Recalcitrant carbon and nitrogen in agriculture soi ls with residue accumulation and fertilization under tropical conditions / Carbono recalcitrante e nitrogênio em solos com acumulação e fertilização de resíduos em condições tropicais

ABSTRACT

Soil organic matter has a strong relation to total organic carbon, and about 85% of organic carbon consists of humic substances (HS), classified as humin (HU), humic (HA) and fulvic acids (FA), and denominated as recalcitrant carbon in soil. HS are formed by complex, heterogeneous and polydisperse molecules, which have significant influence on the soil physical and chemical characteristics. The study evaluates the hypothesis that agricultural soils treated with organic residues may present higher carbon stocks as presented in forest soils. The aim of this study was to evaluate alterations in recalcitrant carbon and nitrogen stocks in Oxisol (Forest - FL, unfertilized Brachiaria - UB, and fertilized Brachiaria - FB) and Cambisol (Forest - FC, Coastcross - CC, sugarcane - CA, and silage corn - SM) at surface (0.0 - 0.1) and subsurface (0.1 - 0.2 m), in the Zona da Mata in Minas Gerais state, Brazil. Result shows that fertilization, low soil disturbance and residual removal promoted increase of C and N content in HS, being close to native forests. Both, carbon and nitrogen recalcitrant, presented reduction with soil depth. HU ranged from 10.5 to 16.7 g kg-1 and presented the highest concentration compared to FA and HA. In Oxisol, FL and FB presented the highest SH concentration and demonstrate the positive effect of fertilization on carbon stocks improving soil quality in well-managed and productive areas. While, In Cambisol, FC and CC presented higher carbon and nitrogen in HS, mainly for HU and HA fractions, and SM showed the lowest concentrations in all fractions. Our results suggest that soil managements with lower soil disturbance and residual removal promotes increasing of carbon and nitrogen in recalcitrant fraction, with concentration close to native forests. Pasture should be fertilized to improve recalcitrant carbon and nitrogen stocks, avoiding process of degradation in tropical soil. It is an important outcome due to high levels of degraded areas in Brazil caused by inadequate use of soil mainly with pasture.

RESUMO

A matéria orgânica do solo tem uma forte relação com o carbono orgânico total, cerca de 85% do carbono orgânico é composto por substâncias húmicas (HS), classificadas como humina (HU), ácidos húmicos (HA) e fúlvicos (FA), denominadas como carbono recalcitrante no solo. As HS são formadas por moléculas complexas, heterogêneas e polidispersas, que exercem influência significativa nas características físicas e químicas do solo. O estudo avalia a hipótese de que solos agrícolas tratados com resíduos orgânicos podem apresentar maiores estoques de carbono como os encontrados em solos florestais. O objetivo destetrabalho foi avaliar as alterações nos estoques de carbono e nitrogênio recalcitrantes em Latossolo (Floresta - FL, Brachiaria não fertilizada ­ UB, e Brachiaria fertilizada - FB) e Cambissolo (Floresta - FC, coastcross - CC, cana-de-açúcar e milho para silagem - SM) na superfície (0,0 - 0,1) e sub-superfície (0,1 - 0,2 m), na Zona da Mata em Minas Gerais, Brasil. Os resultados mostram que a adubação, a baixa perturbação do solo e a remoção dos resíduos promoveram aumento do teor de C e N na HS, estando próximos às florestas nativas. Ambos, carbono e nitrogênio recalcitrantes, apresentaram redução com a profundidade do solo. A HU variou de 10,5 a 16,7 g kg-1 e apresentou a maior concentração em relação à FA e HA. Em Latossolo, FL e FB apresentaram a maior concentração de SH e demonstraram o efeito positivo da adubação nos estoques de carbono, melhorando a qualidade do solo em áreas bem manejadas e produtivas. Enquanto, no Cambissolo, FC e CC apresentarammaiores teores de carbono e nitrogênio nas HS, principalmente nas frações HU e HA, e SM apresentou as menores concentrações em todas as frações. Nossos resultados mostram que manejos de solo com menor perturbação e remoção de resíduos promovem o aumento de carbono e nitrogênio em frações recalcitrantes, com concentração próxima às florestas nativas. A pastagem deve ser fertilizada para melhorar o estoque de carbono e nitrogênio recalcitrante, evitando o processo de degradação do solo tropical. Este é um resultado importante devido aos altos níveis de áreas degradadas no Brasil causadas pelo uso inadequado do solo,principalmente com pastagens.