Phosphorus solubility and dynamics in a tropical soil under sources derived from wastewater and sewage sludge.

Conventional phosphate fertilizers are usually highly water-soluble and rapidly solubilize when moistened by the soil solution. However, if this solubilization is not in alignment with plants demand, P can react with the soil colloidal phase, becoming less available over time. This is more pronounced in acidic, oxidic tropical soils, with high P adsorption capacity, reducing the efficiency of P fertilization. Furthermore, these fertilizers are derived from phosphate rock, a non-renewable resource, generating an environmental impact. To assess these concerns, waste-recycled P sources (struvite, hazenite and AshDec®) were studied for their potential of reducing P fixation by the soil and improving the agronomic efficiency of the P fertilization. In our work, we compared the solubilization dynamics of struvite, hazenite, AshDec® to triple superphosphate (TSP) in a sandy clay loam Ferralsol, as well as their effect on solution pH and on soil P pools (labile, moderately-labile and non-labile) via an incubation experiment. Leaching columns containing 50 g of soil with surface application of 100 mg per column (mg col-1) of P from each selected fertilizer and one control (nil-P) were evaluated for 60 days. Daily leachate samples from the column were analyzed for P content and pH. Soil was stratified in the end and submitted to P fractionation. All results were analyzed considering p < 0.05. Our findings showed that TSP and struvite promoted an acid P release reaction (reaching pHs of 4.3 and 5.5 respectively), while AshDec® and hazenite reaction was alkaline (reaching pHs of 8.4 and 8.5 respectively). Furthermore, TSP promoted the highest P release among all sources in 60 days (52.8 mg col-1) and showed rapid release dynamic in the beginning, while struvite and hazenite showed late release dynamics and lower total leached P (29.7 and 15.5 mg col-1 P respectively). In contrast, no P-release was detected in the leachate of the AshDec® over the whole trial period. Struvite promoted the highest soil labile P concentration (7938 mg kg-1), followed by hazenite (5877 mg kg-1) and AshDec® (4468 mg kg-1), all higher than TSP (3821 mg kg-1), while AshDec® showed high moderately-labile P (9214 mg kg-1), reaffirming its delayed release potential.

Changes in soil phosphorus pool induced by pastureland intensification and diversification in Brazil.

The adoption of more intensive and diversified pasture systems is a promising alternative to improve sustainability of grazing lands in Brazil. Phosphorus (P) is one of the main determinants of ecosystem function in these management systems; therefore, we assessed the effects of adopting more intensive and diversified pasture management systems on soil P dynamics in a set of field experiments. Treatments included fertilized pasture (FP), integrated crop-livestock (ICL), integrated livestock-forest (ILF), compared to conventional management systems (CS) under contrasting climatic conditions (tropical humid, tropical mesic and subtropical). P fractions and total P were determined by soil layer to 1 m depth. Size and distribution of P stocks were related to soil organic matter (SOM) fractions and to clay type and content. Based on the results, P biological fraction represented 9% of P in the soil, on average, in CS under the three assessed climatic conditions. Management systems with FP and the ones with ICL and ILF mainly influenced labile (0.01, 0.02 and 0.03 Mg ha-1 yr-1, respectively), moderately labile (0.03, 0.01 and 0.07 Mg ha-1 yr-1, respectively) and total soil P fractions (0.21, 0.08 and 0.20 Mg ha-1 yr-1, respectively). Clay content and pH were the soil properties mostly related to P fractions; besides, P fractions presented close relationship with these fractions and with total soil C and N, as well as with different SOM fractions. These results can be the scientific basis for governmental initiatives focused on recovering degraded pasture sites in Brazil. The establishment of management practices that favor efficient P use are essential to improve the sustainability of production systems.

Phosphorus source driving the soil microbial interactions and improving sugarcane development.

The world demand for phosphate has gradually increased over the last decades, currently achieving alarming levels considering available rock reserves. The use of soil microorganisms, such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), has been suggested as a promising alternative to improve phosphorus-use efficiency. However, the effect of the source of phosphorus on the interactions within the soil microbial community remains unclear. Here, we evaluated the links between the total dry matter content of sugarcane and the interactions within the soil microbial community under different phosphate sources, with/without AMF inoculation. The phosphate sources were Simple Superphosphate (SS, 18% of P2O5), Catalão rock phosphate (CA, 2.93% of P2O5) and Bayovar rock phosphate (BA, 14% of P2O5). The results indicated that the BA source led to the largest total dry matter content. The phosphate source affected total dry matter and the structure of the soil microbial communities. The bacterial interactions increased across sources with high percentage of P2O5, while the fungal interactions decreased. The interactions between bacterial and fungal microorganisms allowed to identify the percentage of P2O5 resulting in the highest total sugarcane dry matter. Our findings suggested the soil microbial interactions as a potential microbial indicator helping to improve the agricultural management.

Improving phosphorus sustainability of sugarcane production in Brazil.

Phosphorus (P) use in global food and bioenergy production needs to become more efficient and sustainable to reduce environmental impacts and conserve a finite and critical resource (Carpenter & Bennett, Environmental Research Letters, 2011, 6, 014009; Springmann et al., Nature, 2018, 562, 519). Sugarcane is one crop with a large P footprint because production is centered on P-fixing soils with low P availability (Roy et al., Nature Plants, 2016, 2, 16043; Withers et al., Scientific Reports, 2018, 8, 2537). As global demand for processed sugar and bioethanol continues to increase, we advocate that improving P efficiency could become a key sustainability goal for the sugarcane industry. Here, we applied the 5R global P stewardship framework (Withers et al., Ambio, 2015, 44, 193) to identify more sustainable options to manage P in Brazilian sugarcane production. We show that current inputs of P fertilizer to the current crop area could be reduced by over 305 Gg, or 63%, over the next three decades by reducing unnecessary P fertilizer use, better utilization of recyclable bioresources and redesigning recommendation systems. Adoption of these 5R options would save the sugarcane industry in Brazil 528 US$ million and help safeguard global food and energy security.

Legacy phosphorus and no tillage agriculture in tropical oxisols of the Brazilian savanna.

Crop production in the Brazilian Cerrado is limited by soil phosphorus (P) supply without large inputs of inorganic P fertilizer, which may become more costly and scarce in the future. Reducing dependency on fertilizer P requires a greater understanding of soil P supply in the highly weathered soils in this important agricultural region. We investigated the impact of no tillage (NT) and conventional tillage (CT) agriculture on accumulated (legacy) soil P and P forms in four long-term sites. Compared to the native savanna soils, tilled soils receiving regular annual P fertilizer inputs (30-50 kg P ha(-1)) increased all forms of inorganic and organic P, except highly recalcitrant P associated with the background lithology. However, 70-85% of the net added P was bound in moderately labile and non-labile forms associated with Fe/Al oxyhydroxides rather than in plant available forms. Under NT agriculture, organic P forms and labile and non-labile inorganic P forms were all significantly (P<0.05) increased in the surface soil, except for one site with maize residues where labile inorganic P was increased more under CT agriculture. The contribution of organic P cycling in these tropical soils increased after conversion to agriculture and was proportionally greater under NT. The results highlight the large amounts of unutilized legacy P present in Brazil's Cerrado soils that could be better exploited to reduce dependency on imports of finite phosphate rock. No tillage agriculture confers a positive albeit relatively small benefit for soil P availability and overall soil function.

Nitrogênio e potássio em milho irrigado: análise técnica e econômica da fertilização / Nitrogen and potassium in irrigated corn: technical and economic analysis of the fertilization

A irrigação das culturas aumenta a possibilidade de obtenção de altas produtividades, mas exige racionalidade técnica e econômica no uso de insumos, especialmente fertilizantes nitrogenados. O objetivo deste trabalho foi determinar as doses mais adequadas de nitrogênio e de potássio para maior produtividade de grãos e o melhor retorno econômico da adubação com o cultivo de milho (Zea mays L.) sob irrigação por aspersão. O experimento foi conduzido nos anos agrícolas 2002/03 e 2003/04, em Cruz Alta, Rio Grande do Sul, em lavoura sob irrigação com pivô central, em Latossolo Vermelho distrófico típico. A população efetiva do milho foi de 78.000 e 71.000 plantas ha-1 em 2002/03 e 2003/04, respectivamente, utilizando-se o híbrido Pioneer 30F44. Os tratamentos foram compostos das doses de 0, 80, 120, 160, 200 e 240kg ha-1 de N (uréia) combinadas com 0, 40, 80 e 120kg ha-1 de K2O (cloreto de potássio). O delineamento utilizado foi blocos ao acaso com quatro repetições. A máxima produtividade de grãos de milho sob irrigação por aspersão foi obtida com a aplicação de 283 a 289kg ha-1 de nitrogênio, mas a máxima eficiência econômica ocorreu com 156 a 158kg ha-1 de nitrogênio, não havendo incremento na produtividade com a aplicação de potássio. Isso evidencia que, em muitas situações, os produtores estão utilizando fertilizantes nitrogenados e potássicos acima do necessário.

Irrigation increases the probability to obtain high crop grain yield, but demands a technical and economical reasonable use of agricultural inputs, especially nitrogen fertilizers. The objective was to determine the more adequate rates of nitrogen and potassium for corn (Zea mays L.) grain yield and the better economical return of the fertilization in corn under sprinkle irrigation. The experiment was carried out in the years 2002/03 and 2003/04 in Cruz Alta-RS, Brazil, in a crop farm using central pivot irrigation system. The soil used was an Oxisol (Hapludox). The corn effective population totalized 78.000 and 71.000 plants ha-1 for the years 2002/03 and 2003/04, respectively, using the hybrid Pioneer 30F44. The treatments were composed by 0, 80, 120, 160, 200 and 240kg ha-1 of N (urea) combined with 0, 40, 80 and 120kg ha-1 of K2O (potassium chloride). The experiment was set in a randomized block design with four replicates. The maximum corn grain yield under sprinkle irrigation was obtained with N rates between 283 and 289kg ha-1, but the maximum economic efficiency was between 156 and 158kg of N ha-1, without any increment in grain yield with potassium application. These results show that, in many situations, farmers are using rates of nitrogen and potassium fertilizers over than necessary.

Produtividade de grãos de milho, produção de matéria seca e acúmulo de nitrogênio, fósforo e potássio na rotação aveia preta/milho/nabo forrageiro com aplicação de dejeto líquido de suínos / Corn grain yield, dry matter and accumulation of nitrogen, phosphorus and potassium in a black oat/corn/ oilseed radish rotation after application of pig slurry

Os dejetos líquidos de suínos são largamente utilizados em cultivos comerciais ou de plantas de cobertura de solo e a definição da quantidade a ser utilizada depende da eficiência de uso dos nutrientes pelas plantas. O trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência de uso de nutrientes aplicados via dejeto líquido de suínos à nutrição de plantas, considerando o acúmulo de nutrientes nas plantas, em uma rotação de culturas representativa de regiões suinícolas. Foram aplicados 0, 20, 40 e 80m³ ha-1 de dejeto líquido de suínos antes da semeadura de cada espécie na rotação. A maior eficiência técnica para a produtividade de grãos de milho e para produção de matéria seca de aveia preta ocorreu com doses muito altas de dejeto líquido de suínos, ou seja, em torno de 85m³ ha-1, que somado ao incremento linear no acúmulo de N, P e K na maioria dos casos, evidencia que na tomada de decisão sobre doses de dejeto deve ser levado em consideração também aspectos operacionais, econômicos e ambientais. O nabo forrageiro foi a cultura que se destacou na ciclagem dos nutrientes aplicados via dejeto líquido de suínos. Os porcentuais de recuperação aparente de nutrientes pelo milho, que foram na ordem K>N>P, mostram que devem ser tomadas medidas para a conservação do solo visando maior aproveitamento do efeito residual, diminuindo o potencial de perdas.

Micronutrientes na soja: produtividade e análise econômica / Micronutrients in soybean: productivity and economic analysis

A disponibilidade de produtos comerciais contendo micronutrientes tem aumentado nos últimos anos, embora existam resultados experimentais mostrando grande variabilidade, o que torna este tema contraditório. A diminuição do custo relativo no uso de micronutrientes e a expectativa de ganhos em escala, nos últimos anos, tem motivado produtores a utilizar micronutrientes como cobalto, boro e molibdênio, pela sua influência na fixação simbiótica de nitrogênio na soja. O objetivo do trabalho foi de determinar a viabilidade técnica e econômica da aplicação de alguns micronutrientes, com destaque para Mo e Co, na produtividade de grãos da soja. O experimento foi conduzido nos anos agrícolas 2001/02 e 2002/03, na Fazenda Paineira, da SLC Agrícola Ltda, em Coronel Bicaco, RS, em Latossolo Vermelho Distroférrico típico há oito anos sob plantio direto. O delineamento experimental foi de blocos ao acaso com três repetições, com parcelas de 10 x 50 m. A implantação da soja foi em 18/11 de 2001 e em 24/11 de 2002, com população de 225 e 190 mil plantas ha-1, para os dois anos agrícolas, respectivamente. O espaçamento entre linhas foi de 0,40 m e a cultivar foi a RS-10 para os dois anos. Os tratamentos em 2001/02 foram: (1) CoMo; (2)CoMo+Mo; (3) CoMo +Mo+Mo; (4) CoMo+Mo+P30; (5) CoMo +B; (6) B; (7) Mo; (8) Mo+Mo; e (9) Testemunha. Em 2003/04, os tratamentos foram: (1) CoMo+2x Mo; (2)CoMo+2x Mo+B; (3) CoMo+2x Mo+Phitosol PK; (4) CoMo+2x Fortifol CaB; (5) CoMo+2x Mo + LBE-PT1; (6) CoMo+2x Mo+P30; (7) CoMo+2x Mo+Stimulate; e (8) Testemunha. O uso de micronutrientes, especialmente Mo e Co, mostrou-se contraditório na avaliação da produtividade física de grãos através de comparação de médias. Entretanto, na maioria dos casos, o retorno econômico da aplicação dos micronutrientes foi positivo, mas evidenciou sua dependência de altas produtividades e preços favoráveis no momento da comercialização.

Perdas de nitrogênio de dejeto líquido de suínos por volatilização de amônia / Nitrogen lost by ammonia volatilization from pig slurry

A volatilização de amônia é umas das principais formas de perdas de nitrogênio, especialmente com a aplicação de dejetos, devido a sua distribuição a lanço, em superfície. Este trabalho teve por objetivo determinar as perdas de N por volatilização de amônia em função de doses e horários de aplicação de dejeto líquido de suínos. O trabalho foi conduzido a campo em fevereiro, maio, outubro e dezembro de 2001, sendo que, em fevereiro e dezembro, aplicou-se o dejeto em dois horários (10 e 18h). As doses testadas foram 0, 20, 40 e 80m ha-1 e as determinações das perdas de amônia foram feitas às 3, 6, 12, 24, 30, 36, 42, 48, 60, 72, 96, 120, e 144 horas após a aplicação do dejeto, totalizando um período de avaliação de seis dias. O uso de menores doses de dejeto líquido de suínos minimizou as perdas de N por volatilização de amônia. Os picos de perda ocorreram nas primeiras horas após a aplicação indicando que, quando possível, a sua incorporação seria uma alternativa à diminuição nas perdas de N por volatilização de amônia. O horário de aplicação do dejeto não afetou de maneira consistente as perdas de N por volatilização de amônia.

Fósforo e potássio na sucessão trigo/milho: épocas e formas de aplicação / Phosphorus and potassium in wheat/corn succession: season and methods of application

Com a difusão do plantio direto e melhoria na fertilidade dos solos no Sul do Brasil, passou-se a cogitar mais intensamente a distribuição nas culturas no inverno dos fertilizantes fosfatados e potássicos das culturas em sucessão no verão. Com isso, o produtor teria maior agilidade à implantação das culturas no verão, melhor utilização de maquinário e mão-de-obra, além de menor custo dos fertilizantes e do seu transporte. O trabalho teve por objetivo avaliar a possibilidade de distribuir na cultura no inverno, o fósforo e potássio que seriam aplicados na cultura em sucessão no verão. O experimento foi realizado em 2002 e 2003, na Fazenda Paineira da SLC Agrícola Ltda em Coronel Bicaco, RS, em um Latossolo Vermelho Distroférrico típico com teores muito altos de fósforo e potássio. Os tratamentos constituíram-se da aplicação na cultura no inverno do fertilizante recomendado para a cultura no verão em sucessão, distribuído na linha de semeadura ou a lanço. O delineamento foi de blocos ao acaso e com três repetições dos nove tratamentos. Foi evidenciada a baixa probabilidade de resposta em produtividade de grãos à adubação com fósforo e potássio em solo com altos teores destes nutrientes, mostrando que, nestas condições, a aplicação na cultura no inverno da adubação que seria utilizada na cultura no verão em sucessão, pode ser justificada pelas facilidades operacionais da adubação em sistemas.