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.

Soil compaction and cover with black oat on soybean grain yield in lowland under no-tillage system / Compactação do solo e cobertura com aveia preta na produtividade de grãos de soja em várzea sob sistema de plantio direto

Brazil is the largest exporter and second largest producer of soybean grains. Most of this production is from plants grown under no-tillage system (NT). This research evaluated the effect of soil compaction, and different amounts of black oat residues on the soil surface on soybean growth and grain yield in lowland under NT. The experiment was conducted in a completely randomized design with seven treatments and four replications, in the 2016/2017 and 2017/2018 crop seasons. The treatments consisted of: 1) winter fallow without soil compaction (WF); 2) winter fallow with soil compaction (WF-C); 3) black oats and complete removal of surface residues, with soil compaction (0R-C); 4) black oats and removal half of surface residues, with soil compaction (0.5R-C); 5) black oats without surface residue removal, with soil compaction (1R-C); 6) black oats without surface residue removal, plus the residues from treatment 3, with soil compaction (2R-C); 7) black oats without surface residue removal, without soil compaction (1R). When the soybean plants were at the phenological stage R2, they were evaluated nodule, root and shoot dry matter, nitrogen contents, plant height, and grain yield. The soil physical properties were evaluated in the 0.0-0.05, 0.10-0.15 and 0.20-0.25 m layers. The soybean aerial dry matter is > 38% in non-compacted soil in year with soil water excess, regardless of the amount of surface oat straw. In year with small water deficit, soil with more surface oat straw produced > 5% shoot dry matter and > 4% of soybean grain, regardless of compaction. The plant growth and grain yield soybean in lowland varied according to the water conditions, and were affected by soil compaction and amounts of black oats residues on soil surface.

O Brasil se destaca na produção de soja, sendo o maior exportador e o segundo maior produtor do grão e a maior parte é cultivado em sistema plantio direto (SPD). Objetivou-se avaliar o efeito da compactação, cultivo e quantidades de palha de aveia preta na superfície do solo sobre o crescimento e o rendimento de grãos de soja em SPD em terras baixas. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com sete tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos, nas safras 2016/17 e 2017/18, foram: 1) Pousio no inverno sem compactação (WF); 2) Pousio no inverno + compactação (WF-C); 3) Aveia preta e retirada da palha superficial + compactação (0R-C); 4) Aveia e retirada da metade da palha + compactação (0,5R-C); 5) Aveia + permanência da palhada + compactação (1R-C); 6) Aveia + a palha retirada do tratamento 3 (2 doses palha) + compactação (2R-C); 7) Aveia + permanência da palha, sem compactação (1R). No estádio fenológico R2 a soja foram avaliadas a massa seca de nódulos e de raízes, massa seca e nitrogênio da parte aérea, altura de plantas e produtividade de grãos. No solo foram avaliadas propriedades físicas nas camadas de 0,0-0,05; 0,10-0,15 e 0,20-0,25 m. A produção de massa seca da parte aérea de soja é > 38% em solo não compactado em ano com excesso hídrico independente da quantidade de palha de aveia na superfície. Em ano com pequeno déficit hídrico os tratamentos com mais palha produziram > 5% de massa seca da parte aérea e > 4% de grãos de soja, independente da compactação. O crescimento e o rendimento de grãos de soja em terras baixas oscilam de acordo com as condições hídricas, sendo influenciada pela compactação e quantidade de palha superficial.

Soil compaction and cover with black oat on soybean grain yield in lowland under no-tillage system / Compactação do solo e cobertura com aveia preta na produtividade de grãos de soja em várzea sob sistema de plantio direto

ABSTRACT: Brazil is the largest exporter and second largest producer of soybean grains. Most of this production is from plants grown under no-tillage system (NT). This research evaluated the effect of soil compaction, and different amounts of black oat residues on the soil surface on soybean growth and grain yield in lowland under NT. The experiment was conducted in a completely randomized design with seven treatments and four replications, in the 2016/2017 and 2017/2018 crop seasons. The treatments consisted of: 1) winter fallow without soil compaction (WF); 2) winter fallow with soil compaction (WF-C); 3) black oats and complete removal of surface residues, with soil compaction (0R-C); 4) black oats and removal half of surface residues, with soil compaction (0.5R-C); 5) black oats without surface residue removal, with soil compaction (1R-C); 6) black oats without surface residue removal, plus the residues from treatment 3, with soil compaction (2R-C); 7) black oats without surface residue removal, without soil compaction (1R). When the soybean plants were at the phenological stage R2, they were evaluated nodule, root and shoot dry matter, nitrogen contents, plant height, and grain yield. The soil physical properties were evaluated in the 0.0-0.05, 0.10-0.15 and 0.20-0.25 m layers. The soybean aerial dry matter is > 38% in non-compacted soil in year with soil water excess, regardless of the amount of surface oat straw. In year with small water deficit, soil with more surface oat straw produced > 5% shoot dry matter and > 4% of soybean grain, regardless of compaction. The plant growth and grain yield soybean in lowland varied according to the water conditions, and were affected by soil compaction and amounts of black oats residues on soil surface.

RESUMO: O Brasil se destaca na produção de soja, sendo o maior exportador e o segundo maior produtor do grão e a maior parte é cultivado em sistema plantio direto (SPD). Objetivou-se avaliar o efeito da compactação, cultivo e quantidades de palha de aveia preta na superfície do solo sobre o crescimento e o rendimento de grãos de soja em SPD em terras baixas. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com sete tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos, nas safras 2016/17 e 2017/18, foram: 1) Pousio no inverno sem compactação (WF); 2) Pousio no inverno + compactação (WF-C); 3) Aveia preta e retirada da palha superficial + compactação (0R-C); 4) Aveia e retirada da metade da palha + compactação (0,5R-C); 5) Aveia + permanência da palhada + compactação (1R-C); 6) Aveia + a palha retirada do tratamento 3 (2 doses palha) + compactação (2R-C); 7) Aveia + permanência da palha, sem compactação (1R). No estádio fenológico R2 a soja foram avaliadas a massa seca de nódulos e de raízes, massa seca e nitrogênio da parte aérea, altura de plantas e produtividade de grãos. No solo foram avaliadas propriedades físicas nas camadas de 0,0-0,05; 0,10-0,15 e 0,20-0,25 m. A produção de massa seca da parte aérea de soja é > 38% em solo não compactado em ano com excesso hídrico independente da quantidade de palha de aveia na superfície. Em ano com pequeno déficit hídrico os tratamentos com mais palha produziram > 5% de massa seca da parte aérea e > 4% de grãos de soja, independente da compactação. O crescimento e o rendimento de grãos de soja em terras baixas oscilam de acordo com as condições hídricas, sendo influenciada pela compactação e quantidade de palha superficial.

Soil compaction and cover with black oat on soybean grain yield in lowland under no-tillage system / Compactação do solo e cobertura com aveia preta na produtividade de grãos de soja em várzea sob sistema de plantio direto

Brazil is the largest exporter and second largest producer of soybean grains. Most of this production is from plants grown under no-tillage system (NT). This research evaluated the effect of soil compaction, and different amounts of black oat residues on the soil surface on soybean growth and grain yield in lowland under NT. The experiment was conducted in a completely randomized design with seven treatments and four replications, in the 2016/2017 and 2017/2018 crop seasons. The treatments consisted of: 1) winter fallow without soil compaction (WF); 2) winter fallow with soil compaction (WF-C); 3) black oats and complete removal of surface residues, with soil compaction (0R-C); 4) black oats and removal half of surface residues, with soil compaction (0.5R-C); 5) black oats without surface residue removal, with soil compaction (1R-C); 6) black oats without surface residue removal, plus the residues from treatment 3, with soil compaction (2R-C); 7) black oats without surface residue removal, without soil compaction (1R). When the soybean plants were at the phenological stage R2, they were evaluated nodule, root and shoot dry matter, nitrogen contents, plant height, and grain yield. The soil physical properties were evaluated in the 0.0-0.05, 0.10-0.15 and 0.20-0.25 m layers. The soybean aerial dry matter is > 38% in non-compacted soil in year with soil water excess, regardless of the amount of surface oat straw. In year with small water deficit, soil with more surface oat straw produced > 5% shoot dry matter and > 4% of soybean grain, regardless of compaction. The plant growth and grain yield soybean in lowland varied according to the water conditions, and were affected by soil compaction and amounts of black oats residues on soil surface.(AU)

O Brasil se destaca na produção de soja, sendo o maior exportador e o segundo maior produtor do grão e a maior parte é cultivado em sistema plantio direto (SPD). Objetivou-se avaliar o efeito da compactação, cultivo e quantidades de palha de aveia preta na superfície do solo sobre o crescimento e o rendimento de grãos de soja em SPD em terras baixas. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com sete tratamentos e quatro repetições. Os tratamentos, nas safras 2016/17 e 2017/18, foram: 1) Pousio no inverno sem compactação (WF); 2) Pousio no inverno + compactação (WF-C); 3) Aveia preta e retirada da palha superficial + compactação (0R-C); 4) Aveia e retirada da metade da palha + compactação (0,5R-C); 5) Aveia + permanência da palhada + compactação (1R-C); 6) Aveia + a palha retirada do tratamento 3 (2 doses palha) + compactação (2R-C); 7) Aveia + permanência da palha, sem compactação (1R). No estádio fenológico R2 a soja foram avaliadas a massa seca de nódulos e de raízes, massa seca e nitrogênio da parte aérea, altura de plantas e produtividade de grãos. No solo foram avaliadas propriedades físicas nas camadas de 0,0-0,05; 0,10-0,15 e 0,20-0,25 m. A produção de massa seca da parte aérea de soja é > 38% em solo não compactado em ano com excesso hídrico independente da quantidade de palha de aveia na superfície. Em ano com pequeno déficit hídrico os tratamentos com mais palha produziram > 5% de massa seca da parte aérea e > 4% de grãos de soja, independente da compactação. O crescimento e o rendimento de grãos de soja em terras baixas oscilam de acordo com as condições hídricas, sendo influenciada pela compactação e quantidade de palha superficial.(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.

Efeito da compactação do solo e do conteúdo de água nas características agronômicas de soja e arroz de sequeiro

Este estudo objetivou avaliar o efeito da compactação do solo e do conteúdo de água nas características agronômicas de soja e arroz de sequeiro em um Latossolo Vermelho distrófico, textura média (LVd) e um Latossolo Vermelho eutroférrico argiloso (LVef). Para tal, foram coletadas amostras na profundidade de 0,0 - 0,20 m e passadas em peneira de 0,004 m e adubadas conforme a recomendação. O solo foi compactado em vasos de 9,82 L (0,20 m de altura e 0,25 m de diâmetro) em camadas de 0,03 m, estabelecendo-se três níveis de compactação no experimento 1 (Capítulos 2 e 3) e quatro níveis no experimento 2 (Capítulos 4, 5, 6 e 7). Nesses dois experimentos utilizaram-se dois conteúdos de água (retenção de água nas tensões de 0,05 e 0,01 MPa). Após a compactação foram semeadas três sementes por cova (quatro covas vaso-1), e sete dias após foram desbastadas deixando duas plantas de soja e quatro de arroz por vaso. O terceiro experimento (Capítulos 8 e 9) foi conduzido no campo, apenas no LVd e com soja, no qual os cinco níveis de compactação corresponderam ao número de passadas de um trator de 11 Mg, uma ao lado da outra, sobre a superfície do solo, em parcelas de 9 m2, com quatro repetições. Em todos os experimentos, após a semeadura, foram determinados atributos físicos e características agronômicas das plantas nos diferentes níveis de compactação. Por meio dos resultados, em casa de vegetação, verificou-se que no LVd as duas culturas toleraram menores níveis de compactação em relação ao LVef e, que uma pequena compactação aumentou a produção das plantas de soja e arroz, no maior conteúdo de água no solo (Tensão de 0,01 MPa). No menor conteúdo de água (Tensão de 0,05 MPa) foram obtidas menores produtividades e, em geral, ocorreu decréscimo em menores níveis de compactação do solo. No experimento de campo, no LVd...

This study objectived evaluate the effect of soil compaction and water content in agronomics characteristics of soybean and dry land rice in a Oxisol, medium texture (LVd) and a clayey Oxissol (LVef). For such, samples were collected in 0.0 - 0.20 m depth and passed in mash of 0.004 m and fertilized as the recommendation. The soil was compacted in pots of 9.82 L (0.20 m of height and 0.25 m diameter) in 0.03 m layers, establishing itself three levels of compaction in experiment 1 (Chapters 2 and 3) and four levels in experiment 2 (Chapters 4, 5, 6 and 7). In these two experiments it was used two water contents (water retention in the 0.01 and 0.05 MPa tension). After the compaction it was sown three seeds for hollows (four hollows pot-1), and seven days after was roughed-hew leaving two plants of soybean and four of rice for pot. The third experiment (Chapters 8 and 9) was carried out in field, only in the LVd and with soybean, in which the five levels of compaction corresponded to the number of passed of a 11 Mg tractor, one to the side of the other, on the soil surface, in 9 m2 plots, with four replications. In all experiments, after the sowing, were determined physical attributes and agronomics characteristic of the plants in the different levels of compaction. By means of the results, in greenhouse, it was conclude that in LVd the two cultures had tolerated smallers levels of compaction in relation to the LVef and, that a small compaction increased the production of the plants, in the greater soil water content (0.01 MPa tension). In the smaller water content (0.05 MPa tension) smaller yields were obtained and, in general, decrease in smaller levels of soil compactiion. In the field experiment, in the LVd, the soybean yield was reduced from the resistance to penetration of 0.85 MPa