Abstract Litter decomposition in the soil is an important stage of the nutrient cycling process that interferes with functioning of terrestrial ecosystems. Soil fertility and litter nutritional quality are fundamental factors that affect decomposition efficiency of plant residues. We evaluated decomposition in two areas of ‘cerrado sensu stricto’, each with a type of Neosol – limestone (eutrophic) and sandstone (dystrophic). In a rural area located in the municipality of Ituiutaba (MG, Brazil), 10 plots were randomly selected to install litter bags with 10 g of mixture of dry leaves that were used to estimate rate and time of leaf-litter decomposition from October/2015 to January/2016. Decomposition rate in the limestone cerrado was significantly higher than in the sandstone cerrado. This difference mustn’t be explained by the edaphic texture between areas, since it was similar between them. But may be explained through aluminum absence and higher soil fertility in the limestone cerrado, especially phosphorus that is highly limiting in dystrophic cerrados like the sandstone cerrados, in which decay of decomposing leaf-litter was directly proportional to the levels of phosphorus. Limestone presence reduces aluminum toxicity and circumvent phosphorus limitation in the cerrado, favoring decomposition. Such influence is probably an important feature for limestone cerrados.

Agregação e o conteúdo de carbono orgânico são importantes indicadores de qualidade do solo e estão intimamente relacionados com o fluxo de CO2 na interface solo-atmosfera. Objetivou-se com este trabalho avaliar: i) a agregação do solo; ii) a distribuição do carbono orgânico total e substâncias húmicas em diferentes classes de tamanho de agregados; e iii) a emissão de CO2 em áreas sob diferentes usos na região do Triângulo Mineiro. Foram selecionadas quatro áreas na região de Uberlândia, MG: (1) área de capim Mombaça; (2) área de capim Tanzânia; (3) área de cana-de-açúcar; e (4) área de mata nativa (controle). Em cada área foram coletadas amostras de solo da camada 0-10 cm, as quais foram secas ao ar e peneiradas para obtenção de agregados de tamanho 4-2 mm. As amostras foram submetidas ao peneiramento úmido para avaliação da estabilidade e para obtenção de agregados de diferentes classes de tamanho: 4-2 mm; 1-2 mm; 1-0,5 mm; e 0,5-0,25 mm. Nesses materiais determinou-se o carbono orgânico total, substâncias húmicas (ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e humina) e textura. A emissão de CO2 foi avaliada em condições de campo e laboratório, ambas pelo método da captura em solução NaOH. As áreas de mata e capim Tanzânia (mais argilosa) apresentaram maior agregação do solo. O manejo do solo adotado na área de cana contribuiu significativamente para destruição dos agregados do solo. Para uma mesma condição, agregados de maior tamanho apresentaram maior conteúdo de carbono orgânico e de substâncias húmicas. O conteúdo de carbono orgânico e textura do solo parecem ter sido determinantes na emissão de CO2 das áreas estudadas.

Soil aggregation and carbon distribution are important indicators of soil quality. Moreover, these attributes are closely related to CO2 fluxes in the soil-atmosphere interface. We sought to evaluate soil aggregation, organic carbon distribution and CO2 evolution in different land uses of Minas Gerais Triangle. Four different land uses were selected: (1) Panicum maximum, (2) Panicum maximum Jacqvr. (Tanzânia), (3) sugarcane, and (4) native Cerrado (control). In each land-use type, soil samples from a 0-10 cm layer were collected. The samples were air-dried and sieved in order to obtain aggregates sized 4-2 mm. The samples were submitted to wet-sieving to evaluate stability and also to obtain aggregates of different sizes: 4-2 mm; 2-1 mm; 1-0.5 mm; and 0.5-0.25 mm. Total organic carbon, humic substances and texture were determined for each aggregate size fraction. The CO2 emission was measured in field and lab conditions, both by the capture in NaOH solution method. The native Cerrado and Panicum maximum Jacqvr. (Tanzânia) areas (mostly clay) showed the highest soil aggregation. The conventional soil tillage adopted in sugarcane areas contributed significantly to aggregate disruption. In all of the areas, the largest aggregates had higher organic carbon and humic substances. Organic carbon content and soil texture seem to be closely associated with CO2 emissions in the areas studied.

O uso de modelos matemáticos pode ser útil para o entendimento das alterações do uso e manejo do solo e fornecem subsídios para testar cenários futuros, possibilitando desenvolver estratégias de manejo menos impactantes ao meio ambiente. Os objetivos deste trabalho foram: (a) usar o modelo Century v4.5 para simular os efeitos dos usos e manejos sobre os estoques de carbono e nitrogênio do solo em diferentes compartimentos, (b) comparar os estoques medidos e simulados pelo Century, e (c) testar impacto de cenários futuros até o ano de 2100. Os tratamentos avaliados foram Pinus, plantio direto e plantio convencional, com histórico das áreas até o momento da coleta de solo (2004). Para o Pinus foram testados três cenários futuros, um deles simulando o mesmo manejo adotado até o momento da coleta de solo, outro reduzindo os eventos de fogo, além do uso sem preparo do solo para o replantio. Para o plantio direto e plantio convencional, simularam-se dois cenários futuros, um com rotação milho/soja e outro com monocultura de milho. O modelo Century foi sensível às mudanças de manejo adotadas, os compartimentos mais lábeis apresentam maior sensibilidade (ativo e lento), do que o mais estável (passivo). Em relação ao estoque de C, o modelo simulou estoques próximos aos medidos no campo, com um erro mínimo de 0,36%. Para os estoques de N, os valores simulados apresentaram erro de 5,71% para os compartimentos mais lábeis. Os cenários futuros mostraram a importância de se evitar queimadas no Pinus e o uso de monocultivo.

The use of mathematical models can be useful for understanding the changes in the use and management of soil and provide aid in testing future scenarios, making it possible to develop management strategies which have less impact on the environment. The objectives of this study were: (a) to apply the Century Model v4.5 in order to simulate the effects of usages and managements on carbon stocks and soil nitrogen in different compartments; (b) compare both the observed stocks and those simulated by the Century Model; (c) to test the impact of future scenarios until the year 2100. The treatments evaluated were of Pine, under both no-tillage and conventional tillage, using historical data from the areas up until when the soil was sampled (2004). For the pine, three future scenarios were tested, one by simulating the management adopted up to the time the soil was sampled, another by reducing the fire events, as well as by soil usage without any preparation when replanting. For both no-tillage and conventional tillage, two future scenarios were simulated: one with corn and soybean rotation, and the other with a monoculture of corn. The Century model was sensitive to the changes in management which were adopted, the more labile compartments showing greater sensitivity (the active and the slow) than the most stable (passive). In relation to stocks of C, the model simulated values close to those measured in the field, with a minimum error of 0.36%. For stocks of N, the simulated values showed an error of 5.71% for the more labile compartments. For pine, the future scenarios demonstrated the importance of preventing fires, and the use of monocultures.

RESUMO Em um sistema agrossilvipastoril, que vem sendo implantado anualmente desde 1993, em Paracatu/MG, foi estudado o efeito de sua introdução sobre as mudanças nos teores de Carbono e Nitrogênio em diferentes compartimentos da matéria orgânica do solo. O sistema foi implantado em solo sob floresta de eucaliptos, abandonada após três cortes. No primeiro ano, além dos eucaliptos plantados em espaçamento de 10 x 4 m, nas entre linhas e entre linhas, respectivamente, foi realizado um cultivo com arroz (Oryza sativum sp), no segundo ano cultivou-se soja (Glicyne max sp) e no terceiro ano, a braquiária (Brachiaria bizantina sp). Após o terceiro ano, a prática de pastejo da braquiária por bovinos de corte foi iniciada, permanecendo na área até o final do ciclo do sistema, previsto para o 11° ano. Uma área de cerrado e outra área com eucaliptos em sistema de cultivo convencional foram usadas, como referência à condição natural e às condições existentes antes da implantação do sistema agrossilvipastoril, respectivamente. Foram coletadas amostras nas idades de 1, 2, 3, 6 e 10 anos do eucalipto. De acordo com os resultados, verificou-se que houve significativa diminuição nos teores e estoques de carbono e nitrogênio totais, bem como na biomassa microbiana. Com o avanço da idade do sistema, iniciou-se uma tendência para recuperação dos teores e estoques dessas frações. Entre as substâncias húmicas, a fração ácido fúlvico foi a menos afetada pela introdução do sistema. Verifica-se que o sistema agrossilvipastoril foi desfavorável a manutenção da matéria orgânica do solo nos primeiros anos, porém, apresenta potencial para recuperação da mesma com o avanço da idade.

ABSTRACT Since 1993, an agro-forestry pasture system has been annually implanted in Paracatu, Minas Gerais State. So, the effects from its introduction upon the changes in carbon and nitrogen at different compartments of the soil organic matter were studied. This system is implanted in soil under eucalypt forest that was abandoned after three removal cuts. In the first year, besides planting the eucalyptuses in interlines at spacing 10 x 4 m, the following crops are grown: rice in the first year; soybean in the second one; and the brachiaria in the third one. After the third year, the brachiaria pasture by meat cattle was begun and remaining in that area until the end of the system cycle, what is foreseen for the 11th year. A savannah area and another one with eucalypt planting under the conventional system were used as reference to natural condition and previous conditions to implantation of the agrosylvopasture system. Samples aged 1, 2, 3, 6, and 10 years were collected. The results show significant decrease in the contents and stocks of both total carbon and nitrogen, as well as in microbial biomass. As the system becomes older, it starts a tendency for the recuperation of the contents and stocks of those fractions. Among the humic substances, the fulvic acid fraction was less affected by the introduction of this system. Briefly, the results show the system is unfavorable to the maintenance of the soil organic matter at the first years, but presents a potential for recovering as its age advances.

A atividade microbiana e os atributos bioquímicos são indicadores importantes na avaliação dos impactos da adição de compostos orgânicos no solo. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar alguns indicadores de processos bioquímicos e microbianos de solo, após a aplicação de composto orgânico produzido a partir de resíduos domésticos. As amostras de solo empregadas foram retiradas de um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico, sob vegetação de Cerrado, a 10 cm de profundidade. Foram utilizados três tratamentos: controle (solo sem adição de composto orgânico) e solo com adição de duas doses de composto orgânico doméstico (10 e 20 g kg-1 de solo seco). Os tratamentos foram avaliados quanto ao C liberado (C-CO2), à atividade respiratória microbiana aos 15 dias de incubação, ao C da biomassa microbiana (CBM); a glicose total (GT), ao quociente metabólico (qCO2) e à atividade das enzimas β-glicosidase e fosfatases ácida e alcalina. Verificou-se que as duas doses de adição de composto orgânico doméstico resultaram em aumento significativo da atividade microbiana e, também, em incremento nas frações de C orgânico e no estoque de C do solo, caracterizados pela elevação nos teores de CBM e GT. Entretanto, as duas doses de composto causaram decréscimo no qCO2, o que pode indicar maior diversidade na comunidade microbiana após o acréscimo do composto e maior eficiência no uso da energia. As enzimas β-glicosidase e as fosfatases (ácida e alcalina) foram fortemente influenciadas pela adição de composto orgânico doméstico, sobretudo pela dose de 20 g kg-1 do produto. A atividade da enzima β-glicosidase aumentou significativamente em resposta à adição do composto, e a atividade da fosfatase ácida foi superior à da fosfatase alcalina. A relação β-glicosidase: CBM foi maior no controle do que nos tratamentos com adição de composto, o que sugere que no controle havia mais enzimas do que no substrato ou que houve grande incremento no CBM com a adição do composto ao solo.

Microbial activity and biochemical properties are important indicators of the impact of organic composting on soil. The objective of this study was to evaluate some indicators of soil microbial and biochemical processes after application of compost (household waste). A Typic Acrustox, sampled at a depth of 10 cm under Cerrado biome vegetation, was evaluated in three treatments: control (soil without organic compost amendment) and soil with two doses of domestic organic compost (10 and 20 g kg-1 soil). The following properties were evaluated: released C (C-CO2): microbial respiration 15 days after incubation; microbial biomass C (MBC); total glucose (TG); metabolic quotient (qCO2); and enzyme activity of β-glucosidase and acid and alkaline phosphatase. The application of household compost, at doses of 10 and 20 g kg-1 Typic Acrustox, resulted in significant gains in microbial activity, organic C and C stock, as evidenced by increased MBC and TG levels. On the other hand, qCO2 decreases indicated greater microbial diversity and more efficient energy use. The addition of compost, particularly the 20 g kg-1 dose, strongly influenced the enzyme β-glucosidase and phosphatase (acid and alkaline). The β-glucosidase activity was significantly increased and acid phosphatase activity increased more than the alkaline. The ratio of β-glucosidase to MBC was greater in the control than in the composted treatments which suggests that there were more enzymes in the control than in the substrate or that the addition of compost induced a great MBC increase.

A intensificação do manejo do solo, visando ao aumento da produtividade de forrageiras pode contribuir para a degradação física e química do solo se mal conduzida. Neste contexto, o presente estudo objetivou avaliar a produção de MS, os conteúdos acumulados dos nutrientes na parte aérea de capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.) e as alterações nos atributos físicos e químicos do solo após a adição de doses de nitrogênio e aplicação ou não da irrigação. Para tanto, amostras de planta e solo foram coletadas em área experimental de pastagem com capim-elefante no quarto ano de cultivo sob doses crescentes de nitrogênio (100; 200; 300 e 400 kg ha-1 de N, anualmente no período de verão) em sistema irrigado e não irrigado. Os resultados mostraram que após quatro anos de cultivo de capim-elefante o manejo com sistema irrigado combinado com adubação nitrogenada propiciou maior produção de MS da parte aérea, o que determinou maiores extrações de K, Ca e P pela planta, redução no teor de P extraível por Mehlich 1 no solo e incrementos nos teores de carbono orgânico total, K e Ca trocáveis. O solo com sistema não irrigado apresentou maior densidade.

The aim of this experiment was to evaluate the dry matter production and the content of nutrients accumulated in the aerial part of the elephant grass (Pennisetum purpureum Schum.) and alterations in the density and fertility of the soil after four years of fertilization with increasing nitrogen doses in an irrigated or non-irrigated cultivation area. For this purpose, plant and soil samples were collected from an experimental area of pasture with elephant grass in the fourth year of cultivation under increasing doses of nitrogen (100, 200, 300, and 400 kg ha-1 N, yearly in the summer) in both systems. The results showed that after four years of elephant grass cultivation, the irrigated system combined with nitrogen fertilization presented larger production of dry matter of the aerial part, which determined larger contents of the mineral elements K, Ca, and P in the plant. Also higher reduction in the content of P and increase of total organic C, K and Ca were observed in the irrigated soil in comparison to the non-irrigated system. The density was larger in the non-irrigated system.

Os estoques de C orgânico do solo são definidos pela interação dos fatores que determinam sua formação e aqueles que promovem sua decomposição. Este trabalho teve o objetivo de quantificar a recuperação nos estoques de C nos compartimentos de C orgânico de um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico latossólico em conseqüência do seu uso agrícola. Foram avaliadas áreas com seringal, pomar de citros, pastagem e mata secundária. Retiraram-se 20 amostras de solo em cada uso, nas profundidades de 0-10 e 10-20 cm. Para avaliar o efeito dos tratamentos, foram determinadas e calculadas as seguintes propriedades: C orgânico total (COT), N total (NT), C nas frações ácidos fúlvicos (AF), ácidos húmicos (AH) e humina (HN), C orgânico lábil (C L), C da biomassa microbiana (C MICR), matéria orgânica leve (MOL), C e N da MOL (C MOL e N MOL), C solúvel em água (CSA) e índice de manejo de C (IMC). Na profundidade de 0 a 10 cm, o teor de COT variou de 20,9 a 13,3 g kg-1 para mata secundária e pastagem, respectivamente, enquanto de 10 a 20 cm essa variação foi de 13,5 a 9,8 g kg-1, respectivamente. O IMC de 0 a 10 cm foi maior no seringal (69) e pomar de citros (70) e menor na pastagem (54), o que também ocorreu de 10 a 20 cm. Nas profundidades avaliadas, os sistemas com seringal e pomar de citros apresentaram maior potencial para preservar e, ou, recuperar os teores de COT e NT e os compartimentos lábeis, como o C MICR, CSA, MOL, C MOL e N MOL, bem como proporcionaram melhor qualidade da matéria orgânica humificada com o aumento do conteúdo de substâncias húmicas alcalino-solúveis mais condensadas, ao passo que a pastagem mostrou potencial limitado de preservação de C no solo. Isso posiciona o pomar de citros e especialmente o seringal como uma estratégia de manejo importante para conservação da qualidade do solo. Os teores C MICR, CSA, MOL variaram mais intensamente entre os sistemas de uso que o COT, razão por que podem ser considerados indicadores mais sensíveis das mudanças no estado da matéria orgânica do solo.

Soil carbon stocks are the result of interaction of factors that determine their formation and decomposition. This study aimed to quantify the total organic recovery in various C pools under the following different land uses of an Ultisol: secondary forest, rubber tree plantation, pasture, and citrus plantation. The soil was sampled at depths of 0 to 10 cm and 10 to 20 cm and the following characteristics were determined: total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), fulvic acid fraction-C (FA), humic acid fraction-C (HA), humin-C (HN), labile organic matter-C (C L), microbial biomass-C (C-MICR), light organic matter (LOM), C and N of LOM (C LOM and N LOM), water-soluble C (WSC), and Carbon Management Index (CMI). The TOC values varied from 20.9 to 13.3 g kg-1 in the 0-10 cm layer for forest and pasture, respectively, and from 13.5 to 9.8 g kg-1 in 10-20 cm, respectively. The CMI was high in 0-10 cm under rubber cultivation (69) and citrus plantation (70) soils and low in the pasture soil (54). These results were similar in the 10-20 cm layer. In the studied layers, the capacity of preserving and/or recovering TOC and TN concentrations as well as the labile compartments such as CMICR, CSA, MOL, C MOL and N MOL was greater in the rubber and citrus systems. In these plantations the quality of humified fractions increased in parallel to an increment in the condensed alkaline-soluble humic substances. On the other hand, the potential for preservation of soil C under pasture was limited. Citrus and particularly rubber plantations are therefore important land uses to maintain the soil quality. Levels of C MICR, WSC, LOM varied more intensively among the land uses than TOC and can therefore be considered more sensitive indicators of alterations in soil organic matter.

O objetivo deste trabalho foi verificar a influência de diferentes manejos no carbono orgânico e na estabilidade de agregados em um Latossolo Vermelho. Os seguintes tratamentos foram avaliados: PDs - plantio direto, por quatro anos, com a sucessão milho (silagem)/soja; PDg - plantio direto, por quatro anos, com a sucessão milho/milho/milho/soja; PDtf - três anos contínuos, com tifton (feno), e no quarto ano, soja sob plantio direto; SC - sistema convencional com soja, nos últimos quatro anos; e MN - mata nativa. A estabilidade de agregados foi expressa pelos índices: diâmetro médio ponderado, diâmetro médio geométrico, porcentagem de agregados maiores que 2,0 mm estáveis em água e índice de estabilidade de agregados. Em todos os tratamentos, houve diminuição da estabilidade de agregados com o aumento da profundidade. Os tratamentos cultivados tiveram seus índices de agregação reduzidos em relação à mata nativa. O sistema convencional apresentou os menores índices de agregação. O uso da gramínea perene tifton foi o tratamento que promoveu a melhor recuperação da estabilidade de agregados em água. Correlações significativas e positivas foram obtidas entre carbono orgânico total e os índices de estabilidade estudados.

The objective of this work was to verify the influence of different managements on organic carbon and on aggregate stability of a Red Latossol (Typic Haplorthox). The following treatments were appraised: PDs -no tillage for four years with successions corn (silage)/soybean; PDg - no tillage for four years with the successions corn/corn/corn/soybean; PDtf - three years with tifton (hay) and soybean in the fourth year; SC - conventional cultivation with soybean in the last four years; and MN - native forest. The aggregate stability was expressed by the indexes: mean weight diameter, mean geometric diameter, percentage of stable aggregates >2.0 mm, and stable aggregates index. The aggregate stability in all the treatments decreased with depth. Indexes in cultivated treatments reduced in relation to native forest ones. The conventional system presented the worse indexes. Perennial grass tifton was the best treatment to recover aggregate stability. Significant positive correlations were obtained between total organic carbon and the studied aggregate stability indexes.