How different soil moisture levels affect the microbial activity / Como diferentes níveis de umidade do solo afetam a atividade microbiana de um solo de terras baixas usado para cultivo do arroz?

ABSTRACT: The lowland soils are characterized by high susceptibility to water saturation. This anaerobic condition is usually reported in paddy fields and alters the decomposition process of soil organic compounds. The aim of this study was to evaluate the soil microbial and enzymatic activity of a lowland soil at different soil moisture contents. A poorly drained Albaqualf cultivated with irrigated rice was used to evaluate microbial and enzymatic activity in treatments with different levels of soil moisture, being: i) 60% of field capacity (FC) (60%FC); ii) 100% of FC (100%FC); iii) flooded soil with a 2 cm water layer above soil surface, and iv) soil kept at 60%FC with late flood after 29 days the incubation. The greater soil microbial activity was observed in the 100%FC treatment, being 41% greater than 60%FC treatment and only 2% higher than flooded treatment. The enzymatic activity data by fluorescein diacetate (FDA) hydrolysis corroborated the higher CO2 release in treatments with higher soil moisture content. Differently from the results reported, the main methodologies to evaluate microbial activity still recommend maintenance of the soil with a moisture content close to 60% of the FC. However, in lowland soil with history of frequent paddy fields, the maintenance of moisture close to 60% of the FC can limit the microbial activity. The soil respiration technique can be used to evaluate the microbial activity in flooded soil conditions. However, further studies should be conducted to understand the effect of the cultivation history on the microbial community of these environments.

RESUMO: Os solos de várzea são caracterizados pela alta suscetibilidade à saturação por água. Esta condição anaeróbica é geralmente encontrada em solos arrozeiros e altera o processo de decomposição dos compostos orgânicos do solo. O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade microbiana e enzimática de um solo de várzea sob diferentes teores de umidade no solo. Um Planossolo historicamente cultivado com arroz irrigado foi utilizado para avaliar a atividade microbiana e enzimática em tratamentos com diferentes níveis de umidade do solo, sendo: i) 60% de capacidade de campo (CC) (60%CC); ii) 100% da CC (100%CC); iii) solo inundado com uma camada de água de 2 cm acima da superfície do solo; e iv) solo mantido a 60%CC com inundação após 29 dias da incubação. A maior atividade microbiana do solo foi observada no tratamento 100%CC, sendo 41% maior que o tratamento 60%CC e 2% maior que tratamento inundado. Os dados da atividade enzimática pela hidrólise do diacetato de fluoresceína (FDA) corroboraram a maior liberação de CO2 nos tratamentos com maior umidade do solo. Diferentemente dos resultados encontrados, as principais metodologias para avaliação da atividade microbiana ainda recomendam manter o solo com umidade próxima a 60% da CC. No entanto, em solos de várzea com históricos de cultivos de arroz, a manutenção de umidade próxima a 60% da CC pode limitar a atividade microbiana. A técnica de respiração do solo pode ser usada para avaliar a atividade microbiana em condições de solo inundado. No entanto, mais estudos devem ser realizados para entender o efeito do histórico de cultivo na comunidade microbiana nesses ambientes.

Variação temporal do efluxo de CO2do solo em sistemas agroflorestais com palma de óleo na Amazônia Oriental / Temporal variation of soil CO2 efflux in oil palm-based agroforestry systems in eastern Amazon

The soil carbon dioxide (CO2) efflux dynamics and its controlling factors of Amazonian agroforestry systems are poorly understood. The objective of this study was to evaluate the temporal variation of soil CO2 efflux in oil palm-based agroforestry systems and the relation between efflux and biotic (microbial and total soil carbon, microbial respiration, fine roots, individual components of agroforestry systems (AFS)) and abiotic factors (soil moisture and temperature). The measurements were taken during the less rainy (December 2010) and rainy (May 2011) periods. The soil CO2 efflux was highest during the rainy season, probably due to increased microbial activity influenced by climatic factors coupled with biotic factors. The soil CO2 efflux correlated positively with soil moisture and microbial biomass carbon and negatively with soil temperature and metabolic quotient, but these correlations were weak. The soil CO2 efflux was sensitive to the type of agroforestry system and to rainfall seasonality.

A dinâmica do efluxo de dióxido de carbono (CO2) do solo e seus fatores controladores em sistemas agroflorestais da Amazônia são pouco compreendidas. O objetivo deste estudo foi avaliar a variação temporal do efluxo de CO2 do solo em sistemas agroflorestais onde a palma de óleo é a cultura principal e sua relação com fatores bióticos (carbono microbiano do solo, carbono total do solo, respiração microbiana do solo, raízes finas do solo, indivíduos componentes dos sistemas agroflorestais (SAFs) ) e abióticos (umidade e temperatura do solo). As medições foram realizadas nos períodos menos chuvoso (dezembro de 2010) e chuvoso (maio de 2011). O efluxo de CO2 do solo foi mais alto no período chuvoso, provavelmente, devido à maior atividade microbiana nesse período influenciada por fatores climáticos aliados a fatores bióticos. O efluxo de CO2do solo se correlacionou positivamente com umidade do solo e carbono da biomassa microbiana e negativamente com temperatura do solo e quociente metabólico, porém as correlações foram fracas. O efluxo de CO2do solo foi sensível ao tipo de sistema agroflorestal e a sazonalidade da precipitação.

Soil microbial biomass and activity in wetlands located in preserved and disturbed environments in the cerrado biome / Biomassa e atividade microbiana do solo em veredas situadas em ambientes conservados e antropizados no bioma cerrado

The veredas (a type of wetlands) are wet ecosystems usually associated with the presence of hydromorphic soils, which often occur in the vicinity of springs and watercourses of the Cerrado region in Brazil. This study aimed to assess microbiological and biochemical soil properties in wetlands (veredas) located in preserved and disturbed environments (in farming and grazing areas) in the Cerrado biome. Soil samples were collected at depths of 0-10 cm and 10-20 cm, along reference lines arranged according to their position in the landscape, in the upper, middle and lower positions of one of the slopes. The total soil organic carbon, microbial biomass carbon and nitrogen (Cmic and Nmic), microbial biomass C:N ratio, microbial quotient, basal respiration, metabolic quotient and fluorescein diacetate (FDA) hydrolytic activities in soil (as total soil heterotrophic enzymatic activity) were determined. The soils of veredas adjacent to agricultural and livestock environments showed changes in their biological properties compared to preserved ecosystems. Increased microbial biomass (Cmic and Nmic) is reported in veredas located nearby grazing areas under intensive and technified management, on the soil surface layer (0-10 cm), especially in the lower slope position, while in agricultural environments, under the same conditions of relief and depth, there is a relative decrease in microbial biomass carbon.

As veredas são ecossistemas úmidos, normalmente associados à presença de solos hidromórficos, que ocorrem com frequência nas proximidades das nascentes e cursos d'água da região do Cerrado. O objetivo deste trabalho foi avaliar atributos microbiológicos e bioquímicos do solo em áreas úmidas (veredas) localizadas em ambientes conservados e antropizados (em áreas agrícolas e pastagens), no bioma Cerrado. Amostras de solo foram coletadas nas profundidades de 0-10 cm e 10-20 cm, ao longo de linhas de referência dispostas, segundo sua posição no relevo, nas posições superior, média e inferior de uma das vertentes. Foram determinados o carbono orgânico total do solo, carbono e nitrogênio da biomassa microbiana (Cmic e Nmic), relação C:N da biomassa microbiana, quociente microbiano, respiração basal, quociente metabólico e atividade enzimática total do solo. Os solos de veredas vizinhas a ambientes agropecuários apresentaram variações em seus atributos biológicos, comparativamente a ecossistemas conservados. Em veredas adjacentes a pastagens sob manejo intensivo tecnificado, na camada superficial do solo (0-10 cm), ocorreu o incremento da biomassa microbiana (Cmic e Nmic), notadamente na posição inferior do relevo, enquanto em ambientes agrícolas, nas mesmas condições de relevo e profundidade, observou-se uma diminuição relativa do carbono da biomassa microbiana.

Efeitos de herbicidas na atividade da microbiota rizosférica e no crescimento da cana-de-açùcar / Herbicide effects on the atividadade rhizospheric microbial and growth of sugar cane

Objetivou-se neste trabalho avaliar os efeitos de herbicidas na atividade da microbiota rizosférica e no crescimento da cana-de-açúcar. Para isso, sete herbicidas (tembotrione, MSMA, diuron+hexazinone, sulfentrazone, trifloxysulfuron-sodiun, tebuthiuron e clomazone) foram aplicados em pós-emergência da cana-de-açúcar cultivada em vaso contendo 12 dm3 de substrato (solo + fertilizantes). Foram avaliados os efeitos desses produtos na evolução do CO2 do solo (C-CO2), no carbono da biomassa microbiana (CBM), no quociente metabólico (qCO2), na atividade da enzima fosfomonoesterase ácida do solo rizosférico em amostras de solo coletadas aos 44 dias após aplicação dos herbicidas (DAT) e os efeitos no crescimento aos 77 DAT. Inicialmente os herbicidas MSMA, clomazone, sulfentrazone e trifloxysulfuron-sodium causaram intoxicação à cultura. Todavia, apenas nas plantas tratadas com o trifloxysulfuron-sodium esses sintomas permaneceram visíveis no momento da colheita do experimento. Quanto aos efeitos dos herbicidas sobre a atividade da microbiota rizoférica da cana-de-açúcar, o sulfentrazone e tebuthiuron reduziram a C-CO2 e o MSMA, tebuthiuron e clomazone reduziram o CBM do solo. O clomazone foi o herbicida que causou o maior impacto na atividade da microbiota, pois aumentou o valor do qCO2. Por outro lado, o sulfentrazone reduziu os valores dessa variável, contribuindo para o equilíbrio da microbiota no solo. Não houve influência dos herbicidas na atividade da fosfomonoesterase ácida do solo rizosférica da cana-de-açúcar.

The objective of this study was to evaluate the effects of herbicides used in their recommended doses, on the activity of the microbiota and sugar cane growth. For this, seven herbicides (tembotrione, MSMA, hexazinone + diuron, sulfentrazone, trifloxysulfuron-sodiun, and tebuthiuron cloamzone) were applied in pots containing 12 dm3 substrate (soil + fertilizer) at 50 days after sugarcane planting. The effects of these products on the evolution of soil CO2 (CO2-C), in the microbial biomass carbon (MBC), metabolic quotient (qCO2), enzyme activity in the rhizosphere acid phosphomonoesterase in rhizosphere soil samples collected at 44 days after herbicide application (DAT) and the growth effects at 77 DAT. Initially herbicides MSMA, clomazone, sulfentrazone and trifloxysulfuron-sodium caused poisoning in culture. However, only plants treated with trifloxysulfuron-sodium, these symptoms remained visible at harvest of the experiment. The effects of herbicides on microbial activity rizoferica of sugar cane, sulfentrazone and tebuthiuron reduced CO2-C and MSMA herbicide clomazone and reduced the CBM soil. The herbicide clomazone was that caused the greatest impact on microbial activity because of the increased value qCO2. Moreover, the sulfentrazone reduced values of that variable, contributing to the balance of microflora in the soil. No influence of herbicides on the activity of acid phosphomonoesterase rhizospheric on the sugarcane soil.

Soil CO2 efflux in central Amazonia: environmental and methodological effects / Efluxo de CO2 do solo na Amazônia central: efeitos ambiental e metodológico

Soil respiration plays a significant role in the carbon cycle of Amazonian rainforests. Measurements of soil respiration have only been carried out in few places in the Amazon. This study investigated the effects of the method of ring insertion in the soil as well as of rainfall and spatial distribution on CO2 emission in the central Amazon region. The ring insertion effect increased the soil emission about 13-20 percent for sandy and loamy soils during the firsts 4-7 hours, respectively. After rainfall events below 2 mm, the soil respiration did not change, but for rainfall greater than 3 mm, after 2 hours there was a decrease in soil temperature and respiration of about 10-34 percent for the loamy and sand soils, with emissions returning to normal after around 15-18 hours. The size of the measurement areas and the spatial distribution of soil respiration were better estimated using the Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) data. The Campina reserve is a mosaic of bare soil, stunted heath forest-SHF and tall heath forest-THF. The estimated total average CO2 emissions from the area was 3.08±0.8 µmol CO2 m-2 s-1. The Cuieiras reserve is another mosaic of plateau, slope, Campinarana and riparian forests and the total average emission from the area was 3.82±0.76 µmol CO2 m-2 s-1. We also found that the main control factor of the soil respiration was soil temperature, with 90 percent explained by regression analysis. Automated soil respiration datasets are a good tool to improve the technique and increase the reliability of measurements to allow a better understanding of all possible factors driven by soil respiration processes.

Respiração do solo possui um importante papel no ciclo do carbono em florestas tropicais Amazônicas. Entretanto poucas medidas de respiração do solo foram feitas. Neste estudo são apontados os efeitos na metodologia de instalação dos anéis no solo, bem como os efeitos da precipitação e a distribuição espacial da emissão de CO2 na Amazônia central. Os efeitos da inserção de anéis no solo aumentaram de 13 a 20 por cento para o solo arenoso e argiloso, o efeito durou de 4 a 7 horas, respectivamente. Já os efeitos na precipitação, notamos que os eventos abaixo de 2 mm a respiração do solo permaneceu indiferente, mas para precipitação acima de 3 mm, 2 horas depois, houve uma diminuição da temperatura e respiração em 10 a 34 por cento para o solo argilosos e arenosos, retornando a emissão normal após 15 a 18 horas. Para estimar a distribuição espacial da respiração do solo e o tamanho correto das áreas medidas, foram utilizadas as imagens do Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM). Considerando que a Reserva de Campina é um mosaico de solo desnudo, floresta alagável de baixa e alta estatura (SHF e THF). A emissão total média de CO2 para a área foi de 3.08±0.8 µmol CO2 m-2 s-1. Já a Reserva do Cuieiras possui outro mosaico de florestas de platôs, encostas, Campinaranas e riparias, sendo a emissão média total desta área foram de 3.82±0.76 µmol CO2 m-2 s-1. Encontramos também que a respiração do solo foi controlada pela temperatura do solo, sendo uma correlação de 90 por cento encontrada pela análise de regressão. Dados obtidos com sistema automático de respiração do solo é uma grande oportunidade de melhoramento da técnica e o aumento da confiança nas medidas em relação aos possíveis fatores que controlam os processos de emissão de CO2 do solo.

Efluxo de CO2 do solo em floresta de transição Amazônia Cerrado e em área de pastagem

The objective of this paper was (a) to estimate the CO2 soil efflux in a Mature Transitional Tropical Forest Amazonia and a area of Pasture in the north of the Mato Grosso; (b) to analyzer the influence of the soil humidity and temperature, and accumulated litter. The measurements had been carried through with device of CO2 absorption for infra-red ray (EGM/WMA-2 PP System, Hitchin Hertz, UK) in may/2005 to april/2006. The average values of the CO2 efflux of the ground in the Forest and the area of 5,45 and 4,94 µmolm-2s-1 Pasture µmolm-2s-1, respectively. In the dry season the behavior of the CO2 efflux of the ground was similar in the Mature Transitional Tropical Forest Amazonian and in the area of Pasture, and in the wet season the ecosystems had presented distinct behaviors, and the CO2 efflux of the ground in the area of Pasture was superior to the one in the Transitional Forest. It is essential that if it evaluates the influence of other factors in the CO2 efflux in ecosystems located in one same ecótono for the attainment of new answers that contribution to clarify doubt atmospheric CO2 emission to them the worldwide level.

O objetivo deste trabalho foi (a) estimar o efluxo de CO2 do solo em uma Floresta de Transição Amazônica Cerrado e em uma área de Pastagem localizadas no norte do Mato Grosso, e (b) verificar a influência da umidade e temperatura do solo, e serrapilheira acumulada no efluxo de CO2. As medições foram realizadas com aparelho de absorção de CO2 por infravermelho (EGM/WMA-2 PP System, Hitchin Hertz, UK) de maio/2005 a abril/2006. Os valores médios do efluxo de CO2 do solo na Floresta e na área de Pastagem foram de 5,45 e 4,95 µmolm-2s-1, respectivamente. Uma resposta satisfatória do efluxo de CO2 do solo e a serrapilheira acumulada, ocorreu somente na estação seca. Na estação seca o comportamento do efluxo de CO2 do solo foi semelhante na Floresta de Transição Amazônica Cerrado e na área de Pastagem, e na estação úmida os ecossistemas apresentaram comportamentos distintos, e o efluxo de CO2 do solo na área de Pastagem foi superior ao na Floresta de Transição. É essencial que se avalie a influência de outros fatores no efluxo de CO2 em ecossistemas localizados em um mesmo ecótono para a obtenção de novas respostas que contribuíam para esclarecer as dúvidas da emissão de CO2 em nível mundial.