ABSTRACT The Century model has successfully simulated soil organic matter dynamics in many agroecosystems. However, initial applications in southern Brazil produced mixed results. The objective of this study was to calibrate and validate Century 4.5 to simulate soil carbon (C) and nitrogen (N) dynamics under diverse soil management practices in subtropical Brazil. Soil C and N data from two long-term experiments established on a degraded Acrisol in the early 1980s were used. Treatments were conventional or no-tillage; grass or grass/legume cropping systems; and corn with or without mineral N fertilizer. The calibration process iteratively modified model parameters to match simulated values of C additions and Soil Organic Carbon (SOC) and Soil Organic Nitrogen (SON) stocks to field data measured throughout the 25 years of the experiments. Improved fit between measured and observed data was obtained after key parameter changes. Soil C and N stocks were simulated accurately after these modifications were implemented. Other experimental treatments were used to validate the model. Century successfully simulated increases in C and N stocks under no-tillage cropping systems including legumes. However, the model overestimated Soil Organic Matter (SOM) decomposition in treatments with low N availability, like oat/corn without N fertilizer. Overall, Century version 4.5 showed adequate performance in simulating C and N trajectories of contrasting cropping systems commonly found in southern Brazil. The few discrepancies between measured and modeled SOC stocks do not preclude using Century in regional-scale applications to assess impacts of agricultural practices on soil C and N in southern Brazil.

Os modelos de simulação, uma vez calibrados localmente, são ferramentas úteis para a avaliação dos impactos da agricultura sobre a dinâmica do carbono orgânico do solo (COS) e planejamento de sistemas agrícolas sustentáveis em escala regional. O presente trabalho teve como objetivo estudar a dinâmica do COS em um LATOSSOLO BRUNO Aluminoférrico típico muito argiloso, localizado em uma região de clima subtropical, por meio de simulações com o modelo Century - versão 4.0, apoiado em levantamentos históricos e técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto. Verificou-se que, para o período atual, a mudança de uso do solo, representada pela conversão da vegetação nativa em agricultura, causou uma redução no conteúdo de carbono ao longo dos anos, sendo que as lavouras com maior tempo de exploração e submetidas ao preparo convencional apresentaram os menores estoques. Por outro lado, nas simulações futuras (ano 2058), verifica-se que as lavouras, quando sob manejos conservacionistas, podem recuperar, e até superar, os estoques de COS encontrados no solo sob vegetação nativa de campo.

Simulation models are useful tools for assessment of the impacts of agriculture on nutrient and soil organic C (SOC) dynamics. Results of simulation studies can be applied to develop sustainable agricultural systems. This study simulated SOC in clayey Humic Hapludox with Century model (version 4.0) in a subtropical climate, with support from historical soil and land-use surveys; GIS and remote sensing techniques. Major reductions in SOC stocks were observed after land under native vegetation was converted to agricultural use, especially under annual crops managed under conventional tillage. Simulations of these soils under current management to the year 2058 showed that soils under conservation systems (especially no tillage) can recover and in some cases even exceed the original SOC stocks under native vegetation.

O uso e as mudanças no uso e manejo dos solos figuram entre os principais fatores determinantes dos estoques de carbono orgânico do solo (COS). A modelagem dinâmica espacialmente explícita é uma técnica que vem sendo usada com sucesso em avaliações das alterações nos estoques regionais de COS. Assim, este trabalho objetivou utilizar o modelo Century associado a técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto para avaliar os efeitos das alterações do uso agrícola e manejo do solo na dinâmica do carbono orgânico do solo (COS) em propriedades rurais do Distrito Santana, Ijuí - RS. Para isso, foi criada uma base de dados geoespaciais em ambiente ArcGis9.x com os planos temáticos: solos, elementos da paisagem e início do uso agrícola. Após reconstituídos os cenários históricos de manejo, o modelo Century 4.0 foi inicializado com dados edafoclimáticos locais, calibrado em duas etapas e validado, obedecendo-se à seguinte ordem: calibração principal - validação - calibração para generalizações. Na calibração principal, foram ajustados parâmetros internos do modelo, valendo-se da adição de carbono (C) pelo milho, trigo e soja e dos estoques de COS medidos em 2007 na camada de 0 a 20 cm da mata nativa e de uma lavoura adjacente, cuja conversão ocorreu entre 1901 e 1930 (lavoura mais antiga, localizada na área 1), sob Latossolo de topo. Em seguida, o Century, assim ajustado, foi estatisticamente validado com base em dados observados em 10 lavouras iniciadas em diferentes épocas, sob a mesma classe de solo e posição na paisagem, amostradas em 2007 na camada de 0 a 20 cm e distribuídas em quatro áreas homogêneas (áreas 1, 2, 3 e 4) dentro do Distrito Santana. Na calibração para generalizações, foram criadas quatro opções de "floresta subtropical" para representar a mata nativa de cada classe de solo em estudo (Latossolo, Chernossolo, Neossolo Regolítico e Neossolo Flúvico), a partir da opção de floresta tropical gerada na etapa de calibração principal, mantendo-se os ajustes já realizados naquela etapa e alterando apenas o parâmetro referente à máxima produção bruta mensal de biomassa pela floresta para que a variável de saída SOMTC (COS simulado) se estabilizasse, após o modelo ser executado por 3.000 anos (execução de equilíbrio), coincidindo com os estoques de COS medidos no solo sob vegetação nativa respectiva de cada classe de solo; em seguida, procedeu-se às simulações correspondentes a 54 unidades de simulação (US), por meio da interface i-Century, nas condições de solos cultivados com os cenários de manejo históricos (de 1901 até 2007). O Century, depois de calibrado, estimou adequadamente a dinâmica do C, reproduzindo a evolução dos estoques de COS ocorrida no Distrito Santana. Segundo essas estimativas, a adoção de práticas conservacionistas de manejo garante a redução das perdas de C causadas pelo processo erosivo e decomposição microbiana, havendo com isso aumento no estoque de COS.

The land use and land use and management changes are among the main determinants of the stocks of soil organic carbon (SOC). The spatially explicit dynamic modeling is a technique that has been successfully used in evaluations of regional SOC stocks changes. Thus, this study aimed to use the Century 4.0 model associated with geoprocessing and remote sensing techniques to evaluate the effects of agricultural use and soil management changes on dynamics of soil organic carbon (SOC) on farms in Santana (Ijuí, RS, Brazil). A geospatial database of the thematic plans: soil classes, land cover, landforms and beginning of agricultural use, were created in ARCGIS 9.x. After land use and soil management systems had been reconstituted from historical and current surveys, the model was initialized with local soil and climate data and calibrated in two steps. In the first calibration step, internal model parameters based on maize, wheat and soybean biomass C additions to the soil were adjusted, as well as SOC measured in 2007 (0-20 cm layer) of native forest (original condition) and an adjacent farm, where agriculture had been initiated between 1901 and 1930 (older plantation, area 1), sampling an Oxisol, on hilltops. Afterwards, the Century model was statistically validated based on data from 10 fields, initiated at different times, with the same soil type and landscape, sampled in 2007 (0-20 cm layer) divided into four homogeneous areas (Areas 1, 2, 3 and 4) within the district of Santana. In the calibration for generalization, four "subtropical forest " options were created to represent the native forest of each soil type in (Oxisol, Mollisol and two Entisol types) based on the tropical forest option generated in the primary calibration step; the adjustments of this step were maintained and only the parameter related to maximum gross monthly production of forest biomass was changed to stabilize the output variable SOMTC (simulated SOC), after running the model for 3000 years (equilibrium run), matching the measured SOC stocks of each soil type under native vegetation. After calibration, all possible combinations of soils, landforms, land use cover and land use change for the agricultural use of Santana ((1901 to 2007; 54 simulation units) were simulated by the i-Century interface. The model estimated the C dynamics adequately, reproducing the evolution of SOC stocks in the area. According to the estimates, the adoption of conservation management practices ensures the reduction of C losses caused by erosion and microbial decomposition, resulting in increases in SOC stocks.

Este trabalho visou quantificar o nitrogênio (N) disponível ao milho e avaliar seu efeito sobre o índice de área foliar (IAF), a produção de massa seca da parte aérea (MSPA), o N absorvido pela parte aérea e o rendimento de grãos. As avaliações foram realizadas aos 52, 65, 74, 82, 99 e 160 dias após a emergência (DAE) em um experimento de manejo de solo conduzido em plantio direto desde 1985, com os sistemas de culturas de aveia/milho (A/M), aveia + ervilhaca/milho + caupi (A+E/M+C) e ervilhaca/milho (E/M) e duas doses de N (0 N e 180 N - kg ha-1) aplicadas no milho, na forma de uréia. Na safra 2000/01 foram aplicadas doses de 0, 60, 120 e 180 kg ha-1 de N. O N estimado disponível ao milho e calculado a partir da contribuição do solo, plantas de cobertura e do adubo nitrogenado, variou de 27 a 192 kg ha-1, sendo os menores valores associados aos tratamentos apenas com gramíneas (A/M) e os maiores aos com N e presença de leguminosas no sistema (E/M e A+E/M+C). Todas as variáveis avaliadas apresentaram alta dependência do N disponível e tiveram seus valores maximizados próximos da maior disponibilidade de N (192 kg ha-1). Com esta disponibilidade foram observados, no estádio de polinização (65 DAE), o maior IAF (4,41) e a mais alta concentração de N na folha índice (2,49%), enquanto o maior acúmulo de N na parte aérea foi constatado no estádio de grão leitoso (74 DAE) e o acúmulo de MSPA no estádio de grão dentado (99 DAE). O rendimento máximo de grãos atingido foi de 8.920 kg ha-1, correspondendo a uma exportação de N pelo grão, de 112 kg ha-1.

This work aimed to quantify the available nitrogen (N) to a maize crop and evaluate its effects on leaf area index (LAI), shoot dry matter (SDM) production, N absorption by the above ground biomass, and grain yield. The evaluations were performed in a soil management experiment run since 1985, with three cropping systems (oat - Avena strigosa/maize, oat + vetch - Vicia sativa/maize and oat + vetch/maize + cowpea - Vigna unguiculata) and two rates of nitrogen (0 and 180 kg ha-1) applied to maize. In the 2000/2001 cropping year, four nitrogen rates were applied (0, 60, 120 and 180 kg ha-1). The estimated available N to the maize calculated from the contribution from the soil, cover crops and N fertilizer varied from 27 to 192 kg ha-1. All evaluated variables presented high dependence on available N, and reached its maximum level near to the highest level of available N (192 kg ha-1). With this level of availability, at the stage of pollination, the largest values of LAI (4.41) and the highest leaf N concentration were observed, however, the highest N accumulation in the above ground biomass was observed at the milk grain stage and the shoot dry matter accumulation at the dent stage. The maximum grain yield obtained was 8,920 kg ha-1, corresponding to 112 kg ha-1 of exported N by the grain.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade de sistemas de manejo do solo alterarem os teores e a dinâmica do carbono no solo. Foram avaliados a vegetação natural e sistemas de manejo compostos de pastagens, lavouras anuais em preparo convencional e em plantio direto, e rotação de pastagem com lavoura, em experimentos de longa duração conduzidos em Dourados, Maracaju e Campo Grande, MS. Os experimentos foram dispostos em delineamento inteiramente casualizado, em Dourados e Maracaju, e em blocos ao acaso em Campo Grande. Foram determinados os teores e os estoques de C total no solo e em frações granulométricas da matéria orgânica do solo (MOS). A qualidade da MOS foi estimada pela relação entre o C nas frações lábil e não lábil, e expressa na forma de labilidade. A pastagem, permanente ou em rotação com lavouras, aumentou o C na fração particulada e a labilidade da MOS. As menores taxas de acúmulo e os menores estoques de C no solo foram observados nos sistemas apenas com lavouras anuais, enquanto os maiores valores foram registrados nos sistemas com pastagens.

The objective of this work was to evaluate the ability of soil management systems to change the contents and dynamics of soil carbon. Natural vegetation and systems composed of perennial tropical pastures, annual crops under conventional tillage and no-tillage systems, and pasture rotation with annual crops were evaluated in long-term experiments carried out in Dourados, Maracaju and Campo Grande, Mato Grosso do Sul state, Brazil. The experiments were set in a completely randomized block design, in Dourados and Maracaju, and in a randomized complete block design in Campo Grande. Contents and stocks of total C in soil and in soil organic matter (SOM) fractions were measured. The quality of SOM was estimated by the ratio of C in labile and nonlabile fractions, and expressed in the form of lability. Permanent pasture or pasture in rotation with crops increased C in the particulate fraction and the SOM lability. Lower rates of accumulation and of stocks of soil C were observed in systems explored only with annual crops, while higher values were recorded in systems with pasture.

A estrutura física é uma propriedade essencial para que o solo cumpra adequadamente suas funções e tenha qualidade. Com o objetivo de avaliar a contribuição de práticas de manejo na recuperação da agregação de um solo fisicamente degradado, estudou-se a distribuição de agregados estáveis em água e partículas simples em classes de diâmetro (9,51-4,76; 4,76-2,00; 2,00-0,25; 0,25-0,053; < 0,053 mm) e o estoque de C na camada superficial de 0-7,5 cm de um Argissolo Vermelho distrófico típico da Depressão Central do Rio Grande do Sul sob sistemas de manejo. Em parcelas experimentais com 17 anos, avaliaram-se os sistemas: solo mantido sem plantas e sem revolvimento (Descoberto); plantio direto de Lablab purpureus e milho (Zea mays) (Lablab/m); plantio direto de Cajanus cajan e milho (Guandu/m); e pastagem perene de Digitaria decumbens (Pangola). Em parcelas experimentais com 15 anos, avaliaram-se os sistemas: preparo convencional e plantio direto de Avena strigosa e milho (pc a/m e pd a/m, respectivamente) e Avena strigosa + Vicia sativa e milho + Vigna unguiculata (pc av/mc e pd av/mc, respectivamente). Avaliaram-se, também, área de lavoura de grãos em preparo convencional conduzida por 30 anos (Lavoura) e área de campo nativo (CN), representando a condição degradada e o ecossistema nativo deste solo, respectivamente. As avaliações foram realizadas em amostras de solo indeformadas coletadas em duas épocas (setembro de 1999 e setembro de 2000), compondo seis repetições por sistema de manejo. Os dados foram analisados por meio da análise de variância, e o teste de Tukey (5 %) foi utilizado para verificar as diferenças entre os sistemas de manejo. O CN apresentou 76,4 % de solo agregado, distribuídos em 63,8 % de macroagregados e 23,6 % de partículas simples, com estoque de C de 20,0 Mg ha-1 na profundidade de 0-7,5 cm. O uso agrícola com revolvimento intenso do solo e baixa adição de resíduos (sistema Lavoura) reduziu a proporção de solo agregado para 49,9 % e aumentou a de partículas simples para 50,1 %. O estoque de C reduziu para 11,8 Mg ha-1 na profundidade de 0-7,5 cm. A partir dessa condição, o sistema sem revolvimento de solo, com maior diversidade de espécies de plantas e grande adição de resíduos (pd av/mc) elevou, em 15 anos, a proporção de solo agregado para 70,7 %, e a dos macroagregados, para 53,5 %. A pastagem perene (Pangola) elevou a proporção de solo agregado para 74,1 % e a dos macroagregados para 61,8 %, igualando-se ao CN. Os sistemas pd av/mc, Guandu/m e Lablab/m recuperaram os estoques de C no nível do CN. No entanto, a Pangola, que apresentou os maiores índices de agregação do solo, teve o estoque de C inferior ao desses sistemas, enfatizando a ação positiva do sistema radicular denso na recuperação da agregação do solo.

Soil functions and quality are closely linked to soil structure. The effect of management practices on the recovery of the aggregation of a physically degraded soil was studied based on the distribution of water-stable aggregates and single particles (diameter classes 9.51-4.76, 4.76-2.00, 2.00-0.25, 0.25-0.053, < 0.053 mm) and carbon stock (C) in the surface layer (0-7.5 cm) of a Paleudult in the Central Depression region of the state of Rio Grande do Sul, Brazil, under different management systems. The following systems were evaluated in experimental plots after 17 years: soil without plants and without tillage (fallow); no-till Lablab purpureus and maize (Zea mays) (Lablab/m); no-till Cajanus cajan (pea/m) and maize; perennial pasture of Digitaria decumbens (Pangola grass). The following systems were evaluated after 15 years: conventional tillage and no-till Avena strigosa and maize (CT a/m and NT a/m, respectively) Avena strigosa + Vicia sativa and maize + Vigna unguiculata (CT av/mu and NT av/mu, respectively). A conventionally tilled area was also evaluated after 30 years of grain cultivation (crop) and native grassland (NGr), representing the degraded state and the native ecosystem of this soil, respectively. Undisturbed soil samples collected in two seasons (September 1999 to September 2000) were evaluated in six replications per management system. Data were analyzed by ANOVA and Tukey's test (5 %) to detect differences between management systems. In the NGr, 76.4 % of the soil aggregates consisted of 63.8 % macroaggregates and of 23.6 % of single particles, and a C stock of 20.0 Mg ha-1. The agricultural use with intense soil tillage and low residue application (crop) reduced the proportion of soil aggregates to 49.9 % and raised single particles to 50.1 %, while the C stock decreased to 11.8 Mg ha-1. From this condition, 15 years of the untilled system with greater diversity of plant species and high residue application (NT av/mc) raised the proportion of soil aggregates to 70.7 % and of macroaggregates to 53.5 %. Perennial pasture (Pangola) increased the proportion of soil aggregates to 74.1 % and of macroaggregates to 61.8 %, equaling NGr. The systems NT av/mc, pea/m and Lablab/m recovered C stocks to the level of NGr. Although Pangola had the highest soil aggregation rates, the C stock was lower than in the said systems, emphasizing the positive action of a dense root system in the recovery of soil aggregation.

A região dos Campos de Cima da Serra, RS foi ocupada, tradicionalmente, pela pecuária extensiva, porém nos anos 50 se iniciou a transição de campo nativo para a agricultura empresarial, mecanizada com culturas anuais e pomares. Este trabalho avaliou, por meio de técnicas de sensoriamento remoto, as modificações na cobertura do solo decorrentes de atividades antrópicas verificadas nesta época até os dias atuais, em uma área piloto ao norte envolvendo parte da zona urbana de Vacaria, RS. A década de 60 a ocupação da terra foi identificada através da interpretação de aerofotos datadas de 1964. A partir de 1972 foram utilizadas imagens LANDSAT - sensor MSS, datadas de 1976 e sensor - TM, datadas de 1987 e 1996, e Eros A de 2005, todas classificadas em mapas temáticos que, após cruzados, geraram o mapa de evolução da cobertura do solo, desde o início da agricultura até os dias atuais. Constatou-se que de 1960 até 2005 aproximadamente 40% do campo nativo foram convertidos em agricultura. A conversão de campo nativo para os outros usos foi, em média, de 1,4 km² ano-1 no período de 1960 a 1995 e de 0,7 km² ano-1 de 1996 a 2005. As áreas ocupadas por florestas e matas ciliares não foram alteradas significativamente até os dias atuais.

The grasslands of Campos de Cima da Serra region, located in NE Rio Grande do Sul, were originally occupied by extensive cattle ranching. However, in the 1950s, a transition took place in land use from native vegetation to modern cash crop agriculture, which comprised mainly annual grain crops and apple orchards. This study applied remote sensing techniques for spatial and temporal detection of human-induced land use changes in this 50-years period to a pilot area, including part of the urban area of Vacaria and agricultural land to the north of this city. The earliest available aerial photos, from 1964, allowed assessment of initial shifts in land use. Subsequent temporal analyses relied on Landsat imagery from the 70s, 80s and 90s, and a 2005 EROS-A high resolution image. These analyses produced land use maps, which were overlayed, resulting in a land use evolution map from the beginning of agriculture up to the present day. Approximately 40% of the original grasslands were converted to annual grain crops. Conversion rates of grasslands into other uses were about 1.4 km² year-1 in the 1960-1995 period, and 0.7 km² year-1 from 1996 to 2005. On the other hand, areas of forests and riparian forests have not changed significantly throughout the study period.

Diversas pesquisas têm mostrado desempenho satisfatório do modelo Century no estudo da dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS) nas condições edafoclimáticas do Rio Grande do Sul, porém os estoques de N do solo são normalmente superestimados. O objetivo deste estudo foi ajustar parâmetros do modelo Century em relação ao ciclo do N, para torná-lo uma ferramenta útil no estudo da dinâmica do N em nosso meio. As simulações foram realizadas com dados experimentais de um estudo de longa duração instalado em 1985 em um Argissolo Vermelho distrófico da EEA-UFRGS, em Eldorado do Sul (RS). A inicialização do modelo consistiu na entrada de dados de solo, clima e ajuste de variáveis locais relacionadas à adição de N por fixação não simbiótica e parâmetros relativos a perdas de N por volatilização e relação C/N de resíduos de culturas que entram nos compartimentos lento e passivo da MOS. O modelo foi executado por um período de 6.000 anos nas condições do bioma de campos nativos do Sul do Brasil (bioma mesic/subhumid grassland), para obtenção dos estoques estáveis do C orgânico total (COT) e N total (NT) do solo e dos compartimentos de C e N do solo. Com o modelo assim ajustado, simularam-se oito tratamentos (dois tipos de preparo de solo, dois sistemas de cultura e duas doses de N mineral em fatorial 2 x 2 x 2) selecionados do experimento, conforme o histórico d estudo, alterando-se o parâmetro de cultivo CLTEFF(2) (multiplicador para decomposição do compartimento lento), o qual dependeu do potencial de adição de C pelas culturas e do grau de revolvimento do solo. Adicionalmente, foi acrescentado às sequências de eventos de manejo de solo sob preparo convencional um "efeito adicional de cultivo", persistindo por dois meses após cada evento de revolvimento do solo. Esse prolongamento do efeito do revolvimento do solo permitiu melhor ajuste da dinâmica do C no solo sob sistema de preparo convencional, pois refletiu a maior decomposição da MOS observada nas condições locais. De maneira geral, a aplicação do modelo Century com a parametrização proposta demonstrou bom ajuste das estimativas de COT e NT em relação aos valores observados em 1998, evidenciando que o modelo C tem potencial para ser utilizado no planejamento e na definição de estratégias de manejo de solo.

Several studies have shown the satisfactory performance of the Century Model to study soil organic matter (SOM) for the climatic and edaphic conditions of Rio Grande do Sul. However, soil N stocks were usually overestimated in these simulations. The objective of this study was to parameterize the N cycle submodel of Century for a successful use in N dynamic studies in Southern Brazil. For the simulations, data from a long-term study site established in an Acrisol (Argissolo Vermelho distrófico) at EEA-UFRGS (Eldorado Agricultural Experiment Station - UFRGS) in 1985 were used. The initial parameterization included soil and climate properties, non-symbiotic N fixation inputs, N losses by volatilization and C/N ratios of plant residues that enter the slow and passive N pools of SOM. Century was run for a simulation period of 6,000 years to determine the steady state of soil total carbon and nitrogen stocks and the C and N soil compartments for conditions of Southern Brazilian grasslands (mesic biome/subhumid grassland). Subsequently, eight selected treatments (conventional and no-tillage managements, two crop systems and two N levels in factorial combination) were simulated according to historical soil management data, with appropriate changes in the cultivation parameter CLTEFF(2) (slow pool decomposition multiplier), which was affected by crop C inputs and tilling intensity. Additionally, an "enhanced cultivation effect" was included for two months after each plowing event in the conventional soil management schedules. This extension of the tilling effect resulted in a better adjustment of the soil C dynamics in the case of the conventional tillage system, reflecting the higher soil organic matter decomposition under the local conditions. In general, the estimates of the model with the above-mentioned parameterization agreed well with the field data measured in 1998. This indicates the Century model as a feasible tool for the planning and establishment of soil management strategies.

No início da década de1990, a comunidade científica, consciente da importância do solo para a qualidade ambiental e para a sustentabilidade agrícola, iniciou a abordagem sobre Qualidade do Solo (QS). Este trabalho teve o objetivo de analisar o estado da arte em QS e fazer uma reflexão sobre as propostas de avaliação. A maior parte dos estudos concentra-se na identificação de um índice que seja capaz de servir como indicador de QS (IQS), para auxiliar na avaliação de terras em relação à degradação, fazer estimativas de necessidades de pesquisa e de financiamentos e julgar práticas de manejo utilizadas. Alguns autores propõem os critérios para definição de um IQS. Das abordagens sobre QS, percebe-se que existem três linhas de pensamento: busca por atributos do solo como IQS; matéria orgânica do solo como IQS; e QS como resultado de processos no sistema solo-planta. Conclui-se que o grande avanço nessa área é a abordagem sistêmica do solo, razão pela qual é mais importante identificar como obter QS, do que identificar atributos para medi-la. Sob essa análise, o sistema solo só atinge qualidade quando integrado às plantas e à biota edáfica, e a avaliação do seu funcionamento, que é a própria QS, deve ter como base os princípios da termodinâmica do não-equilíbrio, ciência que rege os sistemas abertos. Os sistemas agrícolas que favorecem a QS são aqueles que cultivam plantas intensamente, de preferência de espécies diferentes, sem o revolvimento do solo.

Soil quality (SQ) has become a major research issue among soil scientists since the early 1990's, following the recognition of the role soils play in terms of agricultural sustainability and environmental quality. This review aims to discuss the state of the art concerning soil quality and look into the proposed indicators for its evaluation. Most part of the research work in the literature is focused on the identification of a soil attribute that would serve as a SQ indicator (SQI) underlying the evaluation of soil degradation and the estimation of research needs and funding, as well as a critical evaluation of soil management practices. Some authors have proposed criteria for the definition of a SQI. In this literature review three major approaches were clearly identified: search for soil attributes to be used as SQI; organic matter as SQI; and SQ as a result of processes in the soil-plant system. It was concluded that the understanding of the soil as a system represents the most significant advance and that therefore the identification of soil management practices to achieve SQ are more important than the effort to obtain a SQ indicator. From this point of view, soil should be treated as an open system where the non-equilibrium thermodynamics theory is applicable and the SQ emerges from the interactions of the soil-plant-biota system. The agricultural systems that enhance SQ are those where the soil is intensively cultivated with plants preferably of different species, and without tilling.

Indicadores da condição hídrica do solo foram avaliados em um experimento de campo, em Eldorado do Sul, RS, Brasil. Utilizou-se um Argissolo Vermelho Distrófico típico, utilizado durante oito anos em sistema plantio direto e preparo convencional. A cultivar de soja Fepagro Rs(-1)0, foi semeada em 20/11/2003, com 0,40 m entre fileiras e 300 mil plantas por hectare, em tratamentos irrigados e não irrigados. Variáveis do sistema solo-planta-atmosfera foram monitoradas e a ênfase neste trabalho visou aos períodos secos; monitoraram-se, também, variações no potencial matricial da água no solo, entre 0,075 e 1,20 m de profundidade. Verificou-se que o tempo de secagem do solo foi mais prolongado nas parcelas sob plantio direto indicando, em períodos de secagem, potenciais matriciais menos negativos, menores temperaturas máximas e menor amplitude térmica que em preparo convencional; também, a altura de plantas e o índice de área foliar apontaram que maiores estoques de água em plantio direto podem reduzir efeitos do déficit hídrico em soja cultivada neste sistema de manejo. Esses indicadores reforçam a importância da análise integrada de respostas das culturas em um enfoque sistêmico de manejo de solo e água.

Soil water condition indicators were assessed in a field experiment conducted in Eldorado do Sul, Brazil. The Paleudult soil of the experimental area has been managed during eight years under no-tillage and conventional tillage. Soy bean cultivar Fepagro Rs(-1)0 was sown on November 20, 2003, with 0.40 m of row spacing and 300,000 plants ha-1, with and without irrigation. Variables of soil, plant and atmosphere were monitored with emphasis during drought periods. Variations of the matrix water potential were monitored from 0.075 to 1.20 m of soil depth. A regular delay was observed in the soil drying process in no-tilled plots, in particular during drought periods, indicating higher water storage in no-tillage than in conventional tillage. Higher matrix water potential, lower maximum temperature and smaller thermal amplitude were observed in no-tillage, in comparison to the conventional tillage. Indirect indicators, such as plant height and leaf area index, were in accordance to the higher water storage in no-tilled plots, due to reductions of water deficit in plants. This set of indicators demonstrated the importance of evaluating crop responses in a systemic approach to soil and water management.

O N é o nutriente requerido em maior quantidade pelas culturas agrícolas em geral e, normalmente, é o maior limitante de seu rendimento. Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito de sistemas de culturas no estoque de N total do solo e na disponibilidade deste nutriente. O estudo foi desenvolvido em um experimento de longa duração (22 anos), em um Argissolo Vermelho distrófico típico localizado na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (30 ° 50 ' 52 '' sul e 51 ° 38 ' 08 '' oeste), em Eldorado do Sul, RS. Este experimento iniciou-se em 1983 e está sendo realizado desde sua implantação sob sistema plantio direto, com dez sistemas de culturas (solo descoberto, pousio/milho, aveia/milho, pangola, aveia + ervilhaca/milho com solo corrigido e revolvido até 70 cm em 1992, aveia + ervilhaca/milho, aveia + ervilhaca/milho + caupi, guandu + lablabe, lablabe + milho e guandu + milho) e duas doses de N (0 e 180 kg ha-1) aplicadas no milho. Foram avaliados os estoques de N total do solo na camada de 0-20 cm em 2005 e estimadas as quantidades de N fixadas pelas leguminosas e perdidas do adubo nitrogenado mineral em 22 anos. Adicionalmente, foi avaliado o N acumulado pela aveia cultivada em sucessão ao milho em 2006. O estoque de N total, que era de 3.040 kg ha-1 em 1983, variou em 2005 de 2.500 a 4.800 kg ha-1, sendo os maiores estoques encontrados nos sistemas com leguminosas e adubação nitrogenada. A quantidade estimada de N fixado pelas leguminosas variou de 800 a 1.980 kg ha-1 e, na média, 48 % do N mineral aplicado no milho (3.180 kg ha-1) foi perdido do sistema solo-planta. Os maiores estoques de N total refletiram-se nas maiores quantidades de N acumulado pela aveia que variaram de 17 a 100 kg ha-1.

Nitrogen is the nutrient required in the largest quantity by plants and is generally the most limiting nutrient for crop yield. The objective of this research was to evaluate the effect of cropping systems on N accumulation and availability in the soil. A long-term experiment (22 years) was conducted on a Paleudult soil at an experimental station of the Federal University of Rio Grande do Sul (30 º 50 ' 52 '' S and 51 º 38 ' 08 '' W), in Eldorado do Sul, Brazil, established in 1983. The experiment consisted of ten no-till cropping systems (bare soil, fallow/maize, oat/maize, Digitaria, oat + vetch/maize limed and mobilized to a depth of 70 cm in 1992, oat + vetch/maize, oat+vetch/maize+cowpea, pigeon pea+lablab, lablab+maize, pigeon pea+maize,) and two N rates applied to maize as urea (0 and 180 kg ha-1). Soil was sampled in 2005 from the 0-20 cm layer and N stocks were determined. The amounts of biologically fixed N by legumes and N lost from fertilizer (urea) in 22 years were estimated. The N uptake by oat grown in succession to maize in 2006 was also evaluated. The N stock amounted to 3,040 kg ha-1 in 1983 and ranged from 2,500 to 4,800 kg ha-1 in 2005. The legume-based cropping systems resulted in the highest N stocks. Biological N fixation ranged from 800 to 1,980 kg ha-1, and on average 48 % of 3,180 kg ha-1 of N applied to maize was lost from the soil-plant system. The greatest N stocks in soil under legume-based systems resulted in the greatest oat N uptake, which ranged from 17 to 100 kg N ha-1.

Fertilidade do solo é a capacidade deste de fornecer nutrientes, em quantidade e proporção adequadas para o desenvolvimento e produtividade das plantas, na ausência de elementos tóxicos. Este conceito, oriundo da teoria mineralista, é amplamente utilizado no mundo. Com a mudança do sistema de cultivo do solo do convencional (SC) para o plantio direto (SPD), é freqüente a obtenção de alta produtividade das culturas no SPD com valores de indicadores da fertilidade considerados inadequados para o crescimento e desenvolvimento das plantas no SC. É possível que a avaliação tradicional e, conseqüentemente, esse conceito não sejam adequados e, ou, suficientes, para expressar a fertilidade percebida pelas plantas em solos cultivados há longo tempo no SPD. Neste trabalho, objetivou-se avaliar a capacidade do conceito mineralista, e de sua avaliação, em expressar a fertilidade percebida por plantas de milho (Zea mays) em solo cultivado por longo período de tempo no SPD com diferentes rotações de culturas. As avaliações, por indicadores da fertilidade do solo e por rendimento de grãos, foram feitas na safra de verão 2005/2006, em dois experimentos irrigados, conduzidos há mais de 20 anos em Eldorado do Sul, RS, com diferentes históricos de cultivo. Os resultados evidenciaram que nem sempre os indicadores químicos da fertilidade do solo detectam a mudança na capacidade produtiva do solo promovida pelos diferentes sistemas de cultivo e rotações de culturas. Esses indicadores tiveram, em geral, baixo grau de associação com o rendimento das plantas. A avaliação e, conseqüentemente, o conceito mineralista da fertilidade, utilizado para definir a capacidade de um solo produzir abundantemente, foram insuficientes para expressar a fertilidade percebida pela cultura de milho em solos cultivados há longo tempo no SPD.

Soil fertility is defined as the capacity of the soil to supply nutrients, in a balanced proportion for plant growth and productivity, in the absence of toxic elements. This concept, based on the mineralist theory, is widely used around the world. With the shift away from conventional systems, high crop yields are frequently obtained under no-tillage, even where soil fertility indexes are considered inadequate, according to soil fertilizer recommendations for the conventional system. It is possible that the traditional evaluation, and consequently, the mineralist concept might be inadequate or insufficient to express soil fertility as perceived by plants grown in no-tillage systems in the long term. The objective of this study was to verify the capacity of the mineralist concept and its evaluation system, to express fertility as perceived by plants in a no-tillage system with different crop rotations. Soil fertility indicators and grain corn yields were evaluated in the growing season 2005/06, in two irrigated experiments conducted for 20 years in Eldorado do Sul, State of Rio Grande do Sul - Brazil, in different cultivation systems. The results showed that soil chemical indicators, commonly used to evaluate soil fertility, could not always detect changes in the soil productivity according to the different crop management systems. The tested soil fertility indexes were generally weakly associated with corn yield in this evaluation, which shows that the mineralist concept of soil fertility is not sufficient to express the fertility perceived by plants grown in soils of long-term no-tillage systems.

A ferramenta mais utilizada para se recomendar adubação é a análise de solo. Com ela é possível avaliar o estado de fertilidade do solo e determinar a quantidade de nutrientes necessária para o adequado crescimento e desenvolvimento das plantas. Para que isso seja possível, é necessário ter tabelas de interpretação e recomendação elaboradas a partir de experimentos realizados em campo. Um sistema de recomendação de adubação normalmente visa suprir a demanda das culturas e elevar os teores no solo ao nível de suficiência. Com o objetivo de obter informações para elaboração de uma tabela de interpretação de teores no solo e recomendação de adubação potássica para solos cultivados em plantio direto, foram realizados sete experimentos em rede em quatro Departamentos do Paraguai: dois no departamento de Missiones, dois no Departamento de Itapúa, dois no Departamento de Alto Paraná e um no Departamento de Amanbay. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, com três repetições. Os tratamentos consistiram de cinco doses de K2O (0, 25, 50, 75 e 100 kg ha-1) aplicadas em superfície antes da semeadura das culturas. As adubações de N e P foram constantes e satisfatórias para atender as necessidades das culturas, utilizando-se a dose de 100 kg ha-1 de P2O5 para trigo, milho e soja, 60 kg ha-1 de N para o trigo e 180 kg ha-1 de N para o milho. Foram determinados o teor de K no solo pelo método Mehlich-1 após cada cultura, e o rendimento de grãos de trigo, milho e soja. Foi calculado o rendimento relativo para cada experimento e cultura, e utilizou-se a equação de Mitscherlich para descrever a relação entre os teores de K no solo e os valores de rendimento relativo (curva de calibração). O teor crítico médio para as três culturas, definido como o valor do nutriente no solo para a probabilidade de resposta de aproximadamente 90 % do rendimento máximo, foi de 75 mg dm-3. Foi necessário aplicar 5 kg ha-1 de K2O para elevar em 1 mg dm-3 o teor de K no solo. Em teores no solo acima de 150 mg dm-3, as plantas apresentaram baixa resposta à aplicação de fertilizantes potássicos.

Soil test is the most widely used tool to determine the soil fertility status and fertilizer demand for crop production. Tables of soil analysis interpretations and fertilizer recommendation based on field experiments are required for this purpose. A recommendation system normally aims at supplying crop requirements and improving soil fertility levels to a sufficient degree. To obtain information for building K interpretation and recommendation tables, seven experiments were carried out with wheat, corn and soybean in four Paraguayan Departments: two in Misiones, two in Itapua, two in Alto Paraná and one in the Department of Amanbay. The experimental design was random blocks with three replications. Treatments consisted of five K2O levels (0, 25, 50, 75, and 100 kg ha-1) broadcast on the soil surface before sowing. N and P were fertilized at constant and satisfactory rates to supply crop requirements. For wheat, corn and soybean 100 kg ha-1 P2O5 was applied; for wheat 60 kg ha-1 N and for corn 180 kg ha-1 N. Exchangeable potassium was determined in the soil by the Mehlich-1 method as well as the wheat, corn and soybean grain yield. The relative yield for each crop and site was calculated. The Mitscherlich equation was used to establish a calibration curve that describes soil K values determined by the Mehlich-1 method and the relative yield. The critical level was defined as the soil nutrient level sufficient to reach 90 % of maximum yield. The average critical K level in the soil determined by Mehlich-1 for wheat, corn and soybean under no-tillage system in Paraguay was 75 mg dm-3. To increase the K level by one mg dm-3 in the soil, 5 kg ha-1 K2O is needed. In soils with K content above 150 mg dm-3 the plant response to potassium fertilization was low.

O objetivo deste trabalho foi combinar o modelo Century com técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto, para avaliar a dinâmica espaço-temporal do carbono orgânico total do solo (COT). O estudo foi implementado numa microbacia rural, na encosta superior do Nordeste do Rio Grande do Sul, RS, que apresentava inicialmente uma cobertura florestal que foi convertida para agricultura, ao longo de 80 anos. A calibração adequada do modelo, principalmente dos parâmetros relacionados à decomposição do COT, nos anos iniciais de exploração agrícola, foi fundamental para possibilitar a simulação coerente dos valores de COT. Em relação à distribuição espacial do COT, foi verificado que o maior impacto da agricultura, sobre o estoque original de COT, ocorreu nas áreas sob cultivo desde 1925, nas quais se constatou decréscimo de 58,2% do COT. Verificou-se que a integração do Century com um sistema de informações geográficas torna possível o estudo da dinâmica espaço-temporal do COT e a realização de inventários relativos à distribuição do COT.

The objective of this study was to combine the Century model with geoprocessing and remote sensing techniques, in order to evaluate spatial-temporal dynamics in total organic carbon (TOC). The study was carried out in a small rural watershed in Northeastern of Rio Grande do Sul State, Brazil. The area was initially under forest cover, which was progressively converted to agriculture in a period of 80 years. The proper calibrating of the model, especially in terms of TOC decomposition parameters, during the initial years of tillage, was essential to produce a coherent simulation of TOC values. Regarding the spatial distribution of TOC, it was observed that greatest impact of soil management on original contents occurred in the areas under cultivation since 1925, which showed a decline of 58.2% in TOC. The Century model integration with a geographic information system makes it possible the study of spatial-temporal dynamics of TOC and the performing of TOC distribution inventories.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito residual de queimadas periódicas nos atributos químicos, teor e composição da matéria orgânica de um Latossolo Vermelho e na composição química da vegetação predominante. Os ambientes estudados foram: campo nativo pastejado, sem queima e sem roçada (PN); campo nativo queimado e pastejado (PQ); e mata nativa adjacente à pastagem (MN). As amostras de solo foram coletadas nas camadas 0-5, 0-20, 20-40 e 40-60 cm, para determinação dos atributos de fertilidade, teores de carbono e nitrogênio, e realização das análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A parte aérea da vegetação desses ambientes foi analisada por análise elementar e FTIR. A queima da pastagem reduziu os teores de N, Mg e K e aumentou a saturação por Al no solo, em comparação ao PN. No solo sob mata, os teores dos nutrientes foram menores, e os de C e N e a saturação por Al mais elevados do que em PN. A aromaticidade da matéria orgânica do solo não diferiu entre os três ambientes estudados e aumentou em profundidade. Na vegetação da pastagem queimada, observou-se menor teor de N e maior proporção de grupos silicatados, em comparação ao PN. A vegetação de mata apresentou maior quantidade de grupamentos nitrogenados e aromáticos do que a de PN e PQ.

The objective of this study was to evaluate the residual effect of periodic burning on soil chemical attributes, composition of soil organic matter, and on vegetation of a Hapludox. Samples from three environments were studied: native pasture under grazing, without burning and shortening (NP); native pasture under grazing and burning (BP); and native forest (NF) adjacent to the pasture area. Soil samples were collected in four layers: 0-5, 0-20, 20-40 and 40-60 cm, in which fertility attributes and contents of C and N were determined, and analyses of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were performed. Samples from the above ground vegetation from these environments were analyzed through elemental analyses and FTIR. Pasture burning reduced soil contents of N, Mg and K, and increased Al saturation in soil, in comparison to NP soil. Nutrient contents were smaller in the soil samples under forest, when compared to NP, while C and N contents and Al saturation were greater. The aromatic character of soil organic matter did not differ among the studied environments, and increased with depth in all environments. In comparison to NP, BP vegetation had a lower N content and a greater proportion of Si groups. The forest vegetation contained more N and showed higher aromaticity than the pasture vegetation.