ABSTRACT: Crop residues left in the field cover and protect the soil surface, and regulate key processes and functions, such as gas and water exchanges. However, the Brazilian sugarcane (Saccharum officinarum L.) sector has begun to use straw as feedstock to produce bioenergy. We conducted a field study to evaluate the effects of sugarcane straw removal in soil temperature and moisture changes at three sites (with different soil textures: Site 1 - clayey Oxisol, Site 2 - medium texture Oxisol, and Site 3 - sandy Ultisol) in the state of São Paulo, Brazil. The experimental design was randomized blocks with four rates of straw removal: i) no removal (NR); ii) moderate removal (MR); iii) substantial removal (SR), and iv) total removal (TR). Soil temperature was measured by sensors in the 0- to 5- and 5- to 10-cm soil layers. Undisturbed soil samples were collected from the 0- to 20- and 20- to 40-cm layers to determine soil moisture. Intensive straw removal (HR and TR) increased the soil temperature between 2 and 3 °C and the thermal amplitude between 5 and 9 °C in the 0- to 5-cm layer, compared to MR and NR. Soil moisture decreased between 0.03 and 0.07 g g–1 in the 0- to 20-cm layer with intensive straw removal. The sandy soil was more susceptible to straw removal. Therefore, straw maintenance on the soil surface plays an essential role in temperature regulation and preservation of higher soil moisture, especially in regions with severe water deficits and long periods of water stress.

RESUMO: Existem poucos estudos sobre a diversidade microbiana em solos de mamona no ambiente semiárido tropical. Os produtos de mamona têm sido amplamente utilizados em todo o mundo e justificam a importância comercial da ricinocultura no semiárido nordestino brasileiro. Como não há qualquer tipo de fertilização, ou manutenção de resíduos da cultura nos solos de mamona do presente estudo, presume-se que a comunidade de diazotróficas forneça o nitrogênio (N) nesses solos. Avaliou-se a estrutura e diversidade de comunidades de diazotróficas em solos de mamona do semiárido tropical em: i-Mamona com 50 anos de cultivo, consorciada com milho (CB-50); ii-Mamona com 10 anos de cultivo sem consórcio (CB-10) e iii-solo sob vegetação de Caatinga preservada (CAA). Realizou-se avaliação de redução do acetileno a etileno (ARA) e o perfil do gene nifH foi separado por eletroforese em gel de poliacrilamida com gradiente desnaturante (DGGE). A diversidade de diazotróficas foi estimada pelos índices de Shannon (H’) e Simpson (D). Com base na manutenção dos estoques de nitrogênio no solo e da biomassa microbiana ao longo do tempo, a atividade dos diazotróficos de vida livre foi determinante na entrada de N nesses solos. O gene nifH esteve presente e seus perfis agruparam os tratamentos CB-50 com CAA, reforçando a fixação de N pelos diazotróficos, os quais apresentaram maior diversidade nos solos cultivados, mesmo após a mudança de uso da terra para o plantio de mamona.

ABSTRACT: There are few studies of microbial diversity in castor bean soils in tropical semiarid environmental. Castor bean products have been widely used around the world justifying the commercial importance of ricinoculture in Brazil’ northeastern semiarid. There is no fertilization or maintenance of litter on the soils from the present study, so we hypothesized that the free-living diazotrophs microorganisms drive the nitrogen (N) input into these soils. We evaluated the communities’ structure and diversity of diazotrophs in tropical semiarid soils with i-Castor bean 50 years of cultivation intercropping with maize (CB-50); ii-Only Castor bean 10 years of cultivation (CB-10) and iii-soil under Caatinga vegetation (CAA). Nitrogenase enzyme activity was performed by the acetylene reduction assay (ARA) and the community profile of nifH gene was separated by denaturing gradient gel polyacrylamide electrophoresis (DGGE). Diazotrophs diversity was estimated by the Shannon (H’) and Simpson (D) indexes. Based on the maintenance of soil N stocks and N-microbial biomass over time, the activity of free-living diazotrophs was determinant in the N-input into these soils. The nifH gene was present and its profiles grouped the CB-50 with CAA treatments, so it reinforced the N-fixing by diazotrophs, which presented a greater diversity in the cultivated soils, even after the land use change for the castor bean implementation.

Grande parte da produção brasileira de mamona encontra-se no Nordeste, como opção de cultura para a região semiárida no bioma Caatinga. O objetivo deste estudo foi avaliar as alterações nos estoques de C e N devido à mudança de uso do solo de vegetação natural para o cultivo de mamona no bioma Caatinga. Este trabalho foi realizado na Fazenda Floresta, no município de Irecê, no centro-norte baiano. O clima da região é do tipo BSwh (Köppen) - clima semiárido de altitude. O solo foi classificado em Latossolo Vermelho de textura argilosa. As situações avaliadas foram: três áreas cultivadas com mamona com diferentes tempos de implantação: (i) com 10 anos, (ii) com 20 anos e (iii) com 50 anos; e uma área de referência (vegetação nativa de Caatinga) contígua às situações avaliadas. Os estoques de C e N foram determinados em amostras de solo coletadas em cinco minitrincheiras, nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Os resultados mostraram que o constante aporte de resíduos vegetais na Caatinga promoveu a manutenção dos estoques de C (90 Mg ha-1) e N (10 Mg ha-1) para a camada de 0-30 cm. A mudança de uso da terra para o cultivo da mamona ocasiona redução em aproximadamente 50 % nos estoques de C e N do solo em relação à vegetação nativa nos primeiros 10 anos de implantação da cultura. A meia-vida da matéria orgânica do solo (MOS) calculada para essa situação na região do semiárido foi de 4,7 anos. O fator de emissão de C do solo, devido à mudança de uso da terra após 20 anos, conforme proposto pelo método do IPCC (2006), foi de 2,47 Mg C ano-1. Por meio do conjunto dos resultados, observa-se a fragilidade do solo do bioma Caatinga no que se refere à perda de MOS devido à mudança de uso da terra.

Much of the Brazilian castor bean (Ricinus communis L.) production is concentrated in the semi-arid region (Caatinga biome) of the Northeast, as an alternative crop. The purpose of this study was to evaluate changes in C and N pools due to land use change in the Caatinga biome by castor bean production. The study was conducted on the Fazenda Floresta in the municipality of Irecê (Mid -North region of Bahia, Brazil). The climate is type BSwh (Koppen) - Semi-arid climate. The soil was classified as clayey Oxisol. Three areas under castor bean were evaluated after different cultivation periods i) after 10 years; ii) after 20 years, and iii) after 50 years, and a reference area (native vegetation of the Caatinga) compared with the above situations. C and N stocks were determined in soil samples with five replications (layers 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm). The results showed that the constant plant residue input in the native vegetation ensured the maintenance of the C stocks (90 Mg ha-1) and N stocks (10 Mg ha-1). The land use change to castor bean production resulted in a reduction of about 50% in soil C and N stocks compared to Caatinga, in the first 10 years of crop establishment. The half-life of SOM of the semi-arid region was 4.7 yr. The C emission factor from soil, due to land use change after 20 years as proposed by the IPCC methodology was 2.47 Mg C yr-1. The results show the fragility of the soil in the Caatinga biome due to SOM loss caused by land use changes.

A matéria orgânica do solo (MOS) é responsável pela fertilidade, ciclagem de nutrientes e estabilidade da estrutura, possuindo estreita relação com a agregação do solo. No entanto, ainda não é clara a relação entre as classes de agregados na dinâmica de acúmulo ou perda de MOS em função do uso e manejo do solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar os teores de carbono (C) em agregados do solo sob quatro usos e manejos: Cerrado nativo (CE), sistema plantio direto (SPD), sistema plantio convencional (SPC) e pastagem (PA). As áreas de estudo estão localizadas no município de Rio Verde (GO), em solo classificado como Latossolo Vermelho distrófico de textura argilosa. Em amostras de solo coletadas em fevereiro de 2007 nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm de profundidade, foram determinados: a quantidade de macroagregados (maiores que 2,0 mm), mesoagregados (maiores que 0,25 e menores que 2,00 mm) e microagregados (maiores que 0,05 e menores que 0,25 mm) estáveis em água, os índices de agregação diâmetro médio ponderado (DMP) e geométrico (DMG) e os teores de C nas classes de agregados estabelecidas. No solo avaliado observou-se predominância de macroagregados, com maior quantidade sob CE e PA, em comparação ao solo sob SPD e SPC, indicando efeito negativo do cultivo do solo na conservação de macroagregados. Contudo, os teores de C nos agregados do solo na camada de 0-20 cm foram maiores no CE e SPD em relação a PA e SPC, sugerindo que o não revolvimento e a manutenção dos resíduos culturais na superfície do solo favorecem o acúmulo de C. Com isso, foi verificado que os macro e mesoagregados podem ser mais sensíveis ao tipo de uso e manejo do solo, quando comparados aos microagregados. A agregação do solo sob PA é semelhante à do CE, embora com menores teores de C, sugerindo dinâmica de agregação diferenciada, o que merece a atenção de novas pesquisas.

Soil organic matter (SOM) is responsible for soil fertility, nutrient cycling and structure stability and is closely related with soil aggregation. However, the relationship between aggregate size classes in the SOM dynamics is unclear, resulting in SOM accumulation or loss due to soil land use and management. This study aimed to evaluate the amount of carbon (C) in soil aggregates under four uses and management: native Cerrado (CE-savannah vegetation), no-tillage (NT), conventional tillage (SPC) and pasture (PA). The study areas are located in Rio Verde (GO) where the soil was classified as kaolinitic clayey Oxisol. The soil layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm were sampled (n=6) in February 2007, and the amount of water-stable macroaggregates (> 2.0 mm), mesoaggregates (> 0.25 and < 2.00 mm) and microaggregates (> 0.05 and < 0.25 mm) were determined, as well as the mean weight diameter (MWD) and mean geometric diameter (MGD), and the C levels in the soil aggregate classes. Macroaggregates were predominant in the soil evaluated, with higher quantities in CE and PA compared NT and SPC soils, indicating a negative effect of soil cultivation on macroaggregate conservation. However, the soil aggregate C levels in the 0-20 cm layer were higher in CE and SPD than in PA and SPC soils, suggesting that the absence of tillage and maintenance of crop residues on the soil drives C accumulation. This shows that macroaggregates and mesoaggregates were more sensitive to soil use and management than microaggregates. The similarities of aggregation in PA and CE soils, although with lower C levels in PA suggested different aggregation dynamics, requiring further research.

Diferentes sistemas de uso e manejo alteram o teor de carbono no solo (C), porém diminuições no C do solo têm sido reportadas quando áreas de Cerrado nativo são convertidas em pastagem. Disso resulta a necessidade da realização de pesquisas em diferentes sistemas e condições edafoclimáticas, a fim de elucidar as tendências encontradas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a agregação, os teores de C e a abundância natural de δ13C do solo em uma área cultivada há nove anos sob lavoura seguida de 20 anos sob pastagem, a qual atualmente apresenta sinais de degradação (PA), comparando-a a uma vegetação nativa no bioma Cerrado (CE) que ocorre em área adjacente. As áreas de estudo estão localizadas no município de Rio Verde (GO), em solo classificado como Latossolo Vermelho distrófico, de textura argilosa. Em amostras de solo coletadas nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm de profundidade, foram determinados a distribuição de agregados estáveis em água (micro, meso e macroagregados), o diâmetro médio aritmético (DMA) e geométrico (DMG), os teores de C total e de δ13C, o tempo de residência média do C (TRM) e a fração da matéria orgânica leve livre (FLL). Os resultados indicaram que o uso sob lavoura seguido de pastagem reduziu em 21 % o estoque de C original, possivelmente devido ao menor aporte de material na FLL. O solo apresentou elevada agregação e não houve diferenças significativas entre as áreas avaliadas. No entanto, os teores de C nos macroagregados foram menores na PA em relação ao CE, enquanto nos microagregados não houve diferença entre os sistemas de uso, sugerindo, respectivamente, maior e menor sensibilidade ao manejo e menor e maior proteção do C por essas classes de agregados. Os valores de TRM e as análises isotópicas reforçaram esses resultados, mostrando, ainda, substituição de 83 % do C original durante os 29 anos de cultivo. O constante aporte de resíduos vegetais, assim como a manutenção do C no interior dos macro e mesoagregados, são importantes fatores para que ocorra o acúmulo de C nesse tipo de solo.

Different management systems affect soil C, however decreases in the C stocks of native Cerrado areas converted to pasture have been reported. This calls for further research on this trend, under different management systems and soil-climatic conditions. The objective of this study was to evaluate soil aggregation, C levels and natural abundance of δ13C in a 20 year-old pasture (PA), following nine years of cropping, with signs of degradation compared to soil under native Cerrado (CE) in an adjacent area. The studied areas are located in Rio Verde, state of Goiás (Brazil), with soil classified as clayey Oxisol. In samples from the layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm the distribution of water stable aggregates (microaggregates, mesoaggregates and macroaggregates), mean weight diameter (MWD) and mean geometric diameter (DMG), C contents and δ13C, the mean residence time of C (TRM), and the free light fraction of organic matter (FLL) were determined. Results indicated that grazing after cropping reduced the original C stock by 21 %, possibly due to a lower FLL input. Soil showed high aggregation and no significant difference between the assessed areas was observed. However, C levels in macroaggregates were lower in PA compared to CE, while in microaggregates C was not affected, suggesting, respectively, greater and lower sensitivity to management and lower and greater protection of C by these aggregate classes. Values of TRM and isotopic abundance reinforced these findings, showing a replacement of 83 % of the original C after crop and pasture cultivation for 29 years. A constant application of plant residues to the soil surface as well as C maintenance within macro and mesoaggregates are essential factors to ensure C accumulation in this soil type.

A conversão de áreas nativas com o corte e queima de vegetação seguida do cultivo do solo resultam em mudanças na dinâmica da matéria orgânica do solo, com alterações nas emissões dos gases causadores de efeito estufa (GEE: CO2, CH4 e N2O) da biosfera para a atmosfera, que causam a elevação da temperatura média e, consequentemente, as mudanças climáticas globais. O objetivo deste estudo foi verificar as relações entre os fluxos de CO2, CH4 e N2O com a umidade, biomassa microbiana e as formas inorgânicas de N no solo com diferentes usos das terras no bioma Cerrado (Rio Verde, Goiás). O clima da região é do tipo Aw (Köppen-Geiger), e o solo foi classificado como Latossolo Vermelho distrófico caulinítico textura argilosa com vegetação original de Cerradão. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC), com quatro tratamentos (áreas): vegetação nativa - Cerradão (CE); pastagem (PA) de braquiária, semeadura convencional (SC) de soja; e semeadura direta (SD) de milho sucedido por milheto. As emissões anuais de CO2 e N2O não mostraram diferenças significativas entre os tratamentos; isso ocorreu devido à elevada variação nos fluxos dos gases em decorrência da sazonalidade no clima, com as menores emissões observadas durante o inverno, devido à ausência da umidade do solo. A média na emissão de CO2 foi de 108,9 ± 85,6 mg m-2 h-1 , e para o N2O, de 13,5 ± 7,6 µg m-2 h-1. Os fluxos de CH4 apresentaram diferenças significativas somente para a pastagem, com emissão de 32 µg m-2 h-1 , enquanto nas demais áreas foram observados influxos entre 46 e 15 µg m-2 h-1 . Com os resultados das correlações, pode-se verificar que a umidade foi a variável do solo que apresentou maior correlação com o fluxo dos três gases de efeito estufa. O teor de N-NO3- e as emissões de CO2 mostraram correlações para todas as áreas. Quando consideradas as correlações para todos os tratamentos conjuntamente, verificou-se que os fluxos dos três gases apresentaram correlações significativas com os teores de C e N-microbiano. Contudo, a relação Cmicro:Nmicro não mostrou correlação significativa com o fluxo dos gases de efeito estufa. A pastagem foi a única situação em que os fluxos de CO2 e N2O apresentaram correlação com as quantidades de N-inorgânico. Os resultados sugerem que os fluxos dos GEE são dependentes do regime pluvial no bioma Cerrado, principalmente nas áreas cultivadas que recebem altas doses de fertilizantes para o aumento da produtividade.

The conversion of native forests by cutting and burning into farming areas leads to alterations in the dynamics of soil organic matter, with changes in emissions of greenhouse gases (GHGs: CO2, CH4 and N2O) from the biosphere to the atmosphere. These cause an average temperature rise and, consequently, global climate change. The aim of this study was to examine relationships between the fluxes of CO2, CH4 and N2O with moisture, microbial biomass and inorganic N forms in soil with different land uses in the Cerrado biome (Rio Verde county, State of Goias - Brazil). The climate (Köppen-Geiger) was classified as Aw and the soil as Latossolo Vermelho distrófico caulinítico / a clayey kaolinitic Oxisol under original Cerrado (Brazilian savanna) vegetation. The experiment was arranged in a completely randomized design (CRD) with four treatments (areas): Native vegetation - Cerrado (CE); brachiaria pasture (PA); soybean in conventional tillage (SC) and no-tillage (NT) corn followed by millet. No significant differences in annual CO2 and N2O emissions were observed between treatments. This can be explained by the variability of gas fluxes due to climate seasonality, with lower emissions in the winter due to low soil moisture. Mean emissions of CO2 were 108.9 ± 85.6 mg m-2 h-1 , and of N2O 13.5 ± 7.6 mg m-2 h-1 . For CH4 significant differences in the fluxes were only observed in pasture (32 mg m-2 h-1 ), while in the other areas inflows between 46 and 15 mg m-2 h-1 were observed. The GHG fluxes showed close correlation with soil moisture. The N-NO3- emissions were significantly correlated with CO2-emissions in all areas. Considering all treatments together, the three GHG fluxes were correlated with the microbial C and N contents. However, the Cmicro: Nmicro ratio was not significantly correlated with the GHG flux. Only for pasture the CO2 and N2O fluxes were correlated with the content of soil inorganic-N. Results suggested that the GHG fluxes in the Cerrado are related to rainfall, mainly in farming areas treated with high fertilizer doses to increase productivity.

O conhecimento da dinâmica do N no solo pode facilitar na decisão da rotação de culturas empregada e aplicação de fertilizante para as culturas. O objetivo deste estudo foi avaliar os estoques de N, o N-inorgânico, a mineralização do N e a desnitrificação sob sistema plantio direto (SPD). O experimento foi desenvolvido na Fazenda Santa Branca em Tibagi (PR), em Latossolo Vermelho distroférrico de textura argilosa, no período de setembro de 2000 a outubro de 2001. Os tratamentos dispostos em faixas não casualisadas com parcelas subdivididas foram: plantio direto por 12 e 22 anos com as sucessões milho/trigo (M/T) e soja/trigo (S/T). As quantidades de N-inorgânico e a mineralização e nitrificação líquidas foram maiores no SPD com 22 anos que no SPD 12 anos. A sucessão de culturas empregada não influenciou a mineralização líquida e a nitrificação líquida. As emissões de N2O foram 25% superiores na sucessão M/T em relação a S/T. O tempo de SPD aumentou o estoque de N no solo, assim como as quantidades de N-inorgânico e a mineralização e nitrificação, contudo, não foram observados maiores emissões de óxido nitroso.

The knowledge of N dynamics in soil can facilitate the decision about crop rotation and the fertilizer application to the crops. The objective of this study was to quantify the soil N-stocks, inorganic-N and changes in the net mineralization and denitrification in a soil under no-tillage (NT). The experiment was set up at Santa Branca Farm in Tibagi (Paraná State , Brazil), on a clayey Oxisoil (Typic Hapludox) and was carried out from September 2000 to October 2001. The treatments were applied in non-random strips with split plots: no-tillage during 12 and 22 years with corn/wheat and soybean/wheat succession. Quantity of inorganic-N and the net mineralization and nitrification were higher under 22-years of adoption in relation to the 12-year-old NT. The crop succession used did not affect the average net mineralization and net nitrification. The N2O emissions were 25% higher in corn/wheat crop succession in relation to the soybean/wheat. Increasing time of no-tillage adoption increased the soil N stock, inorganic-N and net mineralization in the soil, but the different years of adoption of NT did not lead to changes in N2O emissions.

A região do Cerrado representa uma das maiores áreas cultivada do mundo. Os diferentes usos do solo empregados nesta região podem modificar efetivamente as quantidades de matéria orgânica e alterar a ciclagem dos nutrientes no solo. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes sistemas de manejo nas relações entre o carbono total e os atributos químicos de um Latossolo Vermelho distrófico no Cerrado na região de Rio Verde, Estado de Goiás. As áreas estudadas foram cerradão, pastagem de baixa produtividade, plantio convencional de soja e plantio direto de soja com milho em sucessão. Os valores mais baixos no pH, cátions trocáveis, P-disponível e enxofre foram observados no Cerradão, contudo foram encontrados os maiores teores de C-total, que apresentaram correlação elevada com os teores de H+AL e a CTC potencial. Nas demais áreas, foram encontradas concentrações mais elevadas de cátions trocáveis, P-disponível e enxofre. Nas áreas onde não ocorreu o revolvimento do solo e a aplicação do corretivo e dos fertilizantes foi superficial, a estratificação dos teores de C-total promoveu a retenção dos elementos mais próximos à superfície, o que proporcionou correlações significativas com os atributos químicos do solo.

The Brazilian savanna region (Cerrado) is one of the largest cultivated areas of the world. The different land uses in the region can effectively change the quantities of soil organic matter and the cycling of nutrients. The objective of this study was to evaluate the effect of different land use management systems on the relationship between soil organic carbon and the soil chemical attributes of a Red Latosol (Oxisol) under Cerrado in Rio Verde (Goiás state). The treatments studied were native vegetation (cerradão), low-productivity pasture, conventional tillage with soybean, and no-tillage with soybean and maize. The smallest values for pH, available P, K, Ca and Mg were observed for the Cerradão treatment, even if the relatively high C levels increased the potential soil cation exchange capacity. The pasture, conventional tillage and no-tillage treatments showed higher K, Ca, Mg, available P, and S concentrations in the soil. In the areas where soil tillage did not take place and lime and fertilizers were applied superficially, the stratification of the soil organic carbon provides the retention of the elements near to the surface, with significance correlations with the soil chemicals attributes.

Os manejos conservacionistas, como o sistema plantio direto (SPD), podem ser considerados uma atividade com potencial para sequestrar C no solo. Os objetivos deste trabalho foram quantificar os estoques de C no solo e, juntamente com a dedução das emissões de óxido nitroso (N2O), calcular o sequestro de C do solo sob SPD com diferentes tempos de implantação em duas sucessões de culturas. O experimento foi instalado na Fazenda Santa Branca, em Tibagi (PR), em um Latossolo Vermelho distroférrico de textura argilosa. Os tratamentos, dispostos em faixas não casualizadas com parcelas subdivididas, foram: plantio direto por 12 anos com sucessões milho/trigo e soja/trigo (PD12 M/T e PD12 S/T, respectivamente) e por 22 anos (PD22 M/T e PD22 S/T, respectivamente). Os estoques de C no solo aumentaram com o tempo de implantação do SPD; o incremento no C do solo em 10 anos foi de 35 %, com uma taxa anual de acúmulo de 1,94 t ha-1 ano-1 . A simulação do estoque de C do solo com o uso do modelo unicompartimental mostrou que o elevado aporte de resíduos culturais e a rotação de culturas com uso de leguminosas reduziram a mineralização da matéria orgânica, o que favoreceu o acúmulo de C no solo. As emissões de N2O foram 25 % mais elevadas na sucessão milho/trigo, em relação à soja/trigo, e os diferentes tempos de SPD não promoveram aumento das emissões do N2O. O balanço entre a taxa de acúmulo de C e a emissão de óxido nitroso mostrou que o sistema apresentou saldo positivo no acúmulo de C no solo, o que significou o sequestro de CO2 de 6 t ha-1 ano-1 .

Conservationist soil management systems such as no-tillage (NT) can be considered activities with potential to increase soil carbon sequestration. The objective of this study was to quantify the soil C stocks and, along estimations of the nitrous oxide (N2O) emissions, calculate the soil C sequestration under NT for different times of implantation in two crop successions. The experiment was installed on the farm Santa Branca in Tibagi (Paraná State, Brazil), on a clayey Oxisol (Typic Hapludox). The treatments were conducted in non-random strips with subdivided plots: no-tillage with corn/wheat and soybean/wheat crop successions (NT12 M/T and NT12 S/T, respectively) for 12 years and no-tillage (NT22 M/T and NT22 S/T, respectively) for 22 years. The soil C stock increased with the time of no-tillage adoption; the increase in soil C in 10 years was 35 % and the annual accumulation rate 1.94 t ha-1 yr-1. The simulation of the soil C stock with the use of the unicompartmental model showed that the high input of crop residues and cropping systems with legume species reduced the soil organic matter mineralization that favored soil C accumulation. The N-N2O emissions were 25 % higher in corn/wheat than in soybean/wheat succession, and the different period of NT adoption did not induce higher N-N2O emissions. The balance between the soil C accumulation rate and nitrous oxide emissions indicated a positive balance of the system in the soil C accumulation, representing a CO2 sequestration of 6 t ha-1 yr-1

A atividade agrícola pode alterar a quantidade e qualidade da matéria orgânica do solo (MOS), resultando em emissões de dióxido de carbono (CO2) e óxido nitroso (N2O) do solo para a atmosfera. O sistema plantio direto (SPD) com a utilização de leguminosas em sistemas de rotação é uma estratégia que deve ser considerada tanto para o aumento da quantidade de MOS como para seu efeito na redução das emissões dos gases de efeito estufa. Com o objetivo de determinar os fluxos de gases do efeito estufa (CO2 e N2O) do solo, um experimento foi instalado em Tibagi (PR), em um Latossolo Vermelho distroférrico textura argilosa. Os tratamentos, dispostos em faixas não casualizadas com parcelas subdivididas, foram: sistema plantio direto por 12 anos com sucessões milho/trigo e soja/trigo (PD12 M/T e PD12 S/T, respectivamente) e por 22 anos (PD22 M/T e PD22 S/T, respectivamente). As emissões de CO2 do solo foram aproximadamente 20 % mais elevadas no PD22 em relação ao PD12. As emissões de CO2 apresentaram correlação significativa (R² = 0,85; p < 0,05) com a temperatura do solo, com emissões médias 40 % menores, registradas nos meses com temperaturas mais baixas. As emissões mais elevadas de N2O foram observadas após a colheita das culturas de verão, sobretudo na sucessão milho/trigo, em relação à sucessão soja/trigo. As emissões de N2O foram aproximadamente 25 % maiores após aplicação do fertilizante nitrogenado na cultura do trigo nas duas sucessões e apresentaram correlação significativa (R² = 0,88; p < 0,01) com o grau de saturação de água no solo (Sr %).

The agricultural activity can change the quantity and quality of soil organic matter (SOM), resulting in CO2 and N2O emissions from the soil. No-tillage (NT) with legume species in crop rotation is a strategy that should be considered not only to increase the SOM quantity, but also to reduce greenhouse gas emissions. The objective of this study was to determine the soil-atmosphere gas emissions with greenhouse effect (CO2 and N2O). For this purpose, an experiment was installed in Tibagi (Paraná State, Brazil), on a clayey Oxisol (Typic Hapludox). The treatments were conducted in non-random strips with subdivided plots: no-tillage crop successions corn/wheat and soybean/wheat (NT12 M/T and NT12 S/T, respectively) for 12 years and no-tillage (NT22 M/T and NT22 S/T, respectively) for 22 years. The CO2 soil emissions were nearly 20 % higher in NT22 than in NT12. The CO2 emissions were significantly correlated (R² = 0.85; p < 0.05) with soil temperature, with 40 % lower mean emissions in the months of minimal soil temperatures. Highest N2O emissions were observed after the summer crop harvest, mainly in corn/wheat compared to soybean/wheat succession. N2O emissions were approximately 25 % higher after N-fertilizer application to wheat in both crop successions, and were significantly correlated (R² = 0.88; p < 0.01) with soil water-filled pore space (Sr %).

As diferentes práticas agrícolas realizam controles distintos na dinâmica do C e N microbiano. Com o objetivo de elucidar a dinâmica do C e N microbianos em solos sob sistema plantio direto (SPD), foram avaliados - nas seqüências milho/trigo/soja e soja/trigo/soja cultivadas em solos com diferentes classes texturais - áreas e tempos de adoção do sistema na Fazenda Santa Branca, Tibagi, PR. O experimento foi instalado em quatro áreas, sendo três delas com histórico de 12 anos sob SPD, com as seguintes classes texturais: muito argilosa (PD12-TmuA); argilosa (PD12-TA) e média (PD12-TmeA); e uma com histórico de 22 anos sob SPD com classe textural argilosa (PD22-TA). No período de 18 meses foram realizadas nove amostragens de solo em quatro camadas (0-2,5; 2,5-5; 5-10; 10-20 cm). Em função do tempo de adoção do SPD, ocorreram diferenças no C microbiano entre a PD12-TA e a PD22-TA nas camadas mais profundas do solo. A PD22-TA apresentou em média 30,8 kg ha-1 de Nmic a mais que a PD12-TA e menores variações nas quantidades de N microbiano na camada de 0-20 cm. No que se refere à textura do solo, a PD12-TmuA apresentou as maiores médias de C e N microbianos na camada de 0-20 cm, exceto nos 20 dias após o plantio do trigo (jun./01). A PD12-TA e a PD12-TmeA não apresentaram diferenças significativas nas quantidades de C microbiano em qualquer dos meses analisados, na camada de 0-5 cm. Entretanto, foram encontradas diferenças quanto a esta última propriedade nas camadas de 5-10 e 10-20 cm. Os resultados indicam que o tempo de adoção do sistema plantio direto e o aumento dos teores de argila do solo favorecem os aumentos de C e N microbianos.

Different agricultural practices accomplish distinct controls on microbial C an N dynamics. The dynamics of microbial C and N in soils under no-tillage system (NT) were evaluated in the crop sequences corn/wheat/soybean and soybean/wheat/soybean in soils with different texture, areas and periods under NT at the "Santa Branca" farm, Tibagi, Paraná State, Brazil (50 ° 23 ' W, 24 ° 36 ' N). The experiment was installed at four sites, three of which had been NT cultivated in the previous 12 years, with the following textures: clay (PD12-TmuA); sandy-clay (PD12-TmeA), and sandy-clay-loam (PD12-TA); and one site 22 years under NT with texture class sandy-clay-loam (PD22-TA). During an 18 months period soils were sampled nine times in four layers (0-2.5; 2.5-5; 5-10 and 10-20 cm). Microbial C was different in PD12-TA and PD22-TA in the deepest soil layers, due to the time of NT implantation. The microbial N level in the PD22-TA averaged 30.8 kg ha-1 higher than in PD12-TA, while the variations in microbial N in the 0-20 cm layer were smaller. No significant differences were observed in the amounts of microbial C and N among the crop sequences. Regarding soil texture, the averages of microbial C and N in the 0-20 cm layer were higher for PD12-TmuA, except 20 days after wheat sowing (Jun/01). Contrasting to the 5-10 and 10-20 cm layers, in PD12-TA and PD12-TmeA the differences between microbial C levels were not significant in the 0-5 cm layer. Our results indicate that the amount of microbial C and N is favored by long-term NT and the clayey soil texture.

Parâmetros radiculares como distribuição, comprimento, diâmetro e matéria seca são inerentes a cada espécie de planta. As raízes podem influenciar a população microbiana durante o ciclo vegetativo através das rizodeposições e, após a senescência, integrando a matéria orgânica do solo. Pelo fato de representarem um substrato lábil, especialmente de nitrogênio, podem ditar o ritmo da disponibilidade de nutrientes na seqüência de culturas sob o sistema de plantio direto (SPD). A comparação dos sistemas radiculares do milho (Zea mays L.), cultivar Cargill 909 e da soja [Glycine max (L.) Merr.], cultivar Embrapa 59, e sua influência sobre a distribuição espacial do C e N microbianos foi feita em um Latossolo Vermelho-Escuro, textura argilosa, cultivado durante 22 anos sob SPD, no município de Tibagi (PR). Técnicas de processamento de imagens e de placa de pregos foram empregadas na avaliação de 40 quadrículas de um perfil de 80 ´ 50 ´ 3 cm, revelando que 36% das raízes de milho e 30% das raízes de soja estão concentradas na camada 0-10 cm do solo. A distribuição percentual no perfil do solo de matéria seca radicular foi semelhante nas duas culturas. O sistema radicular do milho apresentou 1.324 kg C ha-1 e 58 kg N ha-1, com maior densidade por matéria seca e de raízes em vias de decomposição na camada superficial do solo, decrescendo com a profundidade. O sistema radicular da soja (392 kg C ha-1 e 21 kg N ha-1) teve contribuição maior de raízes finas e de densidade por comprimento do que do milho. O efeito das raízes do milho sobre o C microbiano alcançou camadas mais profundas do que o das raízes da soja. O N microbiano apresentou melhor correlação com a concentração de raízes finas ativas e com as raízes em decomposição ou de forma indefinida, provavelmente em função da maior quantidade de C e N de fácil assimilação pelos microrganismos.

Some root parameters such as distribution, length, diameter and dry matter are inherent to plant species. Roots can influence microbial population during vegetative cycle through the rhizodeposits and, after senescence, integrating the soil organic matter pool. Since they represent labile substrates, especially regarding nitrogen, they can determine the rate of nutrient availability to the next crop cultivated under no-tillage (NT). The root systems of two crop species: maize (Zea mays L.) cultivar Cargill 909 and soybean [Glycine max (L.) Merr.] cultivar Embrapa 59, were compared in the field, and their influence on spatial distribution of the microbial C and N in a clayey-textured Typic Hapludox cultivated for 22 years under NT, at Tibagi, State of Paraná (PR), Brazil, was determined. Digital image processing and nail-plate techniques were used to evaluate 40 plots of a 80 ´ 50 ´ 3 cm soil profile. It was observed that 36% and 30% of the maize and soybeans roots, respectively, are concentrated in the 0 to 10 cm soil layer. The percent distribution of root dry matter was similar for both crops. The maize roots presented a total of 1,324 kg C ha-1 and 58 kg N ha-1, with higher root dry matter density and more roots in decomposition in the upper soil layer, decreasing with depth. The soybean roots (392 kg C ha-1 and 21 kg N ha-1) showed higher number of thinner roots and higher density per length unity compared to the maize. The maize roots enhanced microbial-C down to deeper soil layers than did the soybean roots. The microbial N presented a better correlation with the concentration of thin active roots and with roots in decomposition or in indefinite shape, possibly because of higher concentration of C and N easily assimilated by soil microorganisms.