Decomposição de resíduos culturais e sua contribuição nos macroagregados e na fração lábil da matéria orgânica do solo no sistema plantio direto

Abstract

Resumo: No sistema plantio direto (SPD), a ausência de revolvimento do solo associada a manutenção dos resíduos culturais na superfície estimula a atividade da biomassa microbiana, ativando a decomposição dos resíduos culturais e gerando um fluxo continuo de C e N, o que afeta a reorganização dos agregados e altera os compartimentos da matéria orgânica do solo (MOS). O objetivo deste estudo foi avaliar a dinâmica da decomposição de culturas de inverno (aveia preta, ervilhaca e nabo forrageiro) e verão (milho, feijão e soja) e sua contribuição para o aporte de carbono orgânico na fração lábil da matéria orgânica do solo e nos macroagregados e a relação de estratificação. Este estudo foi realizado num experimento de longa duração que se encontra sob plantio direto ha 18 anos, na Estação Experimental da Fundação ABC, localizada em Ponta Grossa, PR. A dinâmica da decomposição dos resíduos culturais foi avaliada de forma quantitativa, através da taxa da decomposição e a meia-vida dos resíduos culturais (RC) e de forma qualitativa, através da determinação dos constituintes orgânicos, suas relações e índices de qualidades. No solo foram determinadas as quantidades totais e a evolução do estoque de C e N na fração lábil da matéria orgânica (> 53 µm) e o conteúdo e estoque de C e N nos macroagregados e a relação de estratificação. A taxa de decomposição dos resíduos culturais foi avaliada em oito tempos de amostragem: 0, 10, 25, 45, 70, 100, 135 e 175 dias apos o manejo ou colheita das culturas. A taxa de conversão de C dos RC para a fração lábil da matéria orgânica do solo foi determinada na profundidade de 0-10 cm, considerando dois tempos de amostragem do solo: no inicio do experimento, em outubro de 2006 (t1) e ao final de doze meses, em outubro de 2007(t2). Nos macroagregados do solo (19-8; 8-4 e 4-2 mm) foi determinado carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) em três profundidades (0-2,5; 2,5-5 e 5-10 cm) em outubro de 2007. A perda media de fitomassa durante a decomposição dos resíduos culturais de inverno foi significativamente diferente conforme a sequencia: ervilhaca > aveia preta = nabo forrageiro. A comparação das medias dos resíduos culturais de verão revelou que o feijão apresentou a maior taxa de decomposição, seguido pela soja, enquanto o milho apresentou a menor taxa de decomposição. A meia-vida dos resíduos culturais apresentou a seguinte sequencia: milho (173 dias) > soja (116 dias) > feijão (87 dias) > aveia preta (69 dias) = nabo forrageiro (69 dias) > ervilhaca (46 dias). O conteúdo de lignina associado ao conteúdo de nitrogênio e o fator preponderante no controle da taxa de decomposição dos resíduos. O conteúdo de nitrogênio e carboidratos solúveis e determinante para a velocidade do processo de decomposição e conversão de C dos resíduos culturais para o estoque de C no solo. A taxa media de conversão de C dos RC para o estoque de C-lábil no solo, independente das sucessões foi de 31,3%. O estoque de C-lábil variou de 0,27 a 0,91 Mg ha-1 e a media das sucessões foi de 0,70 Mg ha-1. A porcentagem da classe de macroagregados de 19-8 mm foi significativamente superior as demais, e representou 71,9% na media das sucessões e profundidades. O conteúdo de COT e NT na camada de 0-2,5 cm foi significativamente superior em todas as classes de agregados, independente das sucessões de culturas, e reduziu em profundidade, indicando a formação de estratificação no perfil do solo, devido ao aporte continuo de matéria orgânica através dos resíduos culturais. O conteúdo e o estoque de COT aumentaram quando a sucessão incluiu espécies de relação C:N mais alta (aveia preta, milho e soja). A sucessão de cultura que apresentou o maior conteúdo e estoque de C no solo foi a aveia preta-soja e a relação C:N desta sucessão foi significativamente superior as demais, independente da classe de agregado e profundidade. Independente das sucessões, o conteúdo de COT e NT (g kg-1) e o estoque de COT e NT (kg ha-1) na classe de macroagregados 19-8 mm foi significativamente superior às demais classes em todas as profundidades. Observou-se relação linear significativa entre o conteúdo e o estoque de COT com a relação de estratificação na classe de macroagregados de 19-8 mm. Estes resultados confirmam a importância do sistema plantio direto que, pelo não revolvimento do solo e pelo aporte continuo de resíduos culturais, propicia a formação de macroagregados grandes (19-8 mm) e mais estáveis, que favorecem a proteção física da matéria orgânica no seu interior, com consequente aumento no conteúdo e estoque de C e N no solo.

Abstract: No-tillage (NT) associated with crop residues maintenance on the soil surface stimulates the microbial biomass activity, promoting a continuous C and N flow, which affects the aggregates reorganization and organic matter (SOM) pools and carbon stock. The objective of this study was to evaluate the dynamics of decomposition of winter crops (black oat, vetch and radish) and summer (maize, bean and soybean) and their contribution to C stock in the labile organic matter and macroaggregates and the relationships with stratification ratio in an Oxisol under no-tillage. This study was conducted in a long-term no-tillage experiment for 18 years at the Experiment Station of ABC Foundation, located in Ponta Grossa, PR, Brazil. The dynamics of crop residues decomposition was evaluated in a quantitative way, through decomposition ratio and half-life of the crop residues and, in a qualitative way, through organic components determination and their relationships and quality index. In the soil were determined the total amount and the evolution of C and N stock in the labile organic matter (> 53 ìm) and the C and N content and stock in the macroaggregates and the relationships with the stratification ratio. The decay rate of crop residues was evaluated in eight sampling times: 0, 10, 25, 45, 70, 100, 135 and 175 days after the management or harvest crops. The conversion ratio of C from the crop residues to the labile organic matter in the soil was determined at 0-10 cm depth, considering two times of sampling: in the experiment start, on October/2006 (t1) and at end of the experiment, on October/2007 (t2). The samples to macroaggregates were taken on October/2007 in three depths (0-2.5, 2.5-5 and 5-10 cm) and were measured total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in three macroaggregates classes (19-8, 8-4 and 4-2 mm). The average of biomass losses during decomposition of winter crop residues was significantly different according to the following: vetch > black oat = radish. A comparison of the summer crop residues showed that the bean had the highest decay rate, followed by soybean, while maize hadthe lowest decay rate. The half-life of crop residues showed the following sequence: maize (173 days) > soybean (116 days) > bean (87 days) > black oat (69 days) = radish (69 days) > vetch (46 days). The lignin content associated with the content of nitrogen was the most important factor in controlling the crop residues decay rate. The nitrogen and soluble carbohydrates content was crucial to increase the decomposition process and conversion of C residues into soil C stock. The average of C conversion from RC for the labile C in soil was 31.3%. The labile C stock ranged from 0.27 to 0.91 Mg ha-1 and the average was 0.70 Mg ha-1. The percentage of 19-8 mm macroaggregates was significantly higher to the others, and represented 71.9% of the average for succession and depths. The TOC and TN contents in the 0-2.5 cm layer was significantly higher in all aggregates classes, and reduced with increase depth, indicating the formation of stratification in the soil profile, due to continuous input of organic matter through crop residues. The content and stock of TOC increased when included species with high C:N ratio (black oat, maize and soybean). The crop sequence, which had the highest carbon content and storage in soil was the black oat-soybean (Bo-S) and C:N ratio of this sequence was significantly superior than the others, regardless of the aggregate classes and depth. Regardless of crop sequences, the content (g kg-1) and stock (kg ha-1) of TOC and TN in the macroaggregates 19-8 mm was significantly superior than others classes in all depths. There was linear significantly relation between the TOC content and stock with the stratification ratio in macroaggregates of 19-8 mm. These results confirm the importance of no-tillage, that by the lack of soil disturbance and the continued contribution of crop residues, promotes the formation of ore stable large macroaggregates (19-8 mm) and the physical protection of organic matter to your interior, resulting in an increase of C and N content and stock in the soil.