Improving irrigation, crop, and soil management for sustainable soybean production in Southern Brazilian lowlands

Lowlands have been cultivated with irrigated rice (Oryza sativa) in a monoculture cropping system for more than a century in southern Brazil. Shallow topsoil with high bulk density and deficient water infiltration favors the of production paddy rice; however, this condition does not favor species non-tolerant to flooding or oxygen restriction. Thus, soil and irrigation management may be necessary to raise the rice-soybean (Glycine max) rotation systems to sustainable levels. We carried out a two-year field experiment to assess the effects of irrigation treatments and soil management on soil physical properties, soybean growth, and grain yield in lowland systems. The experiment comprised a randomized block design with two factors and three replications. The main factor comprised the following irrigation treatments: sprinkler; surface, and rainfed. Four soil managements composed the second factor: conventional tillage (CT), no-tillage (NT), conventional tillage with raised-seedbed, and no-tillage with raised-seedbed. Soil physical properties, soil penetration resistance, crop parameters, grain yield and water productivity were evaluated. CT increased the soil penetration resistance near the soil surface layer. The highest soil bulk density at the 0.05-0.10 m layer in the CT reduces grain yield in rainfed soybean compared to NT. Supplementary irrigation increased soybean yield of about 36 % in years of uneven rainfall distribution. Sprinkler irrigation resulted in higher irrigated water productivity (90 %) compared to surface irrigation, contributing to a more sustainable increase in grain yield. Crop rotation in a no-tillage cropping scheme could improve the sustainability of diversified agriculture in lowlands.

Spatial variability of soil penetration resistance in the lowland area cultivated with soybean / Variabilidade espacial da resistência do solo à penetração em área de várzea cultivada com soja

This study determined the spatial variability of soil penetration resistance and yield of the soybean crop in lowland areas. The soil resistance to penetration at four different depths (0 to 0.10 m; 0.11 to 0.20 m; 0.21 to 0.30 m and 0.31 to 0.40 m), volumetric humidity of the soil at two depths (0 to 0.20 m and 0.21 to 0.40 m) and soybean yield were determined in an area of 1.13 hectares, using a sample mesh of 10 x 10 m. The corresponding data were subjected to descriptive statistical analysis. Pearsons simple linear correlation analysis (p0.05) was conducted and the spatial dependence was assessed by analyzing the isotropic semivariograms using spherical, exponential, linear, and Gaussian models. The results showed that the soil penetration resistance increased with depth, with restrictive values to root growth between 0.05 and 0.35 m. There was no correlation between yield and soil penetration resistance, and the semivariograms did not show a defined ascending region regarding the soil penetration resistance data. For the conditions under which the experiment was conducted, the sample 10 x 10 m mesh was suitable for assessing the spatial variability of soil resistance to penetration in depths exceeding 0.10 m.(AU)

Este trabalho teve como objetivo identificar a variabilidade espacial da resistência do solo à penetração e na produtividade da cultura da soja, em área de várzea. Foram realizadas determinações de resistência do solo à penetração, em quatro profundidades (0 a 0,10 m; 0,11 a 0,20 m; 0,21 a 0,30 m e 0,31 a 0,40 m); umidade volumétrica do solo, em duas profundidades (0 a 0,20 m e 0,21 a 0,40 m); e produtividade da soja em uma área de 1,13 hectares, utilizando-se malha amostral de 10 x 10 m. Os dados foram submetidos à análise estatística descritiva. Realizou-se análise de correlação linear simples de Pearson (p0,05) e a dependência espacial foi avaliada pela análise de semivariogramas isotrópicos, utilizando os modelos: esférico, exponencial, linear e gaussiano. Os resultados indicaram que, a resistência do solo à penetração aumentou em profundidade, com valores restritivos ao crescimento radicular entre 0,05 e 0,35 m. Não se obteve correlação entre produtividade e resistência do solo à penetração sendo que, para os dados de resistência do solo à penetração, os semivariogramas não apresentaram uma região ascendente definida. Para as condições em que o experimento foi realizado, a malha amostral de 10 x 10 m utilizada foi adequada para avaliar a variabilidade espacial da resistência do solo à penetração em profundidades superiores a 0,10 m.(AU)

Soil tillage, rice straw and flooded irrigated rice yield / Manejo do solo, palha residual e produtividade de arroz irrigado por inundação

The objective of this study was evaluate the effect of management systems and straw in flooded irrigated rice yield. The experimental design was a completely randomized with three experiments and, 10 replications in experiment 1 and 2 and, 6 replications in experiment 3. The experiments were: E1 no-till system (E1PD) and conventional system with two harrowings at 0.00.07 m layer and leveling with remaplam (E1PC), after three years of sowing rice, after fallow of rice tillage, with sowing of rye grass in winter and grazing; E2 no-till system (E2PD) and conventional system after native field (E2PC); E3 no-till without straw on soil surface (E30P), current straw on soil surface of 3,726 kg ha-1 (E31P), two times current straw of 7,452 kg ha-1 (E32P) and three times current straw of 11,178 kg ha-1 (E33P). In soil, were evaluated the average geometric diameter of aggregates, soil bulk density, soil porosity, macro and microporosity, in 0.0-0.05 and 0.05-0.10 m layer. In harvest were evaluated the panicles number in 0,25 m2 area, number of filled, empty an total grains in 10 panicles, mass of one thousand seeds and rice grains yield in 2 m2. The conventional system presented greater macroporosity and total porosity, compared with no-till system, however, does not result in differences in production components and rice grains yield. Soil tillage in no-till, with rice straw on soil surface up to 11,178 kgha-1, before sowing, not reduces flooded irrigated rice grains yield.(AU)

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de sistemas de manejo e da palha residual na produtividade de arroz irrigado por inundação. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com três experimentos e, dez repetições nos experimentos 1 e 2 e, 6 repetições no experimento 3. Os experimentos foram: E1 sistema plantio direto (E1PD) e sistema convencional com duas gradagens na camada de 0,0 0,07 m + aplainamento com remaplam (E1PC), em área de três anos de cultivo de arroz, após pousio do cultivo de arroz e semeadura de azevém no inverno, com pastejo animal o ano todo; E2 sistema plantio direto (E2PD) e sistema convencional (E2PC), após campo nativo; E3 plantio direto com ausência de palha na superfície do solo (E30P), palha atual na superfície do solo de 3.726 kg ha-1 (E31P), duas vezes a quantidade de palha atual, 7.452 kg ha-1 (E32P) e três vezes a quantidade de palha atual, 11.178 kg ha-1 (E33P). No solo, foram avaliados o diâmetro médio geométrico dos agregados, a densidade, porosidade total, macro e microporosidade, nas camadas de 0,0 0,05 e 0,05 0,10 m. Na colheita, foram avaliados o número de panículas em área de 0,25 m2, número de grãos cheios, vazios e total em 10 panículas, massa de mil sementes e a produtividade de grãos de arroz em 2 m2. O sistema de manejo convencional apresenta maior macroporosidade e porosidade total do solo, comparado aosistema plantio direto, porém, não resulta em diferença nos componentes de produção e produtividadede grãos de arroz. O manejo do solo em sistema plantio direto, com a quantidade de palha de arroz nasuperfície do solo de até 11.178 kg ha-1, antes da semeadura, não reduz a produtividade de grãos de arrozirrigado por inundação.(AU)

Soil tillage, rice straw and flooded irrigated rice yield / Manejo do solo, palha residual e produtividade de arroz irrigado por inundação

The objective of this study was evaluate the effect of management systems and straw in flooded irrigated rice yield. The experimental design was a completely randomized with three experiments and, 10 replications in experiment 1 and 2 and, 6 replications in experiment 3. The experiments were: E1 no-till system (E1PD) and conventional system with two harrowings at 0.00.07 m layer and leveling with remaplam (E1PC), after three years of sowing rice, after fallow of rice tillage, with sowing of rye grass in winter and grazing; E2 no-till system (E2PD) and conventional system after native field (E2PC); E3 no-till without straw on soil surface (E30P), current straw on soil surface of 3,726 kg ha-1 (E31P), two times current straw of 7,452 kg ha-1 (E32P) and three times current straw of 11,178 kg ha-1 (E33P). In soil, were evaluated the average geometric diameter of aggregates, soil bulk density, soil porosity, macro and microporosity, in 0.0-0.05 and 0.05-0.10 m layer. In harvest were evaluated the panicles number in 0,25 m2 area, number of filled, empty an total grains in 10 panicles, mass of one thousand seeds and rice grains yield in 2 m2. The conventional system presented greater macroporosity and total porosity, compared with no-till system, however, does not result in differences in production components and rice grains yield. Soil tillage in no-till, with rice straw on soil surface up to 11,178 kgha-1, before sowing, not reduces flooded irrigated rice grains yield.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de sistemas de manejo e da palha residual na produtividade de arroz irrigado por inundação. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com três experimentos e, dez repetições nos experimentos 1 e 2 e, 6 repetições no experimento 3. Os experimentos foram: E1 sistema plantio direto (E1PD) e sistema convencional com duas gradagens na camada de 0,0 0,07 m + aplainamento com remaplam (E1PC), em área de três anos de cultivo de arroz, após pousio do cultivo de arroz e semeadura de azevém no inverno, com pastejo animal o ano todo; E2 sistema plantio direto (E2PD) e sistema convencional (E2PC), após campo nativo; E3 plantio direto com ausência de palha na superfície do solo (E30P), palha atual na superfície do solo de 3.726 kg ha-1 (E31P), duas vezes a quantidade de palha atual, 7.452 kg ha-1 (E32P) e três vezes a quantidade de palha atual, 11.178 kg ha-1 (E33P). No solo, foram avaliados o diâmetro médio geométrico dos agregados, a densidade, porosidade total, macro e microporosidade, nas camadas de 0,0 0,05 e 0,05 0,10 m. Na colheita, foram avaliados o número de panículas em área de 0,25 m2, número de grãos cheios, vazios e total em 10 panículas, massa de mil sementes e a produtividade de grãos de arroz em 2 m2. O sistema de manejo convencional apresenta maior macroporosidade e porosidade total do solo, comparado aosistema plantio direto, porém, não resulta em diferença nos componentes de produção e produtividadede grãos de arroz. O manejo do solo em sistema plantio direto, com a quantidade de palha de arroz nasuperfície do solo de até 11.178 kg ha-1, antes da semeadura, não reduz a produtividade de grãos de arrozirrigado por inundação.