Soil organic matter pools and dynamics under different management and simulation using Century model

A matéria orgânica (MO) do solo é importante na disponibilidade de nutrientes, agregação do solo e no fluxo de gases de efeito estufa entre a superfície terrestre e a atmosfera. Modelos matemáticos otimizam o entendimento da dinâmica da MO do solo e são ferramentas essenciais na predição dos efeitos das mudanças ambientais, para testar cenários específicos e desenvolver estratégias que mitiguem os efeitos negativos destas mudanças. Os objetivos deste estudo foram: a) avaliar o impacto de diferentes sistemas de preparo do solo (plantio direto, arado de disco, grade pesada + arado de disco e grade pesada) e sistemas de adubação orgânica e mineral (sem adubação, 250 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K), 500 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K), 40 m 3 /ha de composto orgânico (palhada de soja e feijão + esterco bovino), 250 Kg/ha da fórmula 4- 14-8 (N-P-K) + 40m 3 /ha de composto orgânico e 500 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K) + 40m 3 /ha de composto orgânico, sobre os estoques totais de carbono orgânico (COT) e nitrogênio (NT) e compartimentos de carbono (C) orgânico; b) simular por meio do modelo Century, versão 4.0, a influência de sistemas de preparo de solo em plantio direto e convencional e de adubação orgânica e mineral, sobre a dinâmica do C no solo e; c) Validar o modelo Century em solos tropicais, comparando estoques de C medidos com os simulados pelo modelo. Uma área sob Floresta Atlântica (FA) adjacente aos experimentos, foi amostrada e usada como referência. No experimento com sistemas de preparo de solo, os maiores estoques de COT e NT, assim como de C da biomassa microbiana (C MIC ), C da fração leve (C FL ) e C orgânico lábil (C L ) foram observados no solo sob FA em comparação ao solo sob sistemas de preparo. O plantio direto apresentou maiores estoques de COT e NT e do compartimento C L do que os sistemas convencionais, na camada superficial (0-10 cm). No entanto, não houve após 15 anos, potencial para seqüestro de C-CO 2 da atmosfera por meio dos sistemas de preparo. No experimento com adubação orgânica e mineral, os estoques de COT e NT também foram menores do que os estoques no solo sob FA, embora a redução tenha sido menor do que no experimento com sistemas de preparo. Os sistemas com a presença do composto orgânico apresentaram maiores estoques de COT, NT, C FL e C L do que os sistemas sem adubação ou apenas com adubação mineral, o que confirma a adubação orgânica como estratégia de manejo importante para a melhoria da qualidade do solo. Devido a maior sensibilidade, os estoques dos compartimentos C MIC, C FL e C L foram reduzidos com maior intensidade do que os estoques de COT, e por isso podem ser usados como indicadores da interferência antrópica ou das mudanças no manejo sobre o estado da matéria orgânica do solo. O modelo Century estimou perdas nos estoques de COT e dos compartimentos de C desde a derrubada da Floresta Atlântica até o início dos experimentos. Estes estoques apresentaram tendência de recuperação apenas no solo sob plantio direto, no experimento com sistemas de preparo, e no solo sob composto orgânico, no experimento com sistemas de adubação orgânica e mineral, o que endossa a importância de sistemas conservacionistas na qualidade do solo em médio e longo prazo. Similarmente ao observado nos estoques de C medidos, os estoques de C simulados pelo modelo Century nos compartimentos ativo e lento foram mais sensíveis às alterações no manejo do que o COT. Os estoques de COT e de C nos compartimentos lento e passivo simulados pelo modelo Century foram similares aos estoques medidos tanto no experimento com sistemas de preparo do solo, quanto no experimento com adubação, o que demonstra potencialidade do modelo em simular a dinâmica da matéria orgânica em solos tropicais. Por outro lado, em ambos os experimentos, os estoques de C no compartimento ativo, simulado pelo modelo Century, foram subestimados em relação aos estoques medidos, devido à falta de relação entre o compartimento teórico pressuposto pelo modelo e a fração determinada quimicamente em solos tropicais. Além disto, há a necessidade da inclusão de outras variáveis, como a mineralogia do solo, no submodelo de C.Soil organic matter (SOM) and its different pools have key importance in nutrient availability, soil stability and in the flux of trace gases between land surface and the atmosphere. This is particularly critical for tropical soils. The ability to predict the effects of land-use change on SOM dynamics is essential in formulating environmental and agricultural policies. Hence, mathematical models as they encapsulate our best understanding of SOM dynamics are important tools for predicting the effects of environmental changes and for developing strategies to mitigate negative impacts of these changes. The objectives of this study were: 1. To evaluate the impact of different tillage systems and organic and mineral fertilization of soils on soil organic carbon (TOC) and nitrogen (TON) stocks and soil organic carbon pools; 2. To simulate using Century model trends in soil organic carbon in long-term experiment of tillage systems and soil fertilization and; 3. To validate the Century model in an acid clayey tropical soil fitting by eye between modeled and measured data over the whole experimental period. Tillage systems consisted of no-tillage, disc plough, heavy disc harrow followed by disc plough, and heavy disc harrow. Organic and mineral fertilizers were combined and the following amounts were applied along 16 years: control, 160 kg N ha -1 , 560 kg P 2 O 5 ha -1 and 320 kg K 2 O ha -1 as mineral fertilizer; 40 m 3 organic compost ha -1 as animal manure + plant residues of soybean and common bean; 160 kg N ha -1 , 560 kg P 2 O 5 ha -1 and 320 kg K 2 O ha -1 as mineral fertilizer + 40 m 3 organic compost ha -1 and; 320 kg N ha -1 , 1120 kg P 2 O 5 ha -1 and 640 kg K 2 O ha -1 + 40 m 3 organic compost ha -1 . As a reference, additional soil samples were collected from an adjacent area on the same soil type, under secondary Atlantic Forest (AF). In the long-term tillage experiment xhigher values of soil C and N stocks, soil biomass C (C MIC ), organic carbon of the light fraction (C LF ), and labile carbon (C L ) were found in the AF soils than in the soils from the cultivated soils. In the 0-10 cm depth, soils under no-tillage showed higher contents of C and N stocks and C L than ploughed soils. However, after 15 years of cultivation, no tillage system showed trend to sequester CO 2 -C from the atmosphere. In the experiment combining both organic and mineral fertilizer application, soil organic C and N stocks were also lower than the soils under AF. The differences however were lower than those observed in the soils from the tillage experiment. Soils that received organic compost showed higher C and N stocks, C LF and C L than the soils that received no fertilizer or only mineral fertilizer. This means that the addition of organic fertilizers is an important strategy to improve soil quality. Due to higher sensitivity, pools of C MIC , C LF and C L decreased more than organic C stocks. Thus C MIC , C LF and C L may be used as indicators of anthropogenic impact or changes in the management of the SOM. Soil C stocks simulated by Century model showed trend to recovery only under no-tillage, in the tillage experiment, and under organic compost, in the fertilizer experiment. Also, similarly to the soil C stocks simulated amounts of C stocks of slow and active pools were more sensitive to management impacts than total organic C. The values estimated by Century of soil C stocks and organic carbon in the slow and passive pools fitted satisfactorily with the measured data in both tillage and fertilizer experiment. Thus fitted, appart from the active pool, Century showed acceptable performance in the prediction of SOM dynamics in acid tropical soils. Finally, if the soil mineralogy factor were considered by the Century model, the estimation provided by the C submodel could be improved.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio