Soil physical indicators of management systems in traditional agricultural areas under manure application

ABSTRACT Studies of the successive application of manure as fertilizer and its combined effect with long-term soil management systems are important to the identification of the interdependence of physical attributes. The aim of this study was to evaluate changes in the physical properties of a Rhodic Kandiudox under management systems employing successive applications of pig slurry and poultry litter, and select physical indicators that distinguish these systems using canonical discriminant analysis (CDA). The systems consisting of treatments including land use, management and the application time of organic fertilizers are described as follows: silage maize under no-tillage (NT-M7 years); silage maize under conventional tillage (CT-M20 years); annual pasture with chisel plowing (CP-P3 years); annual pasture with chisel plowing (CP-P15 years); perennial pasture without tillage (NT-PP20 years); and no-tillage yerba mate (NT-YM20 years) and were compared with native forest (NF) and native pasture (NP). Soil samples were collected from the layers at the following depths: 0.0-0.05, 0.05-0.10, and 0.10-0.20 m, and were analyzed for bulk density, porosity, aggregation, flocculation, penetration resistance, water availability and total clay content. Canonical discriminant analysis was an important tool in the study of physical indicators of soil quality. Organic fertilization, along with soil management, influences soil structure and its porosity. Total porosity was the most important physical property in the distinction of areas with management systems and application times of manure for the 0.0-0.05 and 0.10-0.20 m layers. Soil aeration and micropores differentiated areas in the 0.05-0.10 m layer. Animal trampling and machinery traffic were the main factors inducing compaction of this clayey soil.

Soil physical indicators of management systems in traditional agricultural areas under manure application

ABSTRACT Studies of the successive application of manure as fertilizer and its combined effect with long-term soil management systems are important to the identification of the interdependence of physical attributes. The aim of this study was to evaluate changes in the physical properties of a Rhodic Kandiudox under management systems employing successive applications of pig slurry and poultry litter, and select physical indicators that distinguish these systems using canonical discriminant analysis (CDA). The systems consisting of treatments including land use, management and the application time of organic fertilizers are described as follows: silage maize under no-tillage (NT-M7 years); silage maize under conventional tillage (CT-M20 years); annual pasture with chisel plowing (CP-P3 years); annual pasture with chisel plowing (CP-P15 years); perennial pasture without tillage (NT-PP20 years); and no-tillage yerba mate (NT-YM20 years) and were compared with native forest (NF) and native pasture (NP). Soil samples were collected from the layers at the following depths: 0.0-0.05, 0.05-0.10, and 0.10-0.20 m, and were analyzed for bulk density, porosity, aggregation, flocculation, penetration resistance, water availability and total clay content. Canonical discriminant analysis was an important tool in the study of physical indicators of soil quality. Organic fertilization, along with soil management, influences soil structure and its porosity. Total porosity was the most important physical property in the distinction of areas with management systems and application times of manure for the 0.0-0.05 and 0.10-0.20 m layers. Soil aeration and micropores differentiated areas in the 0.05-0.10 m layer. Animal trampling and machinery traffic were the main factors inducing compaction of this clayey soil.

Gas chromatography and photoacoustic spectroscopy for the assessment of soil greenhouse gases emissions

Assessments of soil carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) emissions are critical for determination of the agricultural practices' potential to mitigate global warming. This study evaluated the photoacoustic spectroscopy (PAS) for the assessment of soil greenhouse gases (GHG) fluxes in comparison to the standard gas chromatography (GC) method. Two long-term experiments with different tillage and cropping systems over a Paleudult were evaluated using static chambers. PAS measurements of CO2 and N2O concentrations showed good relationship and linearity (R2=0.98 and 0.94, respectively) with GC results. However, CH4 measurements were significantly affected by air sample moisture which interfered on CH4 detection by PAS. Overestimation of CO2 and N2O concentrations in air samples determined by PAS (14.6 and 18.7%, respectively) were also related to sampling moisture. CO2 and N2O fluxes showed good agreement between methods (R2=0.96 and 0.95, respectively), though PAS overestimated fluxes by 18.6 and 13.6% in relation to GC results, respectively. PAS showed good sensitivity and was able to detect CO2 and N2O fluxes as low as 332mg CO2 m-2 h-1 and 21µg N2O m-2 h-1. PAS analyzer should be detailed calibrated to reduce humidity interference on CO2, CH4 and N2O concentrations measurements avoiding overestimation or erroneous determination of soil GHG fluxes.

As avaliações das emissões de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo são fundamentais para a determinação do potencial de práticas agrícolas em mitigar o aquecimento global. Este estudo avaliou a espectroscopia fotoacústica (EFA) para a determinação dos fluxos de gases de efeito estufa (GEE) do solo em comparação com o método padrão de cromatografia gasosa (CG). Dois experimentos de longa duração com diferentes sistemas de preparo do solo e rotação de culturas sobre um Argissolo foram avaliados usando câmaras estáticas. As medidas das concentrações de CO2 e N2O realizadas por EFA mostraram boa correlação e linearidade (R2=0,98 e 0,94; respectivamente) com os resultados de CG. Entretanto, as medidas de CH4 foram significativamente afetadas pela umidade da amostra de ar que interferiu na detecção do CH4 por EFA. A superestimativa das concentrações de CO2 e N2O nas amostras analisadas por EFA (14,6 e 18,7%; respectivamente) também foram relacionadas com o conteúdo de umidade da amostra. Os fluxos de CO2 e N2O mostraram boa correlação entre os métodos (R2=0,96 e 0,95; respectivamente), apesar da superestimativa dos fluxos determinados por EFA ter sido de 18,6 e 13,6% em relação aos resultados obtidos por CG, respectivamente. A EFA mostrou boa sensibilidade e foi capaz de detectar fluxos de CO2 e N2O tão baixos quanto 332mg CO2 m-2 h-1 and 21µg N2O m-2 h-1. A calibração detalhada do analisador fotoacústico para reduzir a interferência da umidade das amostras nas medidas das concentrações de CO2, CH4 e N2O deve ser realizada a fim de evitar superestimativa ou erro na determinação dos fluxos de GEE do solo.

Gas chromatography and photoacoustic spectroscopy for the assessment of soil greenhouse gases emissions

Assessments of soil carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O) emissions are critical for determination of the agricultural practices' potential to mitigate global warming. This study evaluated the photoacoustic spectroscopy (PAS) for the assessment of soil greenhouse gases (GHG) fluxes in comparison to the standard gas chromatography (GC) method. Two long-term experiments with different tillage and cropping systems over a Paleudult were evaluated using static chambers. PAS measurements of CO2 and N2O concentrations showed good relationship and linearity (R2=0.98 and 0.94, respectively) with GC results. However, CH4 measurements were significantly affected by air sample moisture which interfered on CH4 detection by PAS. Overestimation of CO2 and N2O concentrations in air samples determined by PAS (14.6 and 18.7%, respectively) were also related to sampling moisture. CO2 and N2O fluxes showed good agreement between methods (R2=0.96 and 0.95, respectively), though PAS overestimated fluxes by 18.6 and 13.6% in relation to GC results, respectively. PAS showed good sensitivity and was able to detect CO2 and N2O fluxes as low as 332mg CO2 m-2 h-1 and 21µg N2O m-2 h-1. PAS analyzer should be detailed calibrated to reduce humidity interference on CO2, CH4 and N2O concentrations measurements avoiding overestimation or erroneous determination of soil GHG fluxes.

As avaliações das emissões de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e óxido nitroso (N2O) do solo são fundamentais para a determinação do potencial de práticas agrícolas em mitigar o aquecimento global. Este estudo avaliou a espectroscopia fotoacústica (EFA) para a determinação dos fluxos de gases de efeito estufa (GEE) do solo em comparação com o método padrão de cromatografia gasosa (CG). Dois experimentos de longa duração com diferentes sistemas de preparo do solo e rotação de culturas sobre um Argissolo foram avaliados usando câmaras estáticas. As medidas das concentrações de CO2 e N2O realizadas por EFA mostraram boa correlação e linearidade (R2=0,98 e 0,94; respectivamente) com os resultados de CG. Entretanto, as medidas de CH4 foram significativamente afetadas pela umidade da amostra de ar que interferiu na detecção do CH4 por EFA. A superestimativa das concentrações de CO2 e N2O nas amostras analisadas por EFA (14,6 e 18,7%; respectivamente) também foram relacionadas com o conteúdo de umidade da amostra. Os fluxos de CO2 e N2O mostraram boa correlação entre os métodos (R2=0,96 e 0,95; respectivamente), apesar da superestimativa dos fluxos determinados por EFA ter sido de 18,6 e 13,6% em relação aos resultados obtidos por CG, respectivamente. A EFA mostrou boa sensibilidade e foi capaz de detectar fluxos de CO2 e N2O tão baixos quanto 332mg CO2 m-2 h-1 and 21µg N2O m-2 h-1. A calibração detalhada do analisador fotoacústico para reduzir a interferência da umidade das amostras nas medidas das concentrações de CO2, CH4 e N2O deve ser realizada a fim de evitar superestimativa ou erro na determinação dos fluxos de GEE do solo.

Boron rates for triticale and wheat crops

No reports are registered on responses to boron fertilization nutrient deficiency and toxicity in triticale crops. The aim of this study was to evaluate triticale response to different rates of boron in comparison to wheat in an hapludox with initial boron level at 0.08 mg dm-3 4 FONT FACE=Symbol>´ /FONT> 4 factorial design trial completely randomized blocks design (n = 4). Boron rates were 0; 0.62; 1.24 and 1.86 mg dm-3; triticale cultivars were IAC 3, BR 4 and BR 53 and IAPAR 38 wheat crop was used for comparison. The wheat (IAPAR 38) crop presented the highest boron absorption level of all. Among triticale cultivars, the most responsive was IAC 53, presenting similar characteristics to wheat, followed by BR 4; these two crops are considered tolerant to higher boron rates in soil. Regarding to BR 53, no absorption effect was observed, and the cultivars was sensitive to boron toxicity. Absorption responses differed for each genotype. That makes it possible to choose and use the best-adapted plants to soils with different boron rates.

No Brasil não existem registros de respostas de adubação com boro para a cultura do triticale, sendo a ação deste nutriente uma incógnita, tanto em relação a deficiência quanto a toxidez, causas que levam a redução de produtividade. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta do triticale a diferentes níveis de boro em comparação com o trigo (Triticum aestivum). Utilizou-se um Latossolo Vermelho distrófico com teor inicial de boro de 0,08 mg dm-3. O delineamento foi um fatorial 4 FONT FACE=Symbol>´ /FONT> 4, distribuído em blocos casualizados, com quatro repetições, quatro níveis de boro: 0; 0,62; 1,24 e 1,86 mg dm-3 de B e três cultivares de triticale, IAC 3, BR 4 e BR 53, mais um cultivar de trigo, IAPAR 38, para comparação. Cada cultivar respondeu de forma diferente com relação às variáveis estudadas em função da aplicação de diferentes níveis de boro. O trigo (IAPAR 38) apresenta maior eficiência na absorção de boro. A cultivar de triticale mais responsiva quanto à absorção foi a IAC 3, que apresentou característica semelhante ao trigo, seguida da cultivar BR 4, demonstrando serem cultivares tolerantes a maiores níveis de boro no solo. Para a BR 53, não ocorreu efeito para absorção, com a cultivar apresentando sensibilidade à toxidez de boro. A eficiência de absorção é diferenciada para cada genótipo possibilitando a escolha e utilização de plantas que possuam maior adaptação ao meio.

Boron rates for triticale and wheat crops

No reports are registered on responses to boron fertilization nutrient deficiency and toxicity in triticale crops. The aim of this study was to evaluate triticale response to different rates of boron in comparison to wheat in an hapludox with initial boron level at 0.08 mg dm-3 4 FONT FACE=Symbol>´ /FONT> 4 factorial design trial completely randomized blocks design (n = 4). Boron rates were 0; 0.62; 1.24 and 1.86 mg dm-3; triticale cultivars were IAC 3, BR 4 and BR 53 and IAPAR 38 wheat crop was used for comparison. The wheat (IAPAR 38) crop presented the highest boron absorption level of all. Among triticale cultivars, the most responsive was IAC 53, presenting similar characteristics to wheat, followed by BR 4; these two crops are considered tolerant to higher boron rates in soil. Regarding to BR 53, no absorption effect was observed, and the cultivars was sensitive to boron toxicity. Absorption responses differed for each genotype. That makes it possible to choose and use the best-adapted plants to soils with different boron rates.

No Brasil não existem registros de respostas de adubação com boro para a cultura do triticale, sendo a ação deste nutriente uma incógnita, tanto em relação a deficiência quanto a toxidez, causas que levam a redução de produtividade. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta do triticale a diferentes níveis de boro em comparação com o trigo (Triticum aestivum). Utilizou-se um Latossolo Vermelho distrófico com teor inicial de boro de 0,08 mg dm-3. O delineamento foi um fatorial 4 FONT FACE=Symbol>´ /FONT> 4, distribuído em blocos casualizados, com quatro repetições, quatro níveis de boro: 0; 0,62; 1,24 e 1,86 mg dm-3 de B e três cultivares de triticale, IAC 3, BR 4 e BR 53, mais um cultivar de trigo, IAPAR 38, para comparação. Cada cultivar respondeu de forma diferente com relação às variáveis estudadas em função da aplicação de diferentes níveis de boro. O trigo (IAPAR 38) apresenta maior eficiência na absorção de boro. A cultivar de triticale mais responsiva quanto à absorção foi a IAC 3, que apresentou característica semelhante ao trigo, seguida da cultivar BR 4, demonstrando serem cultivares tolerantes a maiores níveis de boro no solo. Para a BR 53, não ocorreu efeito para absorção, com a cultivar apresentando sensibilidade à toxidez de boro. A eficiência de absorção é diferenciada para cada genótipo possibilitando a escolha e utilização de plantas que possuam maior adaptação ao meio.

Nitrogen and silicon fertilization of upland rice

Silicon is not considered an essential element for plant development and growth, but its absorption brings several benefits to some crops, especially rice, by increasing cellular wall thickness, providing mechanical resistance to the penetration of fungi, improving the opening angle of leaves and making them more erect, decreasing self-shading and increasing resistance to lodging, especially under high nitrogen rates. To evaluate the effects of nitrogen and silicon fertilization on vegetative and yield components, plant height, and yield of rice cultivar IAC 202, an experiment was carried out combining three nitrogen rates (5, 75 and 150 mg N kg-1 soil) applied as urea, and four silicon rates (0, 200, 400 and 600 mg SiO2 kg-1 soil) applied as calcium silicate. Trial was set up in a completely randomized design 3 ´ 4 factorial scheme, (N = 5). Nitrogen fertilization increased the number of stems and panicles per square meter and the total number of spikelets, reflecting on grain productivity. Excessive tillering caused by inadequate nitrogen fertilization reduced the percentage of fertile stalks, spikelet fertility and grain mass. Silicon fertilization reduced the number of blank spikelets per panicles and increased grain mass, but did not affect grain productivity.

O silício não é considerado um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, entretanto, sua absorção traz inúmeros benefícios, principalmente ao arroz, como aumento da espessura da parede celular, conferindo resistência mecânica a penetração de fungos, melhora o ângulo de abertura das folhas tornando-as mais eretas, diminuindo o auto-sombreamento e aumentando a resistência ao acamamento, especialmente sob altas doses de nitrogênio. O presente trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da adubação nitrogenada e silicatada nos componentes vegetativos, nos componentes da produção, na altura da planta e na produtividade da cultivar de arroz IAC 202. O experimento foi constituído da combinação de três doses de nitrogênio (5, 75 e 150 mg de N kg-1 de solo) aplicado na forma de uréia e quatro doses de silício (0, 200, 400 e 600 mg de SiO2 kg-1 de solo), aplicado na forma de silicato de cálcio. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 3 ´ 4 (N = 5). A adubação nitrogenada aumentou o número de colmos e panículas por metro quadrado e o número total de espiguetas, refletindo na produtividade de grãos. O perfilhamento excessivo causado pela adubação nitrogenada inadequada causou redução na porcentagem de colmos férteis, na fertilidade das espiguetas e da massa de grãos. A adubação silicatada reduziu o número de espiguetas chochas por panícula e aumentou a massa de grãos sem, contudo, refletir na produtividade de grãos.

Nitrogen and silicon fertilization of upland rice

Silicon is not considered an essential element for plant development and growth, but its absorption brings several benefits to some crops, especially rice, by increasing cellular wall thickness, providing mechanical resistance to the penetration of fungi, improving the opening angle of leaves and making them more erect, decreasing self-shading and increasing resistance to lodging, especially under high nitrogen rates. To evaluate the effects of nitrogen and silicon fertilization on vegetative and yield components, plant height, and yield of rice cultivar IAC 202, an experiment was carried out combining three nitrogen rates (5, 75 and 150 mg N kg-1 soil) applied as urea, and four silicon rates (0, 200, 400 and 600 mg SiO2 kg-1 soil) applied as calcium silicate. Trial was set up in a completely randomized design 3 ´ 4 factorial scheme, (N = 5). Nitrogen fertilization increased the number of stems and panicles per square meter and the total number of spikelets, reflecting on grain productivity. Excessive tillering caused by inadequate nitrogen fertilization reduced the percentage of fertile stalks, spikelet fertility and grain mass. Silicon fertilization reduced the number of blank spikelets per panicles and increased grain mass, but did not affect grain productivity.

O silício não é considerado um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, entretanto, sua absorção traz inúmeros benefícios, principalmente ao arroz, como aumento da espessura da parede celular, conferindo resistência mecânica a penetração de fungos, melhora o ângulo de abertura das folhas tornando-as mais eretas, diminuindo o auto-sombreamento e aumentando a resistência ao acamamento, especialmente sob altas doses de nitrogênio. O presente trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da adubação nitrogenada e silicatada nos componentes vegetativos, nos componentes da produção, na altura da planta e na produtividade da cultivar de arroz IAC 202. O experimento foi constituído da combinação de três doses de nitrogênio (5, 75 e 150 mg de N kg-1 de solo) aplicado na forma de uréia e quatro doses de silício (0, 200, 400 e 600 mg de SiO2 kg-1 de solo), aplicado na forma de silicato de cálcio. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial 3 ´ 4 (N = 5). A adubação nitrogenada aumentou o número de colmos e panículas por metro quadrado e o número total de espiguetas, refletindo na produtividade de grãos. O perfilhamento excessivo causado pela adubação nitrogenada inadequada causou redução na porcentagem de colmos férteis, na fertilidade das espiguetas e da massa de grãos. A adubação silicatada reduziu o número de espiguetas chochas por panícula e aumentou a massa de grãos sem, contudo, refletir na produtividade de grãos.