A modelagem de agroecossistemas pode contribuir na definição de programas de pesquisa em regiões tropicais e subtropicais, antecipando o processo de obtenção de resultados de pesquisa e auxilar na tomada de decisão, potencializando o desenvolvimento regional e reduzindo os impactos negativos das atividades agropecuárias nas mudanças climáticas globais. Assim, este trabalho tem como propósito o de apresentar uma revisão bibliográfica sobre esse tema analizando as principais tendências e oportunidades de pesquisa em regiões tropicais relacionadas com o uso de modelos de simulação como ferramentas para a avaliação de sistemas de produção agropecuária.

Agricultural systems modeling can contribute to define research programs in both tropical and subtropical regions (as Brazil), and it can accelerate research process and it can be an ancillary to decision making process, potentializing regional development as well reducing negative agricultural systems production impact on climate change. This study aims to present a review of the literature on this topic analyzing the major research challenges and opportunities in tropical regions related with the use of simulation models as tool to evaluate agricultural systems production.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de palha e o desempenho agronômico de soja consorciada com espécies forrageiras sobressemeadas, em sistema plantio direto. Utilizou-se um delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições, em um arranjo fatorial 5x2+2, conforme a seguir: cinco espécies forrageiras - Urochloa brizantha 'Marandu', Urochloa ruziziensis, Panicum maximum 'Mombaça', Panicum maximum 'Massai' e Pennisetum americanum - consorciadas com soja, em duas safras agrícolas (2013/2014 e 2014/2015), além de dois tratamentos-padrão, com P.americanum em sucessão à soja ou com cultivo tradicional de soja e pousio no inverno (soja solteira). Avaliaram-se os componentes de produção da soja e a produtividade de palha das forrageiras. Nenhum dos consórcios diminuiu a produtividade de grãos da soja, em comparação ao cultivo solteiro. As espécies sobressemeadas podem aumentar significativamente a produtividade da soja, como no caso do consórcio da soja com P. maximum 'Mombaça' comparado ao cultivo da soja solteira, com ou sem milheto em sucessão. Panicum maximum 'Mombaça' é a espécie forrageira mais eficiente quanto ao acúmulo de matéria seca, no período outono/primavera.

Abstract: The objective of this work was to evaluate the straw production and the agronomic performance of soybean intercropped with oversown forage species, in no-tillage system. A randomized complete block design was carried out with four replicates, in a 5×2+2 factorial arrangement, as follows: five forage species - Urochloa brizantha 'Marandu', Urochloa ruziziensis, Panicum maximum 'Mombaça', Panicum maximum 'Massai', and Pennisetum americanum -, intercropped with soybean over two crop years (2013/2014 and 2014/2015), plus two controls, with P. americanum sowed in succession to soybean or with soybean monocropping followed by winter fallow (traditional cultivation). Soybean yield components and forage straw yield were evaluated. None of the intercropping systems reduced soybean grain yield, compared with monocropped soybean. The oversown species can significantly improve soybean productivity, as is the case for soybean intercropped with P.maximum 'Mombaça', compared with soybean monocropping, followed or not by millet. Panicum maximum 'Mombaça' is the most effective forage species for dry matter accumulation in the fall/spring period.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar o risco de perdas de fósforo por escorrimento superficial por meio de um índice baseado no o grau de saturação de P (GSP) no solo, em solos agrícolas do Sul do Brasil. Foram avaliados 65 solos agrícolas representativos da região. Três formas lábeis de P foram medidas (Mehlich-1, Mehlich-3 e oxalato de amônio), e quatro índices de adsorção de P foram testados (adsorção de P em único ponto e Fe+Al obtido com os três extratores). O P extraível em água (PEA) foi utilizado como índice de suscetibilidade do P a perdas por escoamento superficial. O GSP foi obtido a partir do quociente entre a forma lábil de P e cada índice de adsorção. Os valores do GSP obtidos a partir do quociente entre P Mehlich-1 e a adsorção de P em único ponto variaram de 1 a 25%, enquanto os entre P Mehlich-1 e Fe+Al (oxalato de amônio) variaram de 1 a 55%. Todos os tipos de GSP estiveram altamente correlacionados ao PEA. Do ponto de vista de uso prático, o GSP obtido com P e Fe+Al extraídos com Mehlich-1 pode ser usado para estimar o risco de perda de P por escorrimento superficial em solos do Sul do Brasil.

Abstract The objective of this work was to assess the risk of phosphorus losses by runoff through an index based on the degree of P saturation (DPS), in cropland soils of Southern Brazil. Sixty-five highly representative cropland soils from the region were evaluated. Three labile P forms were measured (Mehlich-1, Mehlich-3, and ammonium oxalate), and four P sorption indexes were tested (phosphorus single sorption point and Fe+Al determined with the three extractors). Water-extractable P (WEP) was used as an index of P susceptibility to losses by surface runoff. The DPS was determined from the ratio between labile P and each sorption index. DPS values obtained from the ratio between Mehlich-1 P and the single P sorption point ranged from 1 to 25%, whereas those from Mehlich-1 P and Fe+Al (ammonium oxalate) ranged from 1 to 55%. All DPS types were highly correlated with WEP. From a practical stand point, the DPS obtained with both P and Fe+Al extracted with Mehlich-1 can be used to estimate the risk of P losses by runoff in soils of Southern Brazil.

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.

A deficiente drenagem natural dos solos de várzea proporciona um ambiente anaeróbico, favorecendo a formação de substâncias tóxicas, como o ácido acético, que afeta o desempenho de espécies de sequeiro nesses ecossistemas. O presente estudo foi conduzido com os objetivos de avaliar os efeitos e estabelecer os níveis críticos de toxidez do ácido acético para culturas de sequeiro alternativas para solos de várzea, como o milho, a soja e o sorgo. Os tratamentos constaram de seis doses de ácido acético, entre zero e 8mM, para milho (Embrapa BRS 1001) e sorgo (BRS 307), e quatro doses entre zero e 4mM, para soja (Embrapa BRS 133), com seis repetições, em delineamento completamente casualizado. Os indicadores avaliados foram os parâmetros morfológicos do sistema radicular (comprimento, raio, área e massa seca relativas) e concentração de N, P, K, Ca e Mg e massa seca relativa da parte aérea das plantas. O ácido acético foi tóxico para as culturas do milho, da soja e do sorgo, causando reduções no comprimento, na área e na massa seca radicular e na massa seca e na concentração de N, P, K, Ca e Mg da parte aérea. As concentrações de ácido acético responsáveis pela inibição de 50% do comprimento radicular relativo foram de 2mM para a soja e 2,7mM para o milho e o sorgo.

The poor drainage of wetland soils originates an anaerobic environment favoring the appearance of toxic substances, like acetic acid, which affects negatively the growth of dryland crops. The present work was carried out with the objective of evaluating the effects of acetic acid and establishing its threshold for alternative crops cultivated in wetland soils, such as maize, soybean and sorghum. Plants of maize (Embrapa BRS 1001) and sorghum (BRS 307) were exposed to six acetic acid levels, from zero to 8mM; whereas plants of soybean (Embrapa BRS 133) were exposed to four levels, from zero to 4mM. The experimental design used was completely randomized with six replications. Morphological parameters of plant root system (length, root radium, area and relative dry mass), relative shoot dry mass and N, P, K, Ca and Mg concentration in plant shoot were assessed. The acetic acid was toxic to maize, soybean and sorghum, being evidenced by decreases in the root length and dry mass, in the total plant dry mass and in the N, P, K, Ca and Mg contents in the plant shoot. The acetic acid concentrations responsible for decreasing 50% of the relative root length were 2mM for soybean and 2.7mM for maize and sorghum.

A avaliação da fertilidade do solo pode ser feita por vários métodos, entre eles os testes com plantas em campo ou em vasos. Estudos em casa de vegetação com solos sob sistema plantio direto são dificultados pela obtenção de amostras indeformadas. O presente estudo teve por objetivos propor um equipamento de coleta de amostras de solo indeformadas e testar sua eficácia para uso em estudos em casa de vegetação, especialmente em solos sob sistema plantio direto. Foi desenvolvido um amostrador cilíndrico com diâmetro de 200 e 300 mm de altura. Foram comparadas a resistência do solo à penetração e a densidade do solo no local de coleta e dentro do amostrador. A amostragem foi feita em quatro locais, em solos com distintas classes de argila e em diferentes profundidades, sendo: um Argissolo Vermelho distrófico típico (PVd) localizado na Estação Experimental Agronômica da UFRGS, em Eldorado do Sul; um Latossolo Vermelho distrófico típico (LVd2) localizado em área de produção, em Cruz Alta; um Latossolo Vermelho distroférrico típico (LVdf2) localizado em área de produção, em Ijuí; e um Latossolo Vermelho distroférrico típico (LVdf2) localizado em área de produção, em São Miguel das Missões. Não houve diferença estatística entre as médias de resistência do solo à penetração e a densidade do solo em cada local e em cada profundidade de amostragem. O equipamento proposto permite obter amostras de solo indeformadas que podem ser utilizadas para estudos em condições controladas com amostras de solo, com estrutura indeformada.

Soil fertility can be evaluated by several methods, such as field or greenhouse tests with plants. In greenhouse studies with untilled soils the sampling of undisturbed soil cores is difficult. The aim of this study was to propose an equipment for undisturbed soil core sampling of untilled soils for greenhouse studies and test its efficiency. A sampler with a diameter of 200 mm and depth of 300 mm was developed. The soil penetration resistance and density of the soil and within the sampler were compared. Soil was sampled at four sites with different clay contents: an Acrisol, at the UFRGS Agronomic Experimental Station (Lat. S 30 º 05 ' 42 " and Long. W 51 º 40 ' 32 "), in Eldorado do Sul; an Oxissol in a crop production area (Lat. S 28 º 44 ' 17 " and Long. W 53 º 41 ' 54 ") in Cruz Alta; an Oxissol in a crop production area (Lat. S 28 º 19 ' 55 " and Long. W 53 º 55 ' 54 ") in Ijuí; and an Oxissol in a crop production area in São Miguel das Missões (Lat. S 28 º 55 ' 53 " and Long. W 54 º 20 ' 47 "). The results did not differ statistically for soil penetration resistance and soil density at each site and sampling depth. The proposed methodology can be used to collect undisturbed soil samples in greenhouse studies with untilled soils.

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.

As substâncias húmicas podem influenciar direta ou indiretamente o metabolismo das plantas, alterando assim o seu crescimento. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de substâncias húmicas (SH) no crescimento e na concentração de nutrientes em plantas de feijão (Phaseolus vulgaris, L.) e nos parâmetros cinéticos de absorção de K. O experimento foi realizado em bancada de laboratório, com luz artificial. As plantas cresceram em vasos contendo solução nutritiva completa acrescida de cinco doses (0; 2,5; 5; 10; e 20 mg L-1 de C) de SH solúveis em meio alcalino (ácido húmico + ácido fúlvico), extraídos de amostra de carvão mineral da mina de Candiota, RS, da Companhia Riograndense de Mineração, num delineamento completamente ao acaso, com três repetições. Aos 28 dias de cultivo, foram avaliados parâmetros cinéticos de absorção de K, massa da parte aérea e da raiz seca, teores de N, P, K, Ca e Mg no tecido da parte área e as características morfológicas de raízes (comprimento, área e raio). Os resultados evidenciaram que a adição de SH extraída de carvão mineral estimulou o crescimento do feijão e afetou a cinética de absorção de K. A produção de massa da parte aérea seca das plantas mostrou resposta quadrática à adição de substâncias húmicas, atingindo valor máximo na dose equivalente a 11 mg L-1 de C, enquanto a massa das raízes secas aumentou linearmente em até 41 %, com as doses testadas. As características morfológicas de raiz e o estado nutricional das plantas não foram significativamente afetados pelas SH. Os parâmetros cinéticos de absorção de K, Imáx, Cmín e Km, decresceram linearmente com o aumento das doses de SH, causando redução na taxa de absorção de K nas concentrações deste nutriente na solução superiores a 10 μmol L-1.

Humic substances can influence plant metabolism direct or indirectly, thus modifying its growth. The objective of this study was to evaluate the effect of humic-like substances (HS) on kinetics of K uptake, nutrient concentration and growth of common bean (Phaseolus vulgaris, L.). The experiment was performed on a laboratory bench with controlled light conditions. Plants were grown in pots with complete nutrient solution enriched with five levels (0; 2.5; 5; 10 and 20 mg L-1 of C) of alkaline soluble humic-like substances (fulvic and humic acids), extracted from mineral charcoal samples from the Candiota mine (Companhia Riograndense de Mineração), in the State of Rio Grande do Sul, Brazil. The experiment was set up in a randomized design, with three replications. After 28 days of plant growth, kinetics parameters of K uptake, shoot and root dry weight, shoot tissue concentration of nutrients (N, P, K, Ca and Mg) and root morphological parameters (length, area and radius) were evaluated. The results showed that the application of charcoal-extracted humic substances stimulated common bean growth and influenced the kinetics parameters of K uptake. A quadratic response to HS was observed in shoot dry weight, which reached the highest values at 11 mg L-1 of C, whereas root dry mass increased linearly up to 41 % along the increasing HS concentration in solution. Root morphological parameters and nutritional conditions of plants were not significantly affected by HS. The kinetic parameters of K uptake, Imax, Cmin and Km, decreased with increasing HS concentration, causing reduction in K influx when the K concentration in solution exceeded 10 μmol L-1.

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.