmico (AH) e humina (HU) foram obtidas por meio de fracionamento químico. O sistema EUC promoveu maiores estoques de carbono orgânico total, CFG, FLL e FLO e na fração AF nas camadas avaliadas. Na camada superficial, os mecanismos de proteção da MO por recalcitrância molecular e estabilização química estão sobrepondo a estabilidade decorrente da oclusão em agregados. Com a dificuldade de formar agregados, devido a matrizes arenosas desse solo, o carbono jovem que entra no sistema é decomposto pelos microrganismos, entrando em um estágio mais avançado de decomposição e, nesse caso, formando associações com as partículas silte e argila, mesmo em solos em que o percentual de argila é baixo. Através do fracionamento químico, observou-se que a maior parte da MO do solo encontra-se armazenada na forma de HU.

The objective of this study was to evaluate the total organic carbon and the physical and chemical fractions of organic matter in an Alfisol under different use systems. The land use systems evaluated was homogeneous forestry of Eucalyptus grandis, agrosilvopastoral system and native grassland, in layers from 0.000-0.025 and 0.025-0.075m depth. The coarse fraction (CFG) and the carbon associated minerals (CAM) were obtained by physical fractionation. The free light fraction (FLL), light occluded (FLO) and heavy (FP) were obtained by densimetric physical fractionation. The non-humicfractions (NH), fulvic acid (AF), humic acid (HA) and humin (HU) were obtained by chemical fractionation. The Eucalyptus grandis system promoted higher total organic carbon, CFG, FLL and FLO and AF. In the surface layer, the protective recalcitrance mechanisms by organic matter molecular and chemical stabilization are overlapping stability which result from aggregates occlusion. As is difficult to form aggregates due to sandy soil matrix, carbon youth which enter the system is decomposed by microorganisms going to a more advanced stage of decomposition, forming in this case associations with silt and clay particles. This occurs in soils where the clay percentage is low. Through the fractionation it was observed that most of the soil organic matter is stored in the form of HU.

O emprego de sistemas agrossilvipastoris tem sido importante estratégia de uso de solos, principalmente arenosos pertencentes ao bioma Pampa. Objetivou-se, neste estudo, avaliar a agregação, o teor de C orgânico total (COT) e de N total (NT), o teor de C nas frações físicas e o grau de humificação da MO em um Argissolo Vermelho eutrófico arênico submetido a diferentes sistemas de uso no município de Alegrete, RS. As avaliações foram desenvolvidas em uma floresta homogênea de eucalipto (FH), na entrelinha do sistema agrossilvipastoril sob pastagem (SA) e em campo nativo (CN), nas camadas de 0,000-0,025 m; 0,025-0,075 m; 0,075-0,125 m; e de 0,125-0,225 m. Foram coletadas amostras deformadas de solo para a avaliação de agregados estáveis em água (AEA, %) e dos teores de COT e de NT. Foi realizado o fracionamento físico granulométrico e densimétrico da MO, sendo as frações leve livre (FLL) e fração leve oclusa (FLO) da camada superficial submetidas às análises de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR). Os AEA em todas as camadas e o diâmetro médio ponderado na camada de 0,025-0,075 m indicaram maior degradação estrutural do solo na entrelinha do SA. Teores mais elevados de COT, NT, C da fração grosseira (CFG), C associado aos minerais (CAM), FLL e FLO na camada superficial foram observados na FH. Entre os usos do solo, os espectros de FTIR foram semelhantes, contudo a FLL apresentou bandas mais intensas na região de 1.072 cm-1, sugerindo maiores quantidades de polissacarídeos em relação à FLO. As densidades de spins obtidas por EPR na FLO foram maiores em relação à FLL, indicando maior humificação desta fração.

Pasture-agroforestry systems have become an important strategy for the use of sandy soils in the Pampa Biome. The purpose of this study was to evaluate the aggregation, total organic C (TOC) and total nitrogen (TN), carbon of the physical fractions and humification degree of organic matter (OM). Evaluations were conducted in an Alfisol under homogenous eucalyptus forest (HF), between the rows of a pasture-agroforestry system (PA) and in native pasture (NP) in the layers 0.000-0.025, 0.025-0.075, 0.075-0.125, and 0.125-0.225 m. Disturbed samples were collected to evaluate water-stable aggregates (WSA %), TOC and TN. The physical (granulometrical and densimetrical) fractionation of OM was carried out, and the free light fraction (FLF) and occluded light fraction (OLF) of OM in the surface layer subjected to Fourier Transform Infrared (FTIR) and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) analyses. The WSA and mean weight diameter in the layer 0.025-0.075 m indicated a greater degradation of the PA soil. Higher levels of TOC, TN, coarse fraction carbon (CFC), carbon associated with minerals (CAM), FLF and OLF in the surface layer were observed in HF. Between land uses, the FTIR spectra were similar. However, the FLF had more intense bands in the region of 1072 cm-1, suggesting higher amounts of polysaccharides than in the OLF. The spin densities obtained by EPR at OLF were higher than of FLF, indicating a higher humus fraction.

O monitoramento da matéria orgânica do solo (MOS) constitui um indicador da qualidade do sistema de uso adotado. No Sul do Brasil, são escassos os trabalhos que avaliam as alterações no carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e a labilidade da MOS em sistemas de produção florestal. Diante desse contexto, este estudo teve como objetivo avaliar a concentração de COT e de NT no solo e na fração leve e livre (FLL) da MOS de um Argissolo Vermelho distrófico sob eucalipto após 13 e 20 anos de implantação, adotando-se a mata nativa e um sistema com produção de pastagem como áreas de referência. Além disso, foi quantificado o estoque de COT e de NT na serrapilheira e na liteira das áreas florestais. As avaliações foram feitas, aleatoriamente, em três trincheiras por área, nas camadas de 0,00 a 0,05; 0,05 a 0,10; 0,10 a 0,20 e 0,20 a 0,40m. Maiores concentrações de COT, de NT e da FLL foram verificadas na camada superficial, sendo estas favorecidas pela adição de resíduos vegetais e pela minimização das operações de revolvimento do solo.

The monitoring of soil organic matter content (MOS) has been considered soil quality indicator. Few studies, in Southern Brazil, have evaluated changes in the total organic carbon (COT), total nitrogen (NT) and in the lability of MOS in forestry systems. This study aimed to evaluate the COT, NT and free light fraction of MOS from 0.00 to 0.05, 0.05 to 0.10, 0.10 to 0.20 and 0.20 to 0.40m depths of the Alfisol under eucalyptus, native forest and pasture. In addition, it was quantified the stock of COT and NT in plant residues in forestry areas. The concentration of COT and NT and labile fractions of MOS increased favored by the addition of vegetables residues and by minimizing soil disturbance.