ABSTRACT The improvement of carbon (C) accumulation in soils has been one of the main purposes of the conservation systems in agricultural production. This study aimed to assess the long-term effect of conventional tillage (CT) and no-tillage (NT) combined with winter cover crops, black oat and oilseed radish, and fallow on C accumulation and stabilization in a very clayey Oxisol in Southern Brazil. Soil samples were collected in the 0-0.05, 0.05-0.10 and 0.10-0.20 m layers of a 26-year-old experiment. Distribution of size-class aggregates, C stock in aggregates, total C stock, and C stocks in the physical fractions, free particulate organic matter (free-POM), occluded particulate organic matter (occluded-POM) and mineral-associated organic matter (min-OM) were assessed. NT had a higher percentage of macroaggregates and C stock in this size-class, and also higher C stock in bulk soil, free-POM and occluded-POM fractions than CT in 0-0.05 m (Tukey’s test p < 0.05), due to higher input of biomass and minimum soil mobilization in NT. Oat and radish had higher C stock in macroaggregates than fallow in 0.05-0.10 m (Tukey’s test p < 0.05). Radish had the highest C stock in the free-POM (0-0.05 m). Fallow decreased the stabilization of macroaggregates and C accumulation in free-POM, due to the lower C input from aboveground biomass over the years. In conclusion, NT after 26 years improved C accumulation and stabilization, mainly in the superficial layer and in POM fractions, and winter cover crops favored the formation and stability of macroaggregates.

ABSTRACT: Management systems to improve soil quality are essential for agricultural and environmental sustainability. We assessed the quality of soil management systems applied to a subtropical Acrisol in terms of the carbon management index (CMI), the stratification ratio for total organic carbon (SR-TOC) and light fraction of organic matter (SR-LF). In addition, we examined their relationship to chemical, physical and biological soil quality indicators, as well as to maize yield. The study was conducted on a long-term experiment (18 years) in southern Brazil involving two different systems [no tillage (NT) and conventional tillage (CT)], two cropping systems [black oat/maize (O/M) and black oat + vetch/maize + cowpea (OV/MC)] and two nitrogen fertilizer rates for maize (0 and 180 kg ha–1). Based on the three indices, the best managements for soil quality comprised NT (50-212 % better than CT), legume cover crops (10-47 % better than O/M) and N fertilization (8-33 % better than no fertilizer). All three indices proved accurate to assess the impact of soil management systems, especially SR-LF, which showed increased sensitivity and close relationships with chemical, physical and biological soil quality indicators. On the other hand, a poor relationship was observed between soil C indices and maize yield, which was improved only by legume cover crops and N fertilization. The results showed that the association of no-till system to an abundant supply of crop residues is key to ensure high soil quality and crop yields in humid subtropical regions.

ABSTRACT Brazilian agriculture contributes significantly to nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) emissions, so the understanding of such emissions at the field is crucial for mitigation strategies. This study quantified the impact of N application and sheep grazing on the N2O and CH4 emissions from a subtropical Ferralsol under an integrated crop-livestock (ICL) management system. In a long-term experiment in southern Brazil, gaseous fluxes were measured during a year-long cycle of ryegrass (Lolium multiflorum) plus oats (Avena sativa) winter pasture and a summer crop of common beans (Phaseolus vulgaris). Three rates of urea-nitrogen (0, 75, and 150 kg ha-1) were applied to the winter-pasture, which was subjected to two sheep grazing levels (continuously grazed, and ungrazed). The experiment had a complete randomized block design with three replicates. Soil N2O and CH4 fluxes were measured with closed static-chambers (0.20 m high × 0.25 m in diameter). Nitrous oxide emission peaks occurred 28 days after N application and increased with N application rate. Accordingly, the cumulative N2O emissions averaged across grazed and ungrazed treatments increased from 0.45 kg ha-1 in the control soil to 1.78 and 2.10 kg ha-1 after application of 75 and 150 kg ha-1, respectively. The N2O emission factors were 1.7 and 1.1 % when the N rates were 75 and 150 kg ha-1, respectively. The cumulative average N2O emission for all N rates was 2.09 kg ha-1 in ungrazed pasture, but it was reduced by 62 % with grazing to 0.80 kg ha-1, perhaps because of a possible denitrification of N2O to N2 associated with soil compaction from trampling. Overall, fertilizer-N is an important source of N2O from soil under ICL based on sheep grazing, with emission factors consistent with the IPCC’s default of 1 % (0.3-3.0 %). Grazing reduced the emission of soil N2O, but the underlying cause of that reduction needs to be better understood.

RESUMO O uso de resíduos vegetais carbonizados vem sendo resgatado e avaliado como alternativa para melhorar a qualidade do solo. O material gerado, denominado biocarvão, é o produto formado a partir da pirólise, que é a alteração térmica da biomassa em ambiente fechado, com suprimento limitado de oxigênio e em temperaturas relativamente baixas. A composição química e estrutural do biocarvão é altamente heterogênea, mas o pH é normalmente maior que sete. Algumas propriedades estão presentes em todos os biocarvões, incluindo alto teor de carbono e grau de aromaticidade, o que explica seu alto nível de recalcitrância. Contudo, a exata composição química e estrutural é dependente da combinação da matéria-prima e das condições de pirólise. Quando aplicado ao solo, o biocarvão pode aumentar o pH, a capacidade de troca de cátions, o teor de carbono orgânico e a disponibilidade de nutrientes; alterar a abundância e funcionamento de fungos micorrízicos e prover refúgio para microrganismos nos microporos do biocarvão; e melhorar a estrutura do solo e disponibilidade de água. Todas estas características de interação com o solo fazem com que a sua utilização no meio agrícola apresente normalmente efeitos positivos para o crescimento vegetal. Acredita-se também que a utilização de biocarvão possa contribuir para o sequestro de carbono, sendo considerado por muitos como “carbono negativo”, devido a sua capacidade de promover o crescimento vegetal e pela sua estabilidade no solo. Estudos com o biocarvão já atingiram proporções de escala mundial envolvendo diversas áreas e têm crescido muito nos últimos anos. No entanto, ainda existem muitas incertezas sobre a sua utilização na agricultura, devido principalmente ao fato de que os trabalhos publicados têm dado mais atenção a sua capacidade de manutenção e melhoria da fertilidade do solo e aumento da produtividade agrícola do que esclarecimentos dos possíveis riscos envolvidos na utilização do biocarvão.

ABSTRACT The use of carbonized plant biomass has been recovered and evaluated as an alternative of improving soil fertility. The material generated, called biochar, is the product formed by pyrolysis, which is the thermal decomposition of biomass in a closed container under limited supply of oxygen and at relatively low temperatures. The chemical and structural composition of biochar is highly heterogeneous, with the exception of pH, which is usually higher than seven. Some properties are present in all kinds of biochar, including high carbon content and degree of aromaticity, which explains its high level of recalcitrance. However, its exact chemical composition and structure depends on the combination of raw material and pyrolysis conditions. When applied to soil, biochar can increase pH, cation exchange capacity and organic carbon and nutrient availability, raises in the abundance and functioning of mycorrhizal fungi, providing refuge for micro-organisms in the biochar micropores and improving soil structure and water availability. All these features in the soil interaction make its use in the agriculture normally to have positive effects on plant growth. It is believed that the use of biochar can contribute to carbon sequestration, it is considered by many as “carbon negative” due to its ability to promote plant growth and its stability in the soil. Studies with biochar have reached worldwide proportions involving different areas, and have grown a lot in recent years. However, there are still many uncertainties about its use in agriculture, mainly because the published papers have given more focus to biochar ability to maintain and improve soil fertility and increase agricultural productivity than to clarify the possible risks involved in biochar utilization.

RESUMO A interação de compostos orgânicos com minerais de argila pode alterar o tamanho dos cristais. No entanto, em solos, esse efeito é ainda pouco claro por causa das limitações na separação de fases puras de minerais para realizar experimentos de dissolução. Neste estudo, a relação entre a matéria orgânica do solo (MOS) e diâmetro médio do cristal (DMC) de minerais de argila de horizontes superficiais e subsuperfíciais de solos de uma topossequência no sul do Brasil foi avaliada. Os teores de C e N foram determinados, e a natureza dos grupos funcionais da MOS foi avaliada por espectroscopia de FTIR. O DMC dos minerais foi avaliado por difração de raios X, em umas amostras desferrificadas e outras com óxidos de Fe concentrados. Os teores de C e N e as intensidades relativas dos espectros de FTIR foram considerados como variáveis preditoras; e o DMC de hematita, goethita, caulinita e gibbsita, como variáveis preditas. Os teores de C e N e os grupos carboxílicos e C-O-Alquil evidenciaram efeito significativo sobre a variação do DMC. A dimensão dos cristais de óxidos de Fe e de caulinita foi inversamente correlacionada com esses atributos da MOS. Em contraste, o DMC de gibbsita não foi influenciado pelos atributos dae MOS. A influência da MOS sobre o DMC dos óxidos de Fe foi atribuída às reações de complexação de superfície e de redox, que promovem um processo contínuo de dissolução-precipitação.

ABSTRACT The interaction of organic compounds with clay minerals can change the size of crystals. However, in soils this effect is still unclear because of limitations in separation of pure mineral phases for conducting dissolution experiments. In this study, the relationship between soil organic matter (SOM) and mean crystallite size (MCS) of clay minerals from surface and subsurface horizons of soils from a toposequence in Southern Brazil was evaluated. Soil C and N contents were determined and the nature of the SOM functional groups were evaluated by FTIR spectroscopy. The MCS of minerals was assessed by X ray diffraction performed on Fe-oxide free samples and on Fe-concentrated samples. The C and N content and the relative intensities of the FTIR spectra were considered as predictor variables, and the MCS of hematite, goethite, kaolinite, and gibbsite as predicated variables. The C and N content and carboxylic and C-O-alkyl groups showed significant effects on the variation of MCS. The crystallite dimension of the Fe-oxides and kaolinite was inversely affected by these SOM properties. In contrast, the MCS of gibbsite was not affected by the SOM properties. The SOM influence on the MCS of Fe-oxides was attributed to surface complexation reactions and to surface redox reactions that promote a continuous dissolution-precipitation process.

RESUMO Urina e fezes de ovinos são componentes importantes do ciclo do N em pastagens, mas pouco se sabe sobre o efeito desses nas emissões de óxido nitroso (N2O) para atmosfera. Um estudo foi conduzido para quantificar as emissões de N-N2O provenientes das excretas de ovinos sobre uma pastagem de azevém num Argissolo Vermelho Distrófico típico no sul do Brasil. Quatro doses de N-urina (161, 242, 323 e 403 kg ha-1 N) e uma de N-fezes (13 kg ha-1 N) foram aplicadas, além de um tratamento-controle sem aplicação de excretas. O fator de emissão de N-N2O (FE = % do N adicionado emitido na forma de N-N2O) foi calculado para urina e fezes, levando em consideração os fluxos de N2O determinados no período de 39 dias. Os FEs da urina e fezes foram utilizados para estimar as emissões de N-N2O num período de 90 dias da pastagem no inverno, sob duas intensidades de pastejo (2,5 e 5,0 vezes o potencial de consumo dos ovinos). Os fluxos de N-N2O variaram de 4 a 353 µg m-2 h-1. Os fluxos mais elevados de N-N2O ocorreram 16 dias após a aplicação da urina e das fezes, quando os teores mais elevados de nitrato ocorreram e a porosidade preenchida por água excedeu 60 %. O FE médio da urina foi 0,25 % do N aplicado, muito superior ao verificado para as fezes (0,06 %). Considerando o período de 90 dias de utilização da pastagem no inverno, estimou-se que a emissão de N-N2O foi de 0,54 kg ha-1 na intensidade de pastejo baixa e de 0,62 kg ha-1 na intensidade de pastejo moderada. Entre as excretas, a urina foi o principal contribuinte para a emissão de N-N2O (media de 36 %), enquanto as fezes foram responsáveis por menos do que 0,1 % das emissões totais de N-N2O do solo.

ABSTRACT Livestock urine and dung are important components of the N cycle in pastures, but little information on its effect on soil nitrous oxide (N2O) emissions is available. We conducted a short-term (39-day) trial to quantify the direct N2O-N emissions from sheep excreta on an experimental area of ryegrass pasture growing on a Typic Paleudult in southern Brazil. Four rates of urine-N (161, 242, 323, and 403 kg ha-1 N) and one of dung-N (13 kg ha-1 N) were applied, as well as a control plot receiving no excreta. The N2O-N emission factor (EF = % of added N released as N2O-N) for urine and dung was calculated, taking into account the N2O fluxes in the field, over a period of 39 days. The EF value of the urine and dung was used to estimate the emissions of N2O-N over a 90-day period of pasture in the winter under two grazing intensities (2.5 or 5.0 times the herbage intake potential of grazing lambs). The soil N2O-N fluxes ranged from 4 to 353 µg m-2h-1. The highest N2O-N fluxes occurred 16 days after application of urine and dung, when the highest soil nitrate content was also recorded and the water-filled pore space exceeded 60 %. The mean EF for urine was 0.25 % of applied N, much higher than that for dung (0.06 %). We found that N2O-N emissions for the 90-day winter pasture period were 0.54 kg ha-1 for low grazing intensity and 0.62 kg ha-1 for moderate grazing intensity. Comparison of the two forms of excreta show that urine was the main contributor to N2O-N emissions (mean of 36 %), whereas dung was responsible for less than 0.1 % of total soil N2O-N emissions.

Os mecanismos de estabilização da matéria orgânica (MO) têm sido estudados em solos tropicais e subtropicais brasileiros; no entanto, poucos trabalhos avaliaram a influência da parte metodológica do uso das soluções nos resultados obtidos. Objetivou-se avaliar a eficiência de duas soluções salinas (iodeto de sódio - NaI 1,8 kg dm-3 e politungstato de sódio - PTS 2,0 kg dm-3) na separação de frações densimétricas da MO em dois solos (Argissolo Vermelho do sul do Brasil - 220 g kg-1 argila e Latossolo Vermelho do Cerrado - 630 g kg-1 argila) e o reflexo dessa eficiência na magnitude e importância do mecanismo de proteção física por oclusão em agregados no acúmulo de MO em solos brasileiros. Amostras de solo coletadas nas camadas de 0,00-0,05; 0,05-0,10; e 0,10-0,20 m foram submetidas ao fracionamento físico densimétrico e separadas as frações leve livre (FLL), leve-oclusa (FLO) e pesada (FP) da MO do solo. O uso de PTS 2,0 kg dm-3 aumentou o rendimento de carbono orgânico (CO) das FLL e FLO em ambos os solos em relação à solução de NaI 1,8 kg dm-3, sendo o efeito mais pronunciado na FLO. A utilização do sistema plantio direto (PD) aumentou os estoques de CO total na camada de 0,00-0,05 m do Argissolo em relação ao solo em preparo convencional (PC). O mecanismo de proteção física da MO por oclusão em agregados foi efetivo no aumento dos estoques de C do solo, sendo responsável por aproximadamente ⅓ do acúmulo na camada superficial do Argissolo (0,00-0,05 m). Para o Latossolo, não houve diferenças entre o estoque de CO total do PD e do PC, porém o solo sob PD apresentou acúmulo de aproximadamente ⅔ do estoque de C como FLO na camada superficial do solo. A proteção física por oclusão em agregados é um mecanismo expressivo na estabilização e sequestro de C em solos tropicais e subtropicais, cuja importância pode ser mascarada pela baixa eficiência da solução de NaI em estudos de fracionamento densimétrico da MO do solo.

The mechanisms of stabilization of organic matter (OM) have been studied in Brazilian tropical and subtropical soils; however, few studies have evaluated the influence of the methodological part of the use of the solutions in the results. The aim of this study was to evaluate the efficiency of two salt solutions (1.8 kg dm-3 sodium iodide - NaI, and 2.0 kg dm-3 sodium polytungstate - SPT) in separation of densimetric soil organic matter (SOM) fractions in two soils (Acrisol from southern Brazil - 220 g kg-1 clay, and Ferralsol from the Cerrado [Brazilian tropical savanna] - 630 g kg-1 clay) and the impact of this efficiency in interpreting results such as the magnitude and importance of the mechanism of physical protection by occlusion in aggregates in organic matter accumulation in Brazilian soils. Soil samples taken from the 0.00-0.05, 0.05-0.10, and 0.10-0.20 m layers underwent density fractionation, and the free light fraction (FLF), occluded light fraction (OLF), and heavy fraction (HF) of OM were obtained. The use of 2.0 kg dm-3 SPT increased the content of organic carbon (C) in the FLF and in the OLF of both soils in comparison to 1.8 kg dm-3 NaI, and the effect was more pronounced in the OLF. Use of the NT system increased the SOM content in the 0-0.05 m layer compared to CT in the Acrisol. The mechanism of physical protection of SOM by occlusion in aggregates was effective in increasing soil C stocks, accounting for ⅓ of C accumulation in the 0.00-0.05 m layer of the Acrisol. For the Ferralsol, there were no differences between the stock of total organic carbon (TOC) in NT and CT, but the soil in NT showed an accumulation of approximately ⅔ of the C stock as OLF in the topsoil. Physical protection by occlusion in aggregates is a significant mechanism in C stabilization and sequestration in tropical and subtropical soils, but its importance may be masked by the low efficiency of the NaI solution in studies of densimetric fractionation of SOM.

A construção de represas pode aumentar a emissão de gases do efeito estufa (GEE), principalmente metano (CH4) pela decomposição anaeróbica dos resíduos florestais, como galhos, ramos, folhas e miscelânea inundados. Objetivou-se, neste estudo, avaliar a emissão de CH4 após a inundação do solo coberto com resíduos florestais. Unidades experimentais foram construídas com tubos de PVC contendo solo e diferentes combinações de dose (0; 21,2; 42,3 e 64,1 Mg ha-1) e tipo de resíduos (folhas, ramos e miscelânea, galhos e composição original) e água de rio. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com arranjo fatorial e três repetições. As taxas de emissão de CH4 foram monitoradas em 19 eventos durante um ano (Fevereiro/2012 a Março/2013). Cerca de 75 dias após a incubação do solo com resíduos florestais verificou-se aumento das emissões de CH4, ocorrendo dois picos de emissão, aos 111 e aos 249 dias. A emissão acumulada de CH4 no primeiro ano de alagamento foi de 200 g C m-2 na dose zero, passando a valores próximos a 400 g C m-2 nas doses de 21,2 Mg ha-1 e maiores, não havendo efeito do tipo de resíduo, apenas da dose, como fator isolado.

The construction of dams can increase the emission of greenhouse gases (GHG), mainly methane (CH4) by the anaerobic decomposition of forest residues like twigs, branches, leaves and miscellaneous flooded. The aim of this study was to evaluate the emission of CH4 after the flooding of soil covered with residuals of forests. Experimental units were built with PVC tubes containing soil covered with different combinations of dose (0; 21.2; 42.3 and 64.1 Mg ha-1) and type (branches, leaves and miscellaneous; twigs; and original composition) of forest residues and river water. The experimental design was completely randomized with factorial arrangement and three replications. Rates of CH4 emission were monitored in 19 events during one year (February/2012 to March/2013). Approximately, 75 days after incubation of soil with residue, a significant increase in CH4 emission was observed occurring two emission peaks: at 111 and 249 days. The cumulative emission of CH4 in the first year after flooding was 200 g C m-2 in the dose zero, until above 400 g C m-2 in the 21.2 Mg ha-1 and higher doses, with no effect of type of residues, only the dose as an isolated factor.

Três estimativas de erosividade de chuvas no Estado do Paraná foram feitas nas décadas de 1980-90, mas nenhuma outra depois. Os objetivos deste trabalho foram atualizar, numa quarta estimativa, as informações de erosividade anual das chuvas para o Paraná, com dados pluviométricos de 1986 a 2008; e gerar informações de erosividade mensal para identificar a distribuição temporal da erosividade. Foram utilizados os métodos pluviográfico e pluviométrico de determinação de erosividade. O primeiro serviu para revalidar equações prévias de correlação entre erosividade por pluviografia e por pluviometria, isso feito em três localidades; já o segundo, para calcular o coeficiente de chuva em 114 localidades, utilizando-se dados de precipitação média mensal e anual, e então a erosividade, com as equações de correlação revalidadas. Mapas de erosividade anual e mensal foram gerados por interpolações geoestatísticas. A erosividade variou entre 5.449 e 12.581 MJ mm ha-1 h-1 ano-1 e aumentou no sentido oeste, a partir da região metropolitana de Curitiba; e no sentido sul, a partir do noroeste paranaense. Isso resultou em maiores erosividades nas regiões centro-sul (Guarapuava), centro-ocidental (Campo Mourão), oeste (Cascavel) e, principalmente, sudoeste (Pato Branco). Também houve incremento de erosividade a partir da região metropolitana de Curitiba, no sentido leste, indicando o litoral como outra região crítica em termos de erosividade. A maior erosividade mensal ocorreu em janeiro (média estadual de 1394 MJ mm ha-1 h-1 mês-1), seguida por tendência de diminuição até agosto (331 MJ mm ha-1 h-1 mês-1), quando então tornou a aumentar. Porém, ocorrem dois importantes repiques de erosividade: um em maio e outro em outubro (843 e 1.173 MJ mm ha-1 h-1 mês-1, respectivamente), principalmente nas regiões sudoeste e oeste. Esses repiques coincidem com períodos de implantação de culturas de inverno ou de verão nessas regiões. Em relação à última estimativa de erosividade anual, feita em 1993, houve aumento da área delimitada pela linha isoerodente de 11.000 MJ mm ha-1 h-1 ano-1 nas regiões sudoeste e oeste e um deslocamento das linhas isoerodentes de 7.000 e 8.000 MJ mm ha-1 h-1 ano-1 para o sentido leste nas regiões norte pioneiro, centro-oriental e sudeste, sugerindo elevação da erosividade nessas regiões. Tais alterações de erosividade podem estar associadas às eventuais mudanças no clima da região, mas também ao simples fato de este estudo estar considerando maior quantidade de dados em relação aos estudos anteriores. Concluiu-se que as equações de correlação determinadas entre os métodos pluviográfico e pluviométrico, obtidas para o Paraná em trabalhos anteriores, continuam válidas; os meses críticos quanto à erosividade são janeiro, maio e outubro; e as menores erosividades ocorrem nas regiões noroeste e metropolitana do Estado.

Three estimates of rainfall erosivity in the State of Parana, Brazil, were carried out in the 1980s and 1990s, but none afterwards. The objectives of this study were to update information, as a fourth estimate, on rainfall annual erosivity for Parana, with rainfall data from 1986-2008; and to generate information on monthly erosivity in order to identify its seasonal distribution. We used the pluviographic and pluviometric methods of erosivity determination. The first served to revalidate previous correlation equations between erosivity by pluviography and by pluviometry, which was performed at three sites. The second served to calculate the rainfall coefficient in 114 sites, using monthly and annual mean pluvial precipitation data, and, after that, erosivity, with revalidated correlation equations. Annual and monthly erosivity maps were generated by geostatistical interpolations. Erosivity ranged from 5,449 to 12,581 MJ mm ha-1 h-1 yr-1 and increased in a westerly direction from the Curitiba metropolitan region; and in a southerly direction as of the northwestern region of Parana. That resulted in greater erosivity in the south-central (Guarapuava), west-central (Campo Mourão), west (Cascavel) and, mainly, southwest (Pato Branco) regions. There was also an increase in erosivity from the Curitiba metropolitan region to the east, which indicated the Atlantic Coast as another critical region in terms of erosivity. The highest monthly erosivity occurred in January (average of 1,394 MJ mm ha-1 h-1 month-1 statewide), followed by a trend to decrease until August (331 MJ mm ha-1 h-1 month-1), at which time it increased once more. However, there are two important intermediate peaks in erosivity: one in May and another in October (843 and 1,173 MJ mm ha-1 h-1 month-1, respectively), mainly in the southwest and west regions. Those two intermediate peaks coincide with periods of winter or summer crop establishment in those regions. Compared to the last annual erosivity estimate, carried out in 1993, the area delimited by the isoerodent line of 11,000 MJ mm ha-1 h-1 yr-1 in the southeast and west regions increased, and the isoerodent lines of 7,000 and 8,000 MJ mm ha-1 h-1 yr-1 advanced towards the east in the “pioneering” north, east-central, and southeast regions, suggesting an increase in erosivity in those regions. Such changes in erosivity may be associated with climate changes in the region, but also with the simple fact that the current study is considering a larger amount of data compared to previous studies. We conclude that correlation equations determined between the pluviographic and pluviometric methods of erosivity obtained for Parana in previous studies are still valid. The critical months with respect to erosivity are January, May, and October; and the lowest erosivities occur in the northwest and metropolitan regions of the State.

A representação gráfica dos atributos espaciais do solo em um ambiente digital é uma tarefa complexa, pois requer a conversão de dados coletados de forma discreta para uma superfície contínua. Os objetivos deste estudo foram aplicar técnicas tridimensionais de interpolação e visualização da textura e dos atributos de fertilidade do solo e estabelecer relações com fatores e processos pedogenéticos em uma área de encosta. Os programas GRASS e ParaView foram utilizados para gerar modelos tridimensionais e visualizar volumes de solo, respectivamente. Amostras dos horizontes A, AB, BA e B foram coletadas em uma grade regular de 122 pontos em uma área de 13 ha, em Pinhais, PR, sul do Brasil. As técnicas de geoprocessamento e de computação gráfica foram eficientes para identificar e delimitar volumes de solo com faixas distintas de valores de atributos da fertilidade confinados dentro da matriz do solo. A interpolação tridimensional e a ferramenta de visualização facilitaram a interpretação em um espaço contínuo (volumes) das relações de causa-efeito entre a textura do solo e os atributos de fertilidade e os fatores e processos pedológicos, como os maiores teores de argila seguindo as linhas de drenagem da área. A parte mais plana, com ocorrência de solos mais intemperizados (Latossolos), apresentou os maiores valores de pH e as concentrações mais baixas de Al3+. Essas técnicas de interpolação e visualização de dados têm grande potencial para ser utilizada em diversas áreas da ciência do solo, como a identificação de volumes de solos que ocorrem lado a lado, mas que oferecem diferentes condições físicas, químicas e mineralógicas para o crescimento das raízes das plantas; o monitoramento de plumas de poluentes orgânicos e inorgânicos em solos e sedimentos; entre outras aplicações. Os detalhes metodológicos para a interpolação e visualização em três dimensões de dados de solo foram apresentados neste trabalho.

The graphical representation of spatial soil properties in a digital environment is complex because it requires a conversion of data collected in a discrete form onto a continuous surface. The objective of this study was to apply three-dimension techniques of interpolation and visualization on soil texture and fertility properties and establish relationships with pedogenetic factors and processes in a slope area. The GRASS Geographic Information System was used to generate three-dimensional models and ParaView software to visualize soil volumes. Samples of the A, AB, BA, and B horizons were collected in a regular 122-point grid in an area of 13 ha, in Pinhais, PR, in southern Brazil. Geoprocessing and graphic computing techniques were effective in identifying and delimiting soil volumes of distinct ranges of fertility properties confined within the soil matrix. Both three-dimensional interpolation and the visualization tool facilitated interpretation in a continuous space (volumes) of the cause-effect relationships between soil texture and fertility properties and pedological factors and processes, such as higher clay contents following the drainage lines of the area. The flattest part with more weathered soils (Oxisols) had the highest pH values and lower Al3+ concentrations. These techniques of data interpolation and visualization have great potential for use in diverse areas of soil science, such as identification of soil volumes occurring side-by-side but that exhibit different physical, chemical, and mineralogical conditions for plant root growth, and monitoring of plumes of organic and inorganic pollutants in soils and sediments, among other applications. The methodological details for interpolation and a three-dimensional view of soil data are presented here.

A qualidade do solo em plantio direto está relacionada ao sistema de culturas e pode ser avaliada pelo teor de matéria orgânica particulada (>53 ∝m), em razão da funcionalidade que essa fração proporciona ao solo e à sua sensibilidade às diferenças de manejo. Visando estudar a qualidade do solo em sistemas de culturas em plantio direto, este trabalho foi conduzido em experimento de longa duração (21 anos) em Latossolo Vermelho distrófico típico nos Campos Gerais do Paraná. Seis sistemas de culturas foram avaliados, em que trigo-TR (Triticum aestivum L.), soja-SO (Glycine max L.), milho-MI (Zea mays L.), aveia-preta-AV, para cobertura (Avena strigosa Schreb.), ervilhaca-ER, para cobertura (Vicia villosa Roth); azevém-AZ, para feno (Lolium multiflorum Lam.); ou alfafa-AL, para feno (Medicago sativa L.) compuseram os seguintes sistemas: TR-SO (referência), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO e AL-MI (milho a cada três anos). Os estoques de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e de C e N na matéria orgânica (MO) particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) foram determinados em 0-5, 5-10 e 10-20 cm. O sistema semiperene AL-MI apresentou os maiores estoques de COT e NT na camada de 0-20 cm (63,6 Mg ha-1 COT e 4,6 Mg ha-1 NT), com incrementos anuais de 0,23 Mg ha-1 COT e 0,03 Mg ha-1 NT, em relação ao sistema TR-SO. O sistema AL-MI também teve os maiores estoques de C e N na MO particulada nessa camada (12,5 e 0,91 Mg ha-1, respectivamente), por causa da maior adição de fitomassa pelas raízes e a proteção física dos resíduos orgânicos. Os menores estoques de COT e NT na camada 0-20 cm ocorreram no sistema ER-MI-TR-SO (57,8 Mg ha-1 COT e 4,03 Mg ha-1 NT), sem apresentar incremento anual em relação ao sistema TR-SO. Os estoques de C e N na MO particulada foram de 10,4 e 0,67 Mg ha-1, respectivamente. Essa tendência repetiu-se para as camadas individuais, com diferença significativa entre os sistemas na camada de 0-5 cm e não significativa, para as de 5-10 e 10-20 cm. Na média dos sistemas, a MO particulada contribuiu em torno de 30 % para o estoque total de C na camada 0-5 cm. Rotação de culturas com espécies que tenham sistema radicular ativo por mais tempo, como o sistema semiperene AL-MI, tem potencial de incrementar o estoque total de C e N, especialmente da fração MO particulada, proporcionando funcionalidade ao solo e, consequentemente, qualidade.

Soil quality in no-till systems is related to the crop systems and may be evaluated through particulate organic matter (>53 ∝m) stock due to the functionality this property provides to the soil and its sensitivity to management practices. Aiming to assess soil quality no-till crop systems, this study was carried out through a long-term experiment (21 years) in a Latossolo Vermelho distrófico típico (typical Oxisol) in Ponta Grossa, PR, Brazil. Six crop systems were assessed. Wheat-TR (Triticum aestivum L.), soybean-SO (Glycine max L.), corn-MI (Zea mays L.), oat-AV (Avena strigosa Schreb.) as a cover crop, vetch-ER (Vicia villosa Roth) as a cover crop, ryegrass-AZ (Lolium multiflorum Lam) for hay, or alfalfa-AL (Medicago sativa L.) for hay comprised the following systems: TR-SO (reference), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO and AL-MI (corn every three years). The stocks of total organic carbon (COT) and total N (NT) and C and N in particulate (>53 ∝m) and mineral-associated organic matter (<53 ∝m) were determined at 0-5, 5-10 and 10-20 cm. The semiperennial AL-MI system had the greatest COT and NT stocks in the 0-20 cm layer (63.6 Mg ha-1 COT and 4.6 Mg ha-1 NT), and increased annual sequestration rates in relation to the TR-SO baseline system (0.23 Mg ha-1 year-1 COT and 0.03 Mg ha-1 year-1 NT). The AL-MI system also had the highest C and N stocks in the particulate organic matter in the same layer (12.5 and 0.91 Mg ha-1, respectively) due to its higher C addition from root plant matter and the physical protection of organic crop litter. The ER-MI-TR-SO system had the lowest C and N stocks in the 0-20 cm layer with values of totals stocks of 57.8 and 4.03 Mg ha-1, respectively, and without an increased annual sequestration rate because the stocks were similar to the TR-SO baseline system; C and N stocks in particulate organic matter were 10.4 and 0.67 Mg ha-1, respectively. This tendency was repeated for individual layers with a significant difference between systems in the 0-5 cm layer and no significant difference in the 5-10 and 10-20 cm layers. The particulate organic matter contributed around 30 % to total C stocks in the 0-5 cm layer on average in the systems. Crop rotations with species that have active root systems for a longer time, such as the semi-perennial AL-MI system, could increase total C and N stocks, especially the particulate organic matter, which promote soil functionality and, consequently, greater soil quality.

O fracionamento físico da matéria orgânica (MO) do solo é uma alternativa para a obtenção de frações lábeis utilizadas no cálculo do índice de manejo de carbono (IMC). O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência do fracionamento físico granulométrico (53µm) e densimétrico, com soluções de iodeto de sódio 1,8Mg m-3 (NaI) ou politungstato de sódio 2,0Mg m-3 (PTS), na separação das frações lábeis (particulada e leve, respectivamente) da MO e o seu uso na estimativa do IMC. Amostras da camada de 0-20cm de um Argissolo Vermelho sob preparo convencional (PC) e plantio direto (PD), combinados com dois sistemas de culturas (aveia/milho e aveia+ervilhaca/milho+caupi), foram avaliadas quanto ao estoque de carbono orgânico total (COT), e nas frações particulada (COP) e leve (C-FL) da MO. No fracionamento físico densimétrico, com a utilização de NaI, foi recuperado menos C-FL em relação ao uso de PTS. A recuperação de COP no fracionamento granulométrico foi intermediária entre a recuperação de FL-NaI e de FL-PTS. O IMC com os dados do fracionamento granulométrico apresentou elevada correlação com o IMC dos dados de fracionamento densimétrico (NaI e PTS), havendo porém uma subestimação dos resultados com o uso de NaI. Os sistemas de manejo sem revolvimento do solo e com maior aporte de resíduos vegetais resultaram em maior IMC, tanto pelo aumento do índice de labilidade quanto do índice de estoque de carbono. O IMC a partir de frações físicas densimétricas da MO demonstra ser um índice eficiente na discriminação de sistemas de manejo, podendo ser utilizado na avaliação das práticas de manejo do solo.

The physical fractionation of soil organic matter (SOM) is an alternative in assessing the amount of labile fraction that is used to calculate the carbon management index (CMI). The objective this research was to assess the efficiency of particle-size physical fractionation, (53-µm mesh), and density physical fractionation, with sodium iodide 1.8Mg m-3 (NaI) or sodium polytungstate 2.0Mg m-3 (PTS) solutions, at recovering SOM labile fractions (particulate and light, respectively) and at estimating the CMI. Soil samples of the 0-20cm layer of a sandy clay loam Acrisol under conventional tillage (CT) and no-tillage (NT) combined with two cropping systems (oat/maize and oat+vetch/maize+cowpea) were analyzed for stocks of total organic carbon (TOC), particulate organic carbon fraction (POC) and light fraction carbon (LF-C). In density physical fractionation, with the use of NaI was recovered less LF-C than PTS. The recovery of POC by particle-size fractionation was intermediate between the recovery of NaI-LF and PTS-LF. The CMI calculated after particle-size fractionation showed high correlation with CMI after density fractionation with NaI or PTS, although results were rather underestimated with NaI. Conservation management systems without soil disturbance and with higher crop residue addition enhanced the CMI, because of increments of both lability index and carbon pool index. The CMI based on SOM physical densimetrical fraction shows evidence of being and efficient index to discriminate management systems that can be used to assess soil management practices.

A degradação dos recursos hídricos está intensamente relacionada à atividade agrícola. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do uso do solo e de alguns componentes ambientais na qualidade da água superficial na microbacia do rio Campestre, município de Colombo, Paraná. Foram analisados os atributos físicos e químicos (nitrogênio Kjeldahl, amônio, nitrato, fósforo total, turbidez, pH, temperatura, condutividade elétrica, sólidos totais, demanda biológica de oxigênio, demanda química de oxigênio e oxigênio dissolvido). A coleta das amostras de água foi realizada mensalmente por um ano em oito pontos, distribuídos em três sub-bacias. De modo geral, a qualidade da água foi inferior na sub-bacia com maior porcentagem de agricultura, sendo influenciada também pelas porcentagens de floresta, área de preservação permanente com agricultura e área de contribuição da sub-bacia. Na estação de verão, provavelmente em razão da maior precipitação pluvial e do uso do solo, ocorreram as maiores concentrações de N Kjeldahl e N particulado, bem como de condutividade elétrica, pH e turbidez. Todos os atributos analisados, exceto o P total, estavam de acordo com a Resolução Conama nº 357/2005, para água doce de classe 1. No entanto, cabe ressaltar que o monitoramento realizado referiu-se ao escoamento de base e não representou uma condição de descarga, já que a maioria das coletas não foi realizada durante ou próxima do evento de precipitação.

Water degradation is strongly related to agricultural activity. The aim of this study was to evaluate the influence of land use and some environmental components on surface water quality in the Campestre catchment, located in Colombo, state of Parana, Brazil. Physical and chemical attributes were analyzed (total nitrogen, ammonium, nitrate, total phosphorus, electrical conductivity, pH, temperature, turbidity, total solids, biological oxygen demand, chemical oxygen demand and dissolved oxygen). Monthly samples of the river water were taken over one year at eight monitoring sites, distributed over three sub-basins. Overall, water quality was worse in the sub-basin with a higher percentage of agriculture, and was also affected by a lower percentage of native forest and permanent preservation area, and a larger drainage area. Water quality was also negatively affected by the presence of agriculture in the riparian zone. In the summer season, probably due to higher rainfall and intensive soil use, a higher concentration of total nitrogen and particulate nitrogen was observed, as well as higher electrical conductivity, pH and turbidity. All attributes, except for total phosphorus, were in compliance with Brazilian Conama Resolution Nº 357/2005 for freshwater class 1. However, it should be noted that these results referred to the base flow and did not represent a discharge condition since most of the water samples were not collected at or near the rainfall event.

O solo pode atuar como fonte ou sumidouro de metano (CH4), dependendo do balanço entre metanogênese e metanotrofia, definido por fatores pedológicos, climáticos e de manejo. O objetivo deste estudo foi avaliar as implicações da drenagem do Organossolo Háplico hêmico, típico em campo hidrófilo de altitude sobre os fluxos de CH4. A pesquisa de campo foi conduzida no município de Ponta Grossa, PR, e envolveu avaliações de fluxos de CH4 pelo método da câmara estática em Organossolo natural e Organossolo drenado, por um período de um ano (17 coletas). No Organossolo natural, ocorreu efluxo líquido de CH4, com taxas variando entre 238 µg m-2 h-1 de CH4, em épocas mais frias, e 2.850 µg m-2 h-1 de CH4, em épocas mais quentes, totalizando emissão acumulada de 116 kg ha-1 ano-1 de CH4. Na área drenada, ocorreu influxo líquido (-39 a -146 µg m-2 h-1 de CH4), que totalizou em consumo de 9 kg ha-1 ano-1 de CH4. O rebaixamento do nível freático (em média -57 cm, contra -7 cm no solo natural) e a menor umidade gravimétrica na camada de 0-10 cm (média de 5,5 kg kg-1, contra 9,9 kg kg-1 do solo natural) foram os principais fatores determinantes do consumo de CH4, na área drenada. Apesar de os Organossolos em campo hidrófilo atuarem como fonte de CH4, esses possuem importantes funções no ecossistema, como acumular carbono orgânico (581 Mg ha-1 de C até 1 m) e armazenar água (8,6 milhões de L = 860 mm até 1 m). Por essa razão, não devem ser drenados, como alternativa para redução da emissão de metano, mas efetivamente preservados.

Soil can be either source or sink of methane (CH4), depending on the balance between methanogenesis and methanotrophy, which are determined by pedological, climatic and management factors. The objective of this study was to assess the impact of drainage of a highland Haplic Histosol on CH4 fluxes. Field research was carried out in Ponta Grossa (Paraná, Brazil) based on the measurement of CH4 fluxes by the static chamber method in natural and drained Histosol, over one year (17 sampling events). The natural Histosol showed net CH4 eflux, with rates varying from 238 µg m-2 h-1 CH4, in cool/cold periods, to 2,850 µg m-2 h-1 CH4, in warm/hot periods, resulting a cumulative emission of 116 kg ha-1 yr-1 CH4. In the opposite, the drained Histosol showed net influx of CH4 (-39 to -146 µg m-2 h-1), which resulted in a net consumption of 9 kg ha-1 yr-1 CH4. The main driving factors of CH4 consumption in the drained soil were the lowering of the water-table (on average -57 cm, vs -7 cm in natural soil) and the lower water content in the 0-10 cm layer (average of 5.5 kg kg-1, vs 9.9 kg kg-1 in natural soil). Although waterlogged Histosols of highland areas are regarded as CH4 sources, they fulfill fundamental functions in the ecosystem, such as the accumulation of organic carbon (581 Mg ha-1 C to a depth of 1 m) and water (8.6 million L ha-1 = 860 mm to a depth of 1 m). For this reason, these soils must not be drained as an alternative to mitigate CH4 emission, but effectively preserved.

O transporte de poluentes via escoamento superficial em áreas agrícolas, principalmente na forma solúvel, é considerado um problema ambiental, mesmo em sistemas conservacionistas de preparo do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar as perdas de carbono orgânico e nitrogênio no escoamento superficial, com a aplicação de 0, 60, 120 e 180 m³ ha-1 ano-1 de dejeto líquido bovino, em Latossolo muito argiloso, com declividade de 10 %, sob plantio direto e chuva natural, na região de Castro - PR. A aplicação do dejeto líquido bovino não alterou o carbono orgânico total, porém diminuiu as perdas de amônio e nitrato até a dose de 120 m³ ha-1 ano-1, o que indica ser esta a dose máxima recomendada para solo muito argiloso, declive moderadamente ondulado, baixas precipitações e com no mínimo uma semana de intervalo entre a aplicação do dejeto e a ocorrência de chuvas. As concentrações médias ponderadas de amônio e nitrato no escoamento superficial aumentaram com a aplicação de dejeto. As concentrações de amônio estiveram muito acima do máximo permitido pela legislação brasileira, inclusive sem aplicação de dejeto, o que indica a necessidade de práticas que evitem a entrada do escoamento em corpos de água, mesmo em sistemas conservacionistas.

The transport of pollutants via runoff in agricultural areas, mainly in soluble forms, is an environmental problem, even in conservation tillage systems. The objective of this study was to evaluate losses of nitrogen and organic carbon in runoff, after applications of 0, 60, 120, and 180 m³ ha-1 yr-1 of cattle slurry to a clayey Oxisol, with 10 % slope under no-tillage and natural rainfall, in the region of Castro - PR. The application of cattle slurry did not affect total organic carbon in runoff but ammonium and nitrate losses were reduced by the fertilization with 120 m³ ha-1 yr-1 of slurry, indicating this as the maximum dose recommended for soils with a high clay content, moderate slope and low rainfall, with at least one week interval between manure application and rainfall. The weighted average concentrations of ammonium and nitrate increased with manure application. The ammonium concentrations exceeded the threshold established by the Brazilian law by far, even in the treatment without slurry application, indicating the need for practices that prevent runoff from entering watercourses, even in conservation tillage systems.