Soybean cultivation in the southeast Amazon and its implications to the nitrogen dynamics

A expansão agrícola tem provocado modificações expressivas na dinâmica de nitrogênio (N) em sistemas tropicais. No Brasil, a expansão dos cultivos de soja é uma realidade e, portanto, investigações a cerca dos processos que controlam o ciclo de nitrogênio nestes sistemas são fundamentais. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) por leguminosas pode promover aportes significativos de N nos sistemas agrícolas em solos tropicais, no entanto, o destino destes aportes e o balanço entre entradas e saídas de N não é completamente entendido. Este trabalho teve como objetivo investigar comparativamente a dinâmica de nitrogênio em cultivos de soja e floresta no estado de Mato Grosso, sudeste da Amazônia. Foram determinados o \'delta\'15N e %N do solo e da vegetação, estoques de N e C, N-NO3-, N-NH4+, bem como outras propriedades químicas e físicas do solo em áreas de floresta e em áreas submetidas a cultivos de soja ao longo de uma cronosequência (1, 2, 5 e 6 anos de cultivo). Foram realizadas estimativas de FBN (Fixação Biológica de Nitrogênio) em cultivos de soja utilizando a abundância natural de 15N sob condições de campo. A conversão das áreas de cultivo partiu de pastagem, sendo esta área utilizada como referência inicial quanto aos estoques de N e ao \'delta\'15N do solo. Foi observado um aumento significativo nos estoques de nitrogênio do solo (0 a 10cm) ao longo dos anos de cultivo de soja, estes no entanto, foram menores que os estoques encontrados na floresta. Os estoques de N no solo (0-10cm) variaram de 1230 kg N ha-1 na pastagem a 1370 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos. O acúmulo anual de N pela soja foi de 158,6 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos, do qual 79% foi derivado da FBN. Não foram encontradas diferenças significativas nas taxas de mineralização e nitrificação líquida entre as áreas, no entanto, altos valores de N-NO3- foram encontrados nas camadas mais profundas de solo em cultivos de soja. Apesar de não serem observadas diferenças significativas no \'delta\'15N do solo entre os cultivos, estes, no entanto, apresentaram valores de \'delta\'15N intermediários entre a pastagem e a floresta. Os resultados indicaram um padrão de acúmulo de nitrogênio ao longo da cronosequência de cultivos de soja, indicando um possível retorno gradual dos estoques de N e do sinal isotópico do solo que ocorriam na floresta antes da conversão para pastagem e cultivo de soja, este retorno, no entanto, não parece acontecer a médio-prazoAgricultural expansion has greatly changed the nitrogen (N) dynamics in tropical systems. The expanding soybean frontier in Brazil is a reality, and investigations of the processes driving N dynamics in these systems are needed to minimize environmental impacts and to promote the sustainability of agricultural systems. Biological nitrogen fixation (BNF) by legumes can provide significant N inputs to crop systems on highly weathered tropical soils, although the fate of these inputs in the environment and the balance between inputs and outputs of N in these systems is poorly understood. This work investigated N dynamics in a chronosequence of soybean fields (1, 2, 5 and 6 years of cultivation) and mature forest in the Brazilian state of Mato Grosso, which is at the southern limit of the Amazon forest. We measured soil N and C stocks, N-NO3-, N-NH4+ concentration and soil \'delta\'15N as well as biological nitrogen fixation (BNF) inputs by soybean, which were assessed using the 15N natural abundance technique under field conditions. Additional measurements of physical and chemical properties of soils were also provided. The land-use-conversion started from pasture, so this site was used as an initial reference for soil N stocks and soil \'delta\'15N. Mature forest stands on the ranch were also used as an additional reference. Soil N stocks (top 10cm) ranged from 1230 kg N ha-1 in the pasture to 1370 kg N ha-1 in the oldest soybean fields. The trend of increasing N stocks with field age was statistically significant. The annual N accumulation by soybean plant biomass was 158,6 kg N ha-1 in the oldest soy fields, of which 79% was estimated to be derived by BNF, based on the natural abundance technique. There was no statistically significant trend in the mineralization and nitrification rates among the areas. However, extracts of soil profiles showed significant increases in deep soil nitrate concentrations in soybean soils compared to forest soils. There was no statistically significant trend in the soil \'delta\'15N within the chronosequence of soybean fields, although the values were intermediate between the soil \'delta\'15N values found in the pasture and the forest. These results showed a pattern of nitrogen accumulation in the soil along the chronosequence of soybean fields, indicating a possible gradual return to soil N stocks and isotopic signatures occurring in the forest soil before the conversion to pasture and soybean, although this may not happen in the near futur