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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2022.tde-05102022-144344
Documento
Autor
Nome completo
João Vitor dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Martin Neto, Ladislau (Presidente)
Bernardi, Alberto Carlos de Campos
Silva, Wilson Tadeu Lopes da
Título em português
Intensificação e integração de pastagens: um estudo químico e biológico do solo em área tropical
Palavras-chave em português
análise enzimática
análises espectroscópicas
FT-ICR-MS
matéria orgânica dissolvida
pastagens
sistema integrado pecuária-floresta
solos tropicais
Resumo em português
O Brasil desempenha um papel importante por ser o maior exportador de carne bovina e o segundo maior produtor do mundo. O maior desafio do país tem sido aumentar a capacidade produtiva dos solos visando a sustentabilidade. Neste contexto, práticas conservacionistas têm demonstrado alta produtividade e sustentabilidade no mundo agro, com destaque para o manejo intensivo de pastagem e os sistemas integrados de produção, como a integração lavoura pecuária-floresta (ILPF), e suas variações lavoura-pecuária (ILP) e pecuária-floresta (IPF). Pastagens bem manejadas, com ajuste da taxa de lotação animal, uso de corretivos químicos, fertilizantes e adoção de processos tecnológicos podem influenciar na quantidade e qualidade da matéria orgânica, bem como na atividade biológica do solo. Neste estudo, os efeitos da conversão de uma mata nativa (MN) em diferentes sistemas de produção de gado de corte foram avaliados em experimentos de campo de longa duração por meio de atributos químicos, físico e biológicos do solo. Cinco sistemas de pastagem foram avaliados, sendo uma: i) pastagem irrigada com alta taxa de lotação (IAL); ii) sequeiro com alta taxa de lotação (SAL); iii) sequeiro com moderada taxa de lotação (SML); iv) integração pecuária-floresta com moderada taxa de lotação, contando com duas variações, amostras coletadas entrelinhas (IPF-EL) e nas linhas das árvores (IPF-L) e uma v) pastagem degradada (DEG). As amostras de solos foram coletadas de duas maneiras, i) em subdivisão de seis camadas, até um metro de profundidade, para análises químicas da matéria orgânica dissolvida (MOD), e ii) apenas na camada superficial (0-10 cm) para análises de alguns indicadores químico, físico e biológico de amostras de solo inteiro. Os resultados da primeira parte (i) mostraram que a concentração do carbono orgânico dissolvido (COD) diminuiu com a profundidade no perfil dos solos. A MOD mais aromática e com maior massa molecular (maiores índices SUVA254 e menores índices SR) persistiu na superfície, enquanto o caráter mais alifático e de menor massa molecular em profundidade (60-100cm). A combinação dos índices de fluorescência (FI), humificação (HIX) e biológico (BIX) sugeriram que a MOD nas camadas superficiais possui grande contribuição de fontes terrestre (parte vegetal) e ao longo do perfil maiores contribuições microbianas, possivelmente devido a uma alteração estrutural durante sua percolação a camadas mais profundas. Dentre os resultados relevantes, o sistema SML apresentou MOD com maior labilidade e susceptível ao ataque microbiano e a DEG mais aromática e persistente. Os resultados obtidos pela Espectrometria de Massas de Ressonância Ciclotrônica de Íons por Transformada de Fourier (FT-ICR-MS) mostraram a natureza complexa da MOD, com milhares de picos, cada um representando uma fórmula química única. A persistência da lignina foi observada nas profundidades do solo quando comparado com as demais classes bioquímicas avaliadas. No entanto, novas moléculas também foram formadas com a profundidade, com um aumento de subprodutos que indicam ser de origem microbiana, como ácidos graxos. Já os resultados da segunda parte (ii) mostraram que todas as pastagens manejadas apresentaram aumento no teor de carbono do solo em relação a DEG (16,2±1,7 g kg-1), com destaque para o SML que apresentou o maior teor (32,9±0,9 g kg-1). As atividades das enzimas-glicosidase (BGL) e arilsulfatase (ARIL) mostraram maior sensibilidade para detectar mudanças de manejo do que o carbono da biomassa microbiana (CBM) e a respiração basal (RB) do solo. Maiores atividades das enzimas BGL e ARIL foram observadas no sistema SML, possivelmente devido a combinação do maior aporte de biomassa, e da qualidade da MOD, a fração mais biodisponível para a microbiota, que apresentou caráter predominante alifático frente aos demais manejos. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que a conversão de pastagens de baixa produtividade em bem manejadas e sistemas integrados podem ocasionar melhorias nas qualidades química e biológica do solo.
Título em inglês
Intensification and integration of pastures: a soil chemical and biological study in a tropical area
Palavras-chave em inglês
dissolved organic matter
enzymatic activity
FT-ICR-MS
integrated livestock-forest system
pastures
spectroscopic analysis
tropical soils
Resumo em inglês
Brazil is the largest exporter and the second-largest beef producer in the world. The country's biggest challenge has been to increase the productive capacity of soils in an environmentally sustainable way. In this context, agricultural practices that preserve the environment have demonstrated high productivity and sustainability, emphasizing intensive grazing management and integrated production systems, such as crop-livestock-forest integration (ICLF), and its crop-livestock (ICL) and livestock-forest (ILF) variations. Well managed pastures, with adjustment of the animal stocking rate, lime application, fertilizers and adoption of technological processes can influence the quantity and quality of soil organic matter, as well as soil biological activity. In this study, the effects of the conversion of a native forest (FO) into different pasture-based beef cattle production systems were assessed in long-term field experiments using soil chemical, physical and biological attributes. Five pasture systems were evaluated: i) irrigated high stocking rate pasture (IHS); ii) rainfed high stocking rate pasture (RHS); iii) rainfed medium stocking rate pasture (RMS); iv) livestock-forest integration with moderate stocking rate, with two variations, samples collected between the rows of trees (ILF- BR) and in the tree rows (ILF-R), and v) degraded pasture (DP), the latter used as a reference for conventional pasture management, extensively used by farmers. Soil samples were collected in two ways, i) in subdivision of six layers, up to one meter deep, for chemical analysis of dissolved organic matter (DOM), and ii) only in the superficial layer (0-10 cm) for analysis of some chemical, physical, and biological indicators of whole soil samples. The results of the first part (i) showed that the concentration of dissolved organic carbon (DOC) decreased with depth in the soil profile. The most aromatic DOM and with the highest molecular weight (higher SUVA254 and lower SR indices) persisted on the surface and both parameters decreased until the last soil layer (60-100cm). The combination of fluorescence (FI), humification (HIX) and biological (BIX) indices suggested that the DOM in the surface layers has a great contribution from terrestrial sources (plants) and along the profile greater microbial contributions, possibly due to its leaching to deeper layers. Among the relevant results, the RMS system presented DOM with greater lability and susceptible to microbial attack and the DP more aromatic and persistent. The results obtained by Fourier Transform Ion Cyclotronic Resonance Mass Spectrometry (FT-ICR MS) showed the complex nature of DOM, with thousands of peaks, each representing a unique chemical formula. Lignin persistence was observed at soil depths when compared to the other biochemical classes evaluated. However, new molecules were also formed with depth, with an increase in by-products that indicate to be of microbial origin, such as fatty acids. The results of the second part (ii) showed that all managed pastures showed an increase in soil carbon content in relation to DP (16.2±1.7 g kg-1), with emphasis on the RMS that presented the highest content (32.9±0.9 g kg-1). The activities of -glucosidase (BGL) and arylsulfatase (ARYL) enzymes showed greater sensitivity to detect management changes than microbial biomass carbon (MBC) and soil basal respiration (BR). Higher activities of BGL and ARYL enzymes were observed in the RMS system, possibly due to the combination of the higher input of biomass, and the quality of DOM, the most bioavailable fraction for the microbiota, which showed a predominant aliphatic character compared to the other managements. The results obtained in this study showed that the conversion of low-productivity pastures into well-managed and integrated systems can lead to improvements in soil chemical and biological attributes.
 
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Data de Publicação
2022-10-06
 
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