Changes in Soil Organic Matter Fractions under Subtropical No‐Till Cropping Systems

Abstract

Conservation management systems increase soil C and N pools. However, their effects on particulate (>53 μm) and mineral‐associated (<53 μm) soil organic matter (SOM) fractions are less understood under subtropical climatic conditions. This study evaluated the long‐term (12‐yr) effects of three no‐till cropping systems {bare soil, BS; oat (Avena strigosa Schreb.) + vetch (Vicia sativa L.)/maize (Zea mays L.) + cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.), O + V/M + C; and maize + Cajanus [Cajanus cajan (L.) Millsp.], M + C} on C and N pools in particulate and mineral‐associated SOM. The study was performed in southern Brazil, on a sandy clay loam Acrisol. Cropping systems that included cover crops increased C and N pools in both particulate and mineral‐associated SOM when compared with BS. Mineral‐associated SOM had five to nine times more C and 13 to 26 times more N than particulate organic matter and was responsible for 69 to 80% of total atmospheric CO2 sequestred by soil in O + V/M + C (38 Mg ha−1) and M + C (51 Mg ha−1). The higher C and N pools were associated with greater recalcitrance of mineral‐associated SOM to biological decomposition, resulting from its interaction with variable charge minerals. The negative relationship between decay rates of SOM and the concentrations of Fe oxides and kaolinite demonstrated the physical stability of SOM caused by interaction with variable charge minerals. Power saturation curves of electron spin resonance (ESR) spectroscopy in the 20‐ to 53‐, 2‐ to 20‐, and <2‐μm granulometric fractions also reinforced this hypothesis. The SOM interaction with variable charge minerals plays an important role in preserving SOM storage, enhancing the potential of tropical and subtropical soils to act as an atmospheric CO2 sink.

Soil health: looking for suitable indicators. What should be considered to assess the effects of use and management on soil health?

“…In this context, the conventional tillage system is considered to be more aggressive because the intensive soil revolving disturbs some attributes associated to soil health, e.g. decrease in organic matter (Grace et al, 1994), loss of structure (Bayer et al, 2001), increased risk of erosion (Volk et al, 2004), in addition to losses of microbial diversity and activity (Gupta et al, 1994). Less aggressive techniques of soil use, like minimum tillage (Sun et al, 2010) and no-tillage (Balota et al, 2003;Babujia et al, 2010) have been identified as less impacting systems of soil management.…”

Carbono e nitrogênio nas frações granulométricas da matéria orgânica do solo, em sistemas de culturas sob plantio direto

“…A matéria orgânica (MO) é indicada como o atributo ideal para avaliar e monitorar a qualidade do solo de sistemas agrícolas (Bayer et al, 2001;Franzluebbers, 2002;Conceição et al, 2005;Shukla et al, 2006), por atuar em processos que melhoram as funções dele (Gregorich et al, 1994). Entre esses processos estão a diversidade e atividade biológica, a formação e estabilização de agregados, a infiltração e retenção de água, o aumento da CTC, o estoque e a ciclagem de nutrientes, a complexação de compostos e elementos prejudiciais aos ecossistemas (Six et al, 2002a,b;Balota et al, 2004;Shukla et al, 2006;Vieira et al, 2009).…”

“…A fração particulada da MO (C e N da fração >53 µm), que consiste em fragmentos de plantas, animais e fungos, é sensível em detectar variações em práticas agrícolas e, por isso, é apontada como o melhor indicador para controlar alterações na qualidade do solo de sistemas de manejo (Bayer et al, 2001;Conceição et al, 2005;Diekow et al, 2005). A principal função da MO particulada é servir como fonte de energia e nutrientes aos organismos, o que desencadeia os processos de formação e estabilização dos agregados, transformações bioquímicas dos elementos e aumento de cargas no solo (Duxbury et al, 1989;Baldock & Skjemstad, 2000;Six et al, 2002a).…”

“…O sistema plantio direto (SPD) promove maior qualidade do solo em relação ao preparo convencional (Bayer et al, 2001;Diekow et al, 2005), em razão do não revolvimento do solo, da proteção física e manutenção da MO particulada e das propriedades emergentes que ela proporciona. Porém, a melhoria em qualidade do solo no SPD depende dos sistemas de culturas utilizados, pois o número e a alternância de espécies vegetais na rotação de culturas podem alterar a quantidade, qualidade e forma de adição de C e N ao solo (Oades, 1995;Santos et al, 2011).…”

“…Porém, a melhoria em qualidade do solo no SPD depende dos sistemas de culturas utilizados, pois o número e a alternância de espécies vegetais na rotação de culturas podem alterar a quantidade, qualidade e forma de adição de C e N ao solo (Oades, 1995;Santos et al, 2011). A disposição temporal das espécies, a utilização de culturas para cobertura e com elevada produção de fitomassa, tanto pela parte aérea como pelo sistema radicular (Janzen et al, 1998), também podem interferir diretamente os estoques de C e N nas diferentes frações da MO (Balesdent et al, 2000;Six et al, 2000;Bayer et al, 2001;Six et al, 2002a;Chevallier et al, 2004;Sisti et al, 2004;Diekow et al, 2005), o que tem potencial para modificar significativamente a qualidade do solo.…”