Sugarcane straw decomposition in the expansion region of cultivation in Brazil

Compreender a dinâmica da decomposição da palha de cana-de-açúcar fora da região tradicional de cultivo no Brasil é primordial devido à crescente expansão da cultura englobando os estados de GO, MS e PR. Sendo assim, um experimento de campo foi conduzido nestas regiões de expansão de cultivo da cultura para avaliar a decomposição de quantidades iniciais de palha deixadas na superfície do solo (3, 6 e 12 Mg ha-1) em função das condições edafoclimáticas. Estas quantidades de palha foram estudadas visando compreender os impactos do manejo de remoção da palha no processo de decomposição deste resíduo cultural. A perda de massa da matéria de seca foi quantificada após 1, 4, 8 e 10 meses, enquanto o conteúdo de carbono (C), nitrogênio (N) e composição bioquímica da palha (i.e. celulose, hemicelulose e lignina) foram avaliados no início e final do experimento para acompanhar as alterações ao longo de um ciclo da cultura. Do mesmo modo, alterações visuais na palha em decomposição foram avaliadas através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A perda de massa foi ajustada por um modelo exponencial, o qual foi capaz de representar acuradamente o padrão da decomposição da palha ao longo do tempo. Diferenças significativas entre os locais foram observadas para a perda de massa e C, diretamente ligadas a redução no conteúdo de celulose e hemicelulose. Na área experimental do MS houve uma redução na massa do resíduo 30% maior para as maiores quantidades de palha sobre o solo e uma liberação de C 35% maior quando comparado com as áreas em GO e PR. Após dez meses de decomposição, a relação C:N entre os tratamentos apresentou um decaimento linear, equivalente a 65:1 e 41:1 para a menor e maior quantidade de resíduo, sendo correlacionado com a menor (65%) e maior (76%) perda de massa, respectivamente. A redução da relação C:N está associada com o aumento relativo na concentração de N da palha ao final do estudo, variando de 4,5 a 9,4 g N kg-1 com um aumento gradativo entre as quantidades crescentes de resíduo. Após um ciclo de cultivo, houve alterações visuais na palha em decomposição, possivelmente em função da perda dos componentes bioquímicos. Sendo assim, foi possível concluir que uma menor taxa de remoção da palha de cana-de-açúcar proporciona um aumento na taxa de decomposição (maior perda de massa ao longo do tempo), implicando em maiores contribuições para o estoque de C e qualidade do solo. De forma geral, a perda de massa após um ciclo de decomposição é semelhante entre a região brasileira tradicional e de expansão de cultivo da cana-de-açúcar, entretanto, é possível que fatores locais como umidade, microrganismos e textura do solo, favoreçam a decomposição ocasionando diferenças na perda de massa entre os locais.The comprenhension of sugarcane straw decomposition dynamics outside the traditional cultivation region in Brazil is relevant due to the increasing culture expansion encompassing GO, MS and PR states. Thus, a field experiment was conducted in these crop expansion regions to evaluate the decomposition of different straw amounts left on soil surface (3, 6 and 12 Mg ha-1) as a function of soil and climatic conditions. These amounts of straw were studied in order to understand the impacts of straw removal management in the decomposition process of this residue. The dry mass (DM) loss was quantified after 1, 4, 8 and 10 months, while the carbon content (C), nitrogen (N) and biochemical composition of the straw (i.e. cellulose, hemicellulose and lignin) were measured in the beginning and at the end of the experiment to follow the changes throughout a crop cycle. Likewise, visual changes in the decomposing straw were evaluated through Scanning Electron Microscopy (SEM). The DM loss was adjusted by an exponential model, which was able to accurately represent the pattern of straw decomposition over time. Significant differences between sites were observed for DM and C loss, directly linked to the reduction in cellulose and hemicellulose content. The MS site lost 30% more DM in the largest amounts of straw and 35% more C when compared to GO and PR sites. After 10 months of decomposition, the C:N ratio between treatments presented a linear decay, equivalent to 65:1 and 41:1 for the lowest and highest amount of straw, being correlated with the lowest (65%) and highest (76%) DM loss, respectively. The reduction in the C:N ratio was associated with the relative increase in the straw-N concentration at the end of the study, varying from 4.5 to 9.4 g N kg-1 with a gradual increase between increasing amounts of straw. After a crop cycle the sugarcane straw change visually, possible due to loss of biochemical compounds. Thus, it was possible to conclude that a lower rate of sugarcane straw removal induces an increase in the decomposition rate (higher DM loss over time), implying higher contributions to C stock and soil quality. Generally, DM loss after a decomposition cycle is similar between Brazil\'s traditional and sugarcane-expansion cultivation regions, however, it is possible that local factors as moisture, microorganisms and soil texture favor decomposition causing differences in DM loss between sites