Organic farming practices change the soil bacteria community, improving soil quality and maize crop yields.

BACKGROUND: The importance of organic farming has increased through the years to promote food security allied with minimal harm to the ecosystem. Besides the environmental benefits, a recurring problem associated with organic management is the unsatisfactory yield. A possible solution may rely on the soil microbiome, which presents a crucial role in the soil system. Here, we aimed to evaluate the soil bacterial community structure and composition under organic and conventional farming, considering the tropical climate and tropical soil. METHODOLOGY: Our organic management treatments were composed by composted poultry manure and green manure with Bokashi. Both organic treatments were based on low nitrogen inputs. We evaluated the soil bacterial community composition by high-throughput sequencing of 16S rRNA genes, soil fertility, and soil enzyme activity in two organic farming systems, one conventional and the last transitional from conventional to organic. RESULTS: We observed that both organic systems evaluated in this study, have higher yield than the conventional treatment, even in a year with drought conditions. These yield results are highly correlated with changes in soil chemical properties and enzymatic activity. The attributes pH, Ca, P, alkaline phosphatase, and ß- glucosidase activity are positively correlated with organic systems, while K and Al are correlated with conventional treatment. Also, our results show in the organic systems the changes in the soil bacteria community, being phyla Acidobacteria, Firmicutes, Nitrospirae, and Rokubacteria the most abundant. These phyla were correlated with soil biochemical changes in the organic systems, helping to increase crop yields. CONCLUSION: Different organic management systems, (the so-called natural and organic management systems, which use distinct organic sources), shift the soil bacterial community composition, implying changes in their functionalities. Also, our results contributed to the identification of target bacterial groups and changes in soil chemical properties and enzymatic activity in a trophic organic farming system, which may contribute to higher crop yields.

Relationships between soil organic matter pools and nitrous oxide emissions of agroecosystems in the Brazilian Cerrado.

In the Brazilian Cerrado, despite the increasing adoption of no-till systems, there are still extended areas under conventional soil management systems that reduce soil carbon (C) and nitrogen (N) stocks and increase the emissions of greenhouse gases, such as nitrous oxide (N2O). Conservation agroecosystems, such as no-till, have been proposed as a strategy to mitigate agriculture-induced climatic changes through reductions in N2O emissions. However, the relationship between organic matter and N2O emissions from soils under different agroecosystems is not yet clear. This study hypothesized that agroecosystems under no-till promote an accumulation of labile and stable SOM fractions along with a reduction of N2O emissions. This study evaluated the effects of crop-rotation agroecosystems: i) on C and N pools and labile and stable SOM fractions; ii) on cumulative N2O emissions; and iii) on the relationships between SOM fractions and N2O emissions. The agricultural systems consisted of: (I) soybean followed by sorghum under no-tillage (NT1); (II) maize followed by pigeon pea under no-tillage (NT2); (III) soybean under conventional tillage followed by fallow soil (CT); (IV) and native Cerrado (CER). After CT for 18years, following the replacement of CER, the soil C stock in the 0-20cm layer was reduced by 0.64tha-1year-1. The no-till systems were more efficient in accumulating labile and stable C fractions with values close to those observed under CER, and were directly related to lower soil N2O emissions. The cumulative pattern of N2O emissions was inverse to that of the following SOM fractions: microbial biomass carbon, permanganate-oxidizable carbon, particulate organic carbon, inert carbon, and humic substances. Based on principal component analysis, the CT was generally separated from the other land use systems. This separation was strongly influenced by the low C contents in the different SOM fractions and higher N2O emissions promoted by the CT.

Densimetric fractionation of organic matter in an agricultural chronosequence in no-till areas in the Cerrado region, Brazil / Fracionamento densimétrico da matéria orgânica em uma cronossequência de agricultura em áreas de plantio direto no Cerrado

Mineralization of organic residues deposited on the soil surface in a no-till system (NT) maintains a continuous flow of different forms of carbon (C), which might interfere with densimetric fractions of soil organic matter (SOM). Currently, there are few studies on variations in these fractions in NT areas with different deployment times in the Cerrado region. Thus, the objective of this study was to evaluate the total C, nitrogen (N), and 13C in the soil, as well as to quantify the mass and contents of C, N, and 13C in the light and heavy fractions of SOM extracted using different solutions (water, sodium iodide [NaI], and sodium polytungstate [SPT]) in areas of Cerrado, pastures, and NT with different deployment times with Distroferric Red Latosol soil. The study areas are located in Montividiu, Goiás (GO), Brazil: (1) pasture of Brachiaria decumbens (PA); (2) NT with three years of deployment with soybean in summer and fallow instead of a second crop (NT3); (3) NT with 15 years of deployment with soybean in the summer and maize/sorghum as the second crop (NT15); and (4) NT with 20 years of deployment with soybean in the summer and maize as the second crop (NT20). These areas were compared to an area of native Cerrado sensu stricto (CE). The NT according to the deployment time showed an increase in the contents of C (0-0.05 m) and N (0-0.2 m) in the soil. The origin of C in the soil of the NT areas is associated with C4 plants; however, in up to 0.2 m of the soil profile, the 13C contents reduced according to NT deployment years. Extraction of light-fraction organic matter (LFOM) with SPT better represents this SOM fraction quantitatively and qualitatively than extraction of LFOM with water and NaI. This pattern is evident because of a greater consistency in the mass, C, N, and 13C contents of the LFOM extracted with SPT among the evaluated areas and the lower C content in residual particulate organic matter among the extractants.(AU)

A mineralização dos resíduos orgânicos depositados na superfície do solo no sistema de plantio direto (SPD) mantém um fluxo contínuo de diferentes formas de carbono, podendo interferir nas frações densimétricas da matéria orgânica do solo (MOS). Atualmente, são escassos resultados de pesquisa que avaliem às variações destas frações em áreas de SPD com diferentes anos de implantação na região do cerrado. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o C, N e 13C total do solo, bem como, quantificar a massa, C, N e 13C das frações leves e pesadas da MOS extraídas com diferentes soluções (água, iodeto de sódio NaI e politungstato de sódio PTS) em áreas de Cerrado, pastagem e SPD com diferentes anos de implantação sob um Latossolo Vermelho Distroférrico. As áreas de estudo encontram-se localizadas em Montividiu (GO), e apresentam as seguintes características: 1) pastagem de Brachiaria decumbens (PA); 2) SPD com 3 anos de implantação com cultivo de soja no verão e pousio na safrinha (SPD3); 3) SPD com 15 anos de implantação com rotação soja no verão milho/sorgo safrinha (SPD15) e 4) SPD com 20 anos de implantação com rotação soja no verão milho safrinha (SPD20); sendo estas áreas comparadas a uma área de cerrado nativo stricto sensu (CE). O SPD em função do tempo de implantação aumentou os teores de C (0,0-0,05 m) e N (0,0-0,20 m) do solo. A origem da carbono do solo nas áreas de SPD é referente à plantas do ciclo fotossintético C4, no entanto, verifica-se que até os 0,20 m do perfil do solo, os resultados de 13C estão reduzindo em função dos anos de adoção do SPD. A extração da matéria orgânica leve (MOL) com PTS melhor representa quantitativamente e qualitativamente essa fração da MOS, quando comparada à extraída com água e NaI.[...](AU)

Densimetric fractionation of organic matter in an agricultural chronosequence in no-till areas in the Cerrado region, Brazil / Fracionamento densimétrico da matéria orgânica em uma cronossequência de agricultura em áreas de plantio direto no Cerrado

Mineralization of organic residues deposited on the soil surface in a no-till system (NT) maintains a continuous flow of different forms of carbon (C), which might interfere with densimetric fractions of soil organic matter (SOM). Currently, there are few studies on variations in these fractions in NT areas with different deployment times in the Cerrado region. Thus, the objective of this study was to evaluate the total C, nitrogen (N), and 13C in the soil, as well as to quantify the mass and contents of C, N, and 13C in the light and heavy fractions of SOM extracted using different solutions (water, sodium iodide [NaI], and sodium polytungstate [SPT]) in areas of Cerrado, pastures, and NT with different deployment times with Distroferric Red Latosol soil. The study areas are located in Montividiu, Goiás (GO), Brazil: (1) pasture of Brachiaria decumbens (PA); (2) NT with three years of deployment with soybean in summer and fallow instead of a second crop (NT3); (3) NT with 15 years of deployment with soybean in the summer and maize/sorghum as the second crop (NT15); and (4) NT with 20 years of deployment with soybean in the summer and maize as the second crop (NT20). These areas were compared to an area of native Cerrado sensu stricto (CE). The NT according to the deployment time showed an increase in the contents of C (0-0.05 m) and N (0-0.2 m) in the soil. The origin of C in the soil of the NT areas is associated with C4 plants; however, in up to 0.2 m of the soil profile, the 13C contents reduced according to NT deployment years. Extraction of light-fraction organic matter (LFOM) with SPT better represents this SOM fraction quantitatively and qualitatively than extraction of LFOM with water and NaI. This pattern is evident because of a greater consistency in the mass, C, N, and 13C contents of the LFOM extracted with SPT among the evaluated areas and the lower C content in residual particulate organic matter among the extractants.

A mineralização dos resíduos orgânicos depositados na superfície do solo no sistema de plantio direto (SPD) mantém um fluxo contínuo de diferentes formas de carbono, podendo interferir nas frações densimétricas da matéria orgânica do solo (MOS). Atualmente, são escassos resultados de pesquisa que avaliem às variações destas frações em áreas de SPD com diferentes anos de implantação na região do cerrado. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o C, N e 13C total do solo, bem como, quantificar a massa, C, N e 13C das frações leves e pesadas da MOS extraídas com diferentes soluções (água, iodeto de sódio – NaI e politungstato de sódio – PTS) em áreas de Cerrado, pastagem e SPD com diferentes anos de implantação sob um Latossolo Vermelho Distroférrico. As áreas de estudo encontram-se localizadas em Montividiu (GO), e apresentam as seguintes características: 1) pastagem de Brachiaria decumbens (PA); 2) SPD com 3 anos de implantação com cultivo de soja no verão e pousio na safrinha (SPD3); 3) SPD com 15 anos de implantação com rotação soja no verão – milho/sorgo safrinha (SPD15) e 4) SPD com 20 anos de implantação com rotação soja no verão – milho safrinha (SPD20); sendo estas áreas comparadas a uma área de cerrado nativo stricto sensu (CE). O SPD em função do tempo de implantação aumentou os teores de C (0,0-0,05 m) e N (0,0-0,20 m) do solo. A origem da carbono do solo nas áreas de SPD é referente à plantas do ciclo fotossintético C4, no entanto, verifica-se que até os 0,20 m do perfil do solo, os resultados de 13C estão reduzindo em função dos anos de adoção do SPD. A extração da matéria orgânica leve (MOL) com PTS melhor representa quantitativamente e qualitativamente essa fração da MOS, quando comparada à extraída com água e NaI.[...]

Doses de dejeto líquido de suínos na comunidade da fauna edáfica em sistema plantio direto e cultivo mínimo / Doses of liquid swine slurry on soil biota community under no tillage and minimum tillage

A elevada produção de dejeto líquido de suínos faz do solo a principal alternativa para a sua utilização na forma de fertilizante orgânico. Contudo, a adição de resíduos orgânicos nos sistemas de manejo do solo é um fator que pode influenciar a biota do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influencia da aplicação de doses de dejeto líquido de suíno na fauna do solo em diferentes sistemas de cultivos. O trabalho foi desenvolvido em área experimental no município de Taquaruçu do Sul, RS. O delineamento foi em blocos casualisados em arranjo fatorial (2x5), sendo dois sistemas de manejo do solo (mínimo e plantio direto) e cinco doses (0, 20, 40, 80m³ ha-1 de dejeto líquido de suíno e adubação química) com quatro repetições. As coletas da fauna edáfica foram realizadas com armadilhas tipo PROVID, em parcelas de 22,5m². Avaliou-se o total de grupos, colêmbolos, ácaros, abundância, riqueza, índice dominância de Simpson, diversidade de Shannon e o índice de Pielou. Os resultados indicam que o sistema plantio direto associado a 40 e 80m³ ha-1 resultam em maior abundância de organismos, ocasionada pelo maior número de colêmbolos. A população de ácaros é maior no cultivo mínimo, em comparação ao sistema plantio direto na dose de 80m³ ha-1. No sistema plantio direto, a dominância de Simpson aumenta e a diversidade de Shannon diminui com a elevação das doses de dejeto líquido de suíno.

The high production of liquid pig slurry makes the soil, the main alternative to its use as an organic fertilizer. However, the addition of organic residues in soil management systems is a factor that may influence the soil biota. The aim of this study was to evaluate the influence of dose application of liquid swine manure on soil biota in different cropping systems. The study was conducted in the experimental area located in the Taquaruçu do Sul. The design was a randomized block factorial arrangement (2x5), two soil management (minimum and no tillage) and five doses (0, 20, 40, 80m³ ha-1 of liquid swine slurry and chemical fertilizer - ROLAS) with four replications. Sampling of soil biota was carried out with PROVID traps in plots of 22.5m². It was evaluated the total group, springtails, mites, abundance, richness, Simpson’s index, Shannon’s diversity and Pielou’s index. The results indicate that no tillage system associated with 40 and 80m³ ha-1 resulted in a greater abundance of organisms, caused by the greater number of springtails. The mite population is larger in minimum tillage compared to no tillage at a rate of 80m³ ha-1. In no-tillage increases the dominance of Simpson and Shannon diversity decreases with increasing levels of liquid swine manure.

Doses de dejeto líquido de suínos na comunidade da fauna edáfica em sistema plantio direto e cultivo mínimo / Doses of liquid swine slurry on soil biota community under no tillage and minimum tillage

A elevada produção de dejeto líquido de suínos faz do solo a principal alternativa para a sua utilização na forma de fertilizante orgânico. Contudo, a adição de resíduos orgânicos nos sistemas de manejo do solo é um fator que pode influenciar a biota do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influencia da aplicação de doses de dejeto líquido de suíno na fauna do solo em diferentes sistemas de cultivos. O trabalho foi desenvolvido em área experimental no município de Taquaruçu do Sul, RS. O delineamento foi em blocos casualisados em arranjo fatorial (2x5), sendo dois sistemas de manejo do solo (mínimo e plantio direto) e cinco doses (0, 20, 40, 80m³ ha-1 de dejeto líquido de suíno e adubação química) com quatro repetições. As coletas da fauna edáfica foram realizadas com armadilhas tipo PROVID, em parcelas de 22,5m². Avaliou-se o total de grupos, colêmbolos, ácaros, abundância, riqueza, índice dominância de Simpson, diversidade de Shannon e o índice de Pielou. Os resultados indicam que o sistema plantio direto associado a 40 e 80m³ ha-1 resultam em maior abundância de organismos, ocasionada pelo maior número de colêmbolos. A população de ácaros é maior no cultivo mínimo, em comparação ao sistema plantio direto na dose de 80m³ ha-1. No sistema plantio direto, a dominância de Simpson aumenta e a diversidade de Shannon diminui com a elevação das doses de dejeto líquido de suíno.(AU)

The high production of liquid pig slurry makes the soil, the main alternative to its use as an organic fertilizer. However, the addition of organic residues in soil management systems is a factor that may influence the soil biota. The aim of this study was to evaluate the influence of dose application of liquid swine manure on soil biota in different cropping systems. The study was conducted in the experimental area located in the Taquaruçu do Sul. The design was a randomized block factorial arrangement (2x5), two soil management (minimum and no tillage) and five doses (0, 20, 40, 80m³ ha-1 of liquid swine slurry and chemical fertilizer - ROLAS) with four replications. Sampling of soil biota was carried out with PROVID traps in plots of 22.5m². It was evaluated the total group, springtails, mites, abundance, richness, Simpsons index, Shannons diversity and Pielous index. The results indicate that no tillage system associated with 40 and 80m³ ha-1 resulted in a greater abundance of organisms, caused by the greater number of springtails. The mite population is larger in minimum tillage compared to no tillage at a rate of 80m³ ha-1. In no-tillage increases the dominance of Simpson and Shannon diversity decreases with increasing levels of liquid swine manure.(AU)

Semeadura direta na produção do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil / No-tillage on corn production in rainfed agriculture in Northeast Brazil

Quando implantado de modo eficiente, a semeadura direta beneficia o solo e as culturas. No Brasil, a maioria dos estudos com plantio direto concentra-se no Sul e no Centro-Oeste, carecendo de informações sobre esse sistema de manejo do solo no ambiente da região Nordeste. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da semeadura direta na produtividade do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil, em um experimento conduzido em Alagoinha-PB durante sete anos. As culturas do milho (Zea mays) e do guandu (Cajanus cajan) foram implantadas em três sistemas de manejo: milho em cultivo convencional (CC), milho em semeadura direta (SD), milho em semeadura direta com guandu intercalar (SG), na presença e ausência de adubação com N, P e K. As amostras de solo foram coletadas no início e no final do experimento, sendo determinados a densidade do solo e de partículas, a porosidade total, o diâmetro médio ponderado de agregados secos e úmidos e o índice de estabilidade de agregados. Também foram quantificadas a percentagem de cobertura do solo e a produtividade de grãos de milho. A porosidade do solo e a estabilidade de agregados foram menores após o período avaliado. A cobertura do solo aumentou significativamente, chegando a cobrir 96 por cento da área nos sistemas SD e SG, no início do desenvolvimento da cultura. A adubação e os sistemas SD e SG influenciaram positivamente na produtividade do milho. A precipitação pluvial foi o fator que causou maior variabilidade nos resultados ao longo do estudo.

When efficiently introduced, no-tillage system benefices soil and crops. In Brazil, no-tillage studies are concentrated in South and Center-west regions, being necessary information about it in Northeast region. The aim of this study was to evaluate the no-tillage influence on maize yield under rainfed agriculture in Northeast Brazil, in an experiment conducted during seven years. The crops of maize (Zea mays) and pigeon pea (Cajanus cajan) were used in three soil management systems: maize in conventional tillage (CC), maize in no-tillage (SD), maize in no-tillage plus pigeon pea sowed in the interrow (SG), with presence and absence of mineral N, P and K fertilization. Soil samples were collected at the beginning and the end of the experiment to determine soil bulk density, soil particle density, total porosity, dry and wet mean weight aggregate diameters and aggregate stability index. It was also quantified soil cover rate and maize yield. The soil porosity and aggregate stability were lower after the study period. Soil coverage increased significantly, about 96 percent of the area under SD and SG systems, early in the culture development. Mineral fertilization and no-tillage systems highly influenced the maize yield. The rainfall was the factor that caused greater variability on the results of this study.

Semeadura direta na produção do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil

When efficiently introduced, no-tillage system benefices soil and crops. In Brazil, no-tillage studies are concentrated in South and Center-west regions, being necessary information about it in Northeast region. The aim of this study was to evaluate the no-tillage influence on maize yield under rainfed agriculture in Northeast Brazil, in an experiment conducted during seven years. The crops of maize (Zea mays) and pigeon pea (Cajanus cajan) were used in three soil management systems: maize in conventional tillage (CC), maize in no-tillage (SD), maize in no-tillage plus pigeon pea sowed in the interrow (SG), with presence and absence of mineral N, P and K fertilization. Soil samples were collected at the beginning and the end of the experiment to determine soil bulk density, soil particle density, total porosity, dry and wet mean weight aggregate diameters and aggregate stability index. It was also quantified soil cover rate and maize yield. The soil porosity and aggregate stability were lower after the study period. Soil coverage increased significantly, about 96 % of the area under SD and SG systems, early in the culture development. Mineral fertilization and no-tillage systems highly influenced the maize yield. The rainfall was the factor that caused greater variability on the results of this study.

Quando implantado de modo eficiente, a semeadura direta beneficia o solo e as culturas. No Brasil, a maioria dos estudos com plantio direto concentra-se no Sul e no Centro-Oeste, carecendo de informações sobre esse sistema de manejo do solo no ambiente da região Nordeste. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da semeadura direta na produtividade do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil, em um experimento conduzido em Alagoinha-PB durante sete anos. As culturas do milho (Zea mays) e do guandu (Cajanus cajan) foram implantadas em três sistemas de manejo: milho em cultivo convencional (CC), milho em semeadura direta (SD), milho em semeadura direta com guandu intercalar (SG), na presença e ausência de adubação com N, P e K. As amostras de solo foram coletadas no início e no final do experimento, sendo determinados a densidade do solo e de partículas, a porosidade total, o diâmetro médio ponderado de agregados secos e úmidos e o índice de estabilidade de agregados. Também foram quantificadas a percentagem de cobertura do solo e a produtividade de grãos de milho. A porosidade do solo e a estabilidade de agregados foram menores após o período avaliado. A cobertura do solo aumentou significativamente, chegando a cobrir 96 % da área nos sistemas SD e SG, no início do desenvolvimento da cultura. A adubação e os sistemas SD e SG influenciaram positivamente na produtividade do milho. A precipitação pluvial foi o fator que causou maior variabilidade nos resultados ao longo do estudo.

Semeadura direta na produção do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil

When efficiently introduced, no-tillage system benefices soil and crops. In Brazil, no-tillage studies are concentrated in South and Center-west regions, being necessary information about it in Northeast region. The aim of this study was to evaluate the no-tillage influence on maize yield under rainfed agriculture in Northeast Brazil, in an experiment conducted during seven years. The crops of maize (Zea mays) and pigeon pea (Cajanus cajan) were used in three soil management systems: maize in conventional tillage (CC), maize in no-tillage (SD), maize in no-tillage plus pigeon pea sowed in the interrow (SG), with presence and absence of mineral N, P and K fertilization. Soil samples were collected at the beginning and the end of the experiment to determine soil bulk density, soil particle density, total porosity, dry and wet mean weight aggregate diameters and aggregate stability index. It was also quantified soil cover rate and maize yield. The soil porosity and aggregate stability were lower after the study period. Soil coverage increased significantly, about 96 % of the area under SD and SG systems, early in the culture development. Mineral fertilization and no-tillage systems highly influenced the maize yield. The rainfall was the factor that caused greater variability on the results of this study.

Quando implantado de modo eficiente, a semeadura direta beneficia o solo e as culturas. No Brasil, a maioria dos estudos com plantio direto concentra-se no Sul e no Centro-Oeste, carecendo de informações sobre esse sistema de manejo do solo no ambiente da região Nordeste. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da semeadura direta na produtividade do milho em agricultura de sequeiro na região Nordeste do Brasil, em um experimento conduzido em Alagoinha-PB durante sete anos. As culturas do milho (Zea mays) e do guandu (Cajanus cajan) foram implantadas em três sistemas de manejo: milho em cultivo convencional (CC), milho em semeadura direta (SD), milho em semeadura direta com guandu intercalar (SG), na presença e ausência de adubação com N, P e K. As amostras de solo foram coletadas no início e no final do experimento, sendo determinados a densidade do solo e de partículas, a porosidade total, o diâmetro médio ponderado de agregados secos e úmidos e o índice de estabilidade de agregados. Também foram quantificadas a percentagem de cobertura do solo e a produtividade de grãos de milho. A porosidade do solo e a estabilidade de agregados foram menores após o período avaliado. A cobertura do solo aumentou significativamente, chegando a cobrir 96 % da área nos sistemas SD e SG, no início do desenvolvimento da cultura. A adubação e os sistemas SD e SG influenciaram positivamente na produtividade do milho. A precipitação pluvial foi o fator que causou maior variabilidade nos resultados ao longo do estudo.