Pasture improvements in Brazil, where pastures occupy ∼167 million ha, have great potential for soil carbon (C) accumulation and to mitigate of greenhouse gases (GHG), such as the carbon dioxide (CO₂). However, soil degradation on current pasture areas (> 50% are degraded) is an issue to be solved through sustainable management. The aim of our current field study was to quantify soil C stocks and to elucidate the processes, involved in the soil C accumulation in areas subjected to different intensive and diversified systems of pasture management in Brazil. Treatments included fertilized pasture (FP), integrated crop-livestock (ICL) and integrated livestock-forest (ILF), compared to the extensive form (conventional management system) under contrasting climatic conditions (tropical humid, tropical mesic and subtropical). To meet this goals, there were avaluaded i) the soil C stocks changes and the soil organic matter (SOM) quality; ii) the relationships between the soil C and N stocks with the different phosphorus (P) fractions; iii) the soil chemical and biochemical properties and, the soil bacterial community structure to assess the controlling factors on soil C accumulation and, iv) the use mathematical modeling to predict the soil C changes and GHG emissions. In general, the adoption of more intensive and diversified systems of pasture management in areas previously used with extensive management systems increased the soil C stocks and the soil C lability. Likewise, there was an improvement in the soil chemical properties related to soil fertility, especially in soil P. The increase in the labile P contents was directly proportional to the increase of the more labile SOM fractions. Furthermore, the conversion of conventional management system to more intensive and diversified pasture management systems, besides changing the soil chemical and biochemical properties and the soil bacterial community structure, also modified the mechanisms that control the soil C accumulation. According to the structural equation modeling, the improvement in the soil chemical properties was the factor that most influenced in soil C accumulation. In addition, through long-term predictions performed with the DayCent model, it was found that while extensively managed pastures were a GHG source to the atmosphere, systems of pasture management, such as FP, ICL and ILF were GHG sinks. Thus, for the conditions tested in this study the DayCent model proved to be an a efficient and cost- effective tool to predict soil C pool changes and to monitor GHG emissions. Finally, it is believed that the results found in this thesis can assist national initiatives aimed at restoring degraded pasture areas (e.g., "ABC Plan"?), as well as fits the scope of the Brazil's NDC (Nationally Determined Contribution) for mitigating GHG emissions (reduce emissions 37% by 2025 and 43% by 2030) through the increase of the soil C stocks and, adopting sustainable pasture management systems.

Melhorar a qualidade das pastagens no Brasil, onde as mesmas ocupam ∼167 milhões de ha, têm grande potencial para acúmulo de carbono (C) no solo e para mitigar gases de efeito estufa (GEE), como é o caso do dióxido de carbono (CO₂). No entanto, a degradação do solo nas áreas de pastagens atuais (> 50% estão degradadas) é um problema a ser resolvido por meio de sistemas sustentáveis de manejo de pastagens. O objetivo do presente estudo de campo foi quantificar os estoques de C do solo e elucidar os processos envolvidos no acúmulo de C no solo em áreas submetidas a diferentes sistemas intensivos e diversificados de manejo de pastagens no Brasil. Os tratamentos incluíram pastagem fertilizada (PF), integração lavoura-pecuária (ILP) e integração pecuária-floresta (IPF), em comparação à forma extensiva (sistema de manejo convencional) sob condições climáticas contrastantes (tropical úmido, tropical mesic e subtropical). Para atender a esses objetivos, foram avaliados i) as mudanças nos estoques de C do solo e na qualidade da matéria orgânica do solo (MOS); ii) as relações entre os estoques de C e N do solo com as diferentes frações do fósforo (P) do solo; iii) as propriedades químicas e bioquímicas do solo e a estrutura da comunidade bacteriana do solo, visando avaliar os fatores de controle do acúmulo de C no solo e, iv) o uso de modelagem matemática para prever as mudanças do C do solo e as emissões de GEE. Em geral, a adoção de sistemas mais intensivos e diversificados de manejo de pastagens em áreas anteriormente utilizadas com sistemas de manejo extensivos, aumentou os estoques a a labilidade do C do solo. Da mesma forma, houve uma melhoria nas propriedades químicas do solo relacionadas à fertilidade, principalmente no P do solo. O aumento do conteúdo de P lábil foi diretamente proporcional ao aumento das frações mais lábeis da SOM. Além disso, a conversão de sistemas de manejo convencionais para sistemas de manejo de pastagens mais intensivos e diversificados, além de alterar as propriedades químicas e bioquímicas do solo e a estrutura da comunidade bacteriana do solo, também modificou os mecanismos de controle do acúmulo de C no solo. De acordo com a modelagem de equações estruturais, a melhoria nas propriedades químicas do solo foi o fator que mais influenciou no acúmulo de C no solo. Além disso, por meio das predições a longo prazo realizadas com o modelo DayCent, verificou-se que enquanto pastagens extensivamente manejadas foram uma fonte de GEE para a atmosfera, sistemas de manejo de pastagens como FP, ICL e ILF foram sumidouros de GEE. Assim, para as condições testadas neste estudo, o modelo DayCent provou ser uma ferramenta eficiente e econômica para prever mudanças nos reservatórios de C do solo e monitorar as emissões de GEE. Por fim, acredita-se que os resultados encontrados nesta tese podem auxiliar as iniciativas nacionais voltadas para a restauração de áreas de pastagens degradadas (ex: "Plano ABC"), bem como se enquadram no escopo do NDC (Contribuição Nacionalmente Determinada) do Brasil para mitigação de emissões de GEE (reduzir as emissões em 37% até 2025 e 43% até 2030) através do aumento dos estoques de C no solo e da adoção de sistemas sustentáveis de manejo de pastagens.