Assessment of Soil Physical Quality and Water Flow Regulation under Straw Removal Management in Sugarcane Production Fields

Abstract

Removing sugarcane straw to increase bioenergy production can generate significant income to the industry. However, straw contributes to the regulation of soil functions and consequently supports the provision of ecosystem services, such as water flow regulation. Thus, straw removal may hinder the provision of these services, especially in mechanized sugarcane production systems, which have soil compaction problems due to machinery traffic. In this study, we assess a six-year experiment in Brazil with four rates of straw removal: 0 Mg ha−1 (TR), 5 Mg ha−1 (HR), 10 Mg ha−1 (LR), and 15 Mg ha−1 (NR) remaining straw. Using attributes, such as soil bulk density, porosity, water infiltration, runoff, saturated hydraulic conductivity and available water-holding capacity, as indicators of key soil functions, we calculated a soil-related ecosystem service (ES) index for water flow regulation provision. The ES index revealed that water flow regulation was low regardless of the straw management (0.56, 0.63, 0.64 and 0.60 for TR, HR, LR and NR, respectively). It can be a consequence of soil compaction caused by machinery traffic throughout the successive cycle, whose straw was unable to mitigate this issue. Thus, by the end of the sugarcane cycle (sixth ratoon), straw removal had little effect on soil physical and hydraulic indicators, and consequently had little impact on the provision of the soil-related ES associated with water flow regulation. Nevertheless, straw management should be planned to consider other functions and soil-related ES benefited by straw retention.

Variabilidade espacial da resistência do solo à penetração em áreas cultivadas com cana-de-açúcar sob diferentes tempos de colheita mecanizada com tráfego controlado-de-açúcar sob colheita mecanizada com tráfego controlado

“…Several studies show that conventional preparation and intense traffic of agricultural machinery are the main tails of the physical degradation of soils in sugarcane plantation areas (Carvalho et al, 2022;Farhate et al, 2022;Luz et al, 2022a;Luz et al, 2022b). In order to mitigate the negative effect of machines in the field, controlled traffic is being adopted, which is based on the premise that the tires of the machines only travel interrows of the crop, favoring the lower appearance of compacted layers with greater resistance to soil penetration (Oliveira Filho et al, 2016).…”

Modelagem de perda de solo como auxílio na tomada de decisão de manejo durante a renovação de canaviais

“…A infiltração de água no solo ou coeficiente de infiltração (Ks) determina a velocidade com a qual a água percorre os horizontes do solo e seu entendimento é fundamental para a adoção de práticas conservacionistas que visam mitigar a perda de solo. O Ks é influenciado por todas as práticas de manejo adotadas no solo e é responsável pela regulação de todo o fluxo hídrico na microbacia, abastecimento de aquíferos, redução do escoamento superficial, logo por boa parte dos serviços ecossistêmicos do solo (CARVALHO et al, 2022). Estudos de infiltração de água no solo também são utilizados para o dimensionamento de drenagem em estruturas civis como barragens, loteamentos e são de suma importância para a manutenção das mesmas.…”

“…A infiltração de água no solo possui elevada variabilidade, seja ela espacial ou temporal, mesmo em um mesmo solo (NETO et al, 2021). Além da elevada variabilidade também é influenciada por diversos parâmetros químicos, físicos e biológicos do solo (CARVALHO et al, 2022). No intuito de estabelecer uma relação entre o coeficiente de infiltração e a densidade do solo foi estabelecida uma relação entre os dois parâmetros físico-hídricos do solo (Figura 16).…”