Physical protectionof soil organic matter in oxisols under pastures in the tropical Brazilian Cerrado Region

A utilização de pastagens com espécies perenes, permanentes ou em sistema de rotação lavoura-pastagem, pode ser uma alternativa para o manejo de solos na região tropical do Cerrado Brasileiro. Neste estudo, objetivou-se avaliar o efeito dessa prática nos estoques de carbono orgânico (CO) do solo e na agregação do solo (0-5, 5-10 e 10-20 cm), bem como a magnitude da proteção física na estabilidade da matéria orgânica (MO) e a qualidade da MO do solo, avaliadas a partir de técnicas de fracionamento físico densimétrico e por ressonância magnética nuclear do C13 (13C NMR), respectivamente. A pesquisa foi realizada em três experimentos de longa duração (9 a 11 anos), em Latossolos com teor de argila variando entre 360 e 630 g kg-1, nos municípios de Dourados, Maracaju e Campo Grande, no Estado do Mato Grosso do Sul. Os experimentos consistiram de sistema de culturas anuais em plantio direto (PD), sistema de rotação lavoura (soja)-pastagem (braquiária) em plantio direto (PD2P2 em Dourados e Maracaju e PD1P3 em Campo Grande) e sistema pastagem permanente de braquiária cultivada solteira (PP, nos três locais) e consorciada com Stylosanthes guianensis (PP+L, somente em Campo Grande). Os solos sob pastagem permanente e rotação lavoura-pastagem apresentaram estoques de CO (0-20 cm) variando entre 41-70 Mg ha-1, os quais foram relacionados ao contínuo aporte de resíduos vegetais pela pastagem. A pastagem contribuiu para a maior estabilidade de agregados, o que resultou num significativo efeito de proteção física da MO nos solos sob pastagens, evidenciado a partir dos estoques de carbono na fração leve oclusa da MO do solo. Estimou-se que de 22 a 42% do acúmulo de MO nos solos sob pastagem foi decorrente da proteção física da MO, em comparação ao solos sob culturas anuais em PD. Os estoques de carbono na fração pesada da MO do solo indicam que a estabilidade química da MO associada a componentes minerais do solo foi um importante mecanismo de estabilização da MO nestes solos oxídicos e com textura argilosa. A principal forma de carbono na MO dos três solos foi o C O-alquil, indicando a presença de estruturas oriundas de material vegetal original adicionado ao solo e preservado da decomposição microbiana. A presença de pastagens favoreceu o aumento da razão C O-alquil/C alquil, o qual foi relacionado com a maior estabilização e preservação de carbono no solo, possivelmente pela oclusão em agregados de solo, o que evidencia o papel da pastagem na melhoria também da qualidade da MO do solo.The use of pastures with perenial species, as continuous or as croppasture system, can be an interesting option to soil management at tropical Brazilian Cerrado region. This study aimed to evaluate the effect of this practice on soil organic carbon stocks and on soil aggregation (0-5, 5-10, and 10-20 cm soil layer), as well as the magnitude of the physical protection on the organic matter (OM) stability and soil OM quality, evaluated by density physical fractionation and nuclear magnetic resonance of 13C (13C NMR), respectively. The study was performed in three long-term experiments (9 to 11 years), in Oxisols with clay content ranging from 360 to 630 g kg-1, in Dourados, Maracaju, and Campo Grande cities, at Mato Grosso do Sul State. The experiments involved no-till annual crop systems (PD), no-till crop (soybean)- pasture (brachiaria) rotation system (PD2P2 in Dourados and Maracaju and PD1P3 in Campo Grande), permanent brachiaria pasture alone (PP, in the three sites) and consortiated with Stylosanthes guianensis (PP+L, only in Campo Grande). The soils under permanent pasture and crop-pasture rotation presented organic carbon stocks (0-20 cm) ranging from 41 to 70 Mg ha-1, which were related to the continuous input of residues by pasture. The pasture increased aggregate stability, which promoted significant increase in physically protected soil OM under pasture, as evidenced by the carbon stock in the occluded light fraction of the soil OM. About 22 to 42% of the OM accumulation in soils under pasture was due to OM physical protection, given by the comparison to soils under no-till annual crops. The carbon stocks in the heavy fraction of the soil OM pointed out that the chemical stability due to the association OM-soil mineral components was an effective mechanism of OM stabilization in these oxidic soils with high clay content. The main carbon form in the three soils was the O-alkyl carbon, suggesting the presence of structures from the original plant material added to soil, which was kept undisturbed from microbial decomposition. The use of pasture promoted the increase in the Oalkyl/ alkyl carbon ratio, which was related to the high carbon stabilization and preservation at soil, possibly due to the its oclusion in soil aggregates, which highlight the role of pasture adoption in the improvement of not only OM stocks but also the soil OM quality