Modeling changes in organic carbon stocks for distinct soils in southeastern brazil after four eucalyptus rotations using the century model

Soil organic matter (SOM) plays an important role in carbon (C) cycle and soil quality. Considering the complexity of factors that control SOM cycling and the long time it usually takes to observe changes in SOM stocks, modeling constitutes a very important tool to understand SOM cycling in forest soils. The following hypotheses were tested: (i) soil organic carbon (SOC) stocks would be higher after several rotations of eucalyptus than in low-productivity pastures; (ii) SOC values simulated by the Century model would describe the data better than the mean of observations. So, the aims of the current study were: (i) to evaluate the SOM dynamics using the Century model to simulate the changes of C stocks for two eucalyptus chronosequences in the Rio Doce Valley, Minas Gerais State, Brazil; and (ii) to compare the C stocks simulated by Century with the C stocks measured in soils of different Orders and regions of the Rio Doce Valley growing eucalyptus. In Belo Oriente (BO), short-rotation eucalyptus plantations had been cultivated for 4.0; 13.0, 22.0, 32.0 and 34.0 years, at a lower elevation and in a warmer climate, while in Virginópolis (VG), these time periods were 8.0, 19.0 and 33.0 years, at a higher elevation and in a milder climate. Soil samples were collected from the 0-20 cm layer to estimate C stocks. Results indicate that the C stocks simulated by the Century model decreased after 37 years of poorly managed pastures in areas previously covered by native forest in the regions of BO and VG. The substitution of poorly managed pastures by eucalyptus in the early 1970´s led to an average increase of C of 0.28 and 0.42 t ha-1 year-1 in BO and VG, respectively. The measured C stocks under eucalyptus in distinct soil Orders and independent regions with variable edapho-climate conditions were not far from the values estimated by the Century model (root mean square error - RMSE = 20.9; model efficiency - EF = 0.29) despite the opposite result obtained with the statistical procedure to test the identity of analytical methods. Only for lower soil C stocks, the model over-estimated the C stock in the 0-20 cm layer. Thus, the Century model is highly promising to detect changes in C stocks in distinct soil orders under eucalyptus, as well as to indicate the impact of harvest residue management on SOM in future rotations.A matéria orgânica do solo (MOS) tem importantes funções no ciclo de C e na qualidade do solo. Considerando a complexidade dos fatores que controlam a ciclagem da MOS e o tempo necessário para que as mudanças sejam nela observadas, a modelagem constitui uma ferramenta muito importante para entender a ciclagem da MOS em solos florestais. As hipóteses do estudo foram: o cultivo do eucalipto por várias rotações resultaria no aumento dos estoques de C do solo, quando comparado a pastagens degradadas; e os valores dos estoques de C do solo simulados pelo modelo Century descreveriam a realidade melhor que a média das observações. Assim, os objetivos do presente estudo foram: avaliar a dinâmica da MOS utilizando o modelo Century para simular as mudanças dos estoques de C para duas cronossequências de plantações de eucalipto no Vale do Rio Doce, Minas Gerais, Brasil; e comparar os estoques de C simulados pelo Century com os estoques de C determinados em diferentes ordens de solo em distintas regiões do Vale do Rio Doce cultivadas com eucalipto. Em Belo Oriente (BO), região de menor altitude e temperatura mais elevada, as plantações de eucalipto têm sido cultivadas por 4, 13, 22, 32 e 34 anos, ao passo que em Virginópolis (VG) - região de maior altitude e temperatura mais baixa - os tempos de cultivos com eucalipto foram de 8, 19 e 33 anos. Assim, foram determinados os estoques de C do solo na camada de 0-20 cm. Os resultados indicaram que os estoques de C simulados pelo modelo Century decresceram após 37 anos de pastagem mal manejada em áreas previamente cobertas por mata nativa nas regiões de BO e VG. A substituição da pastagem mal manejada por eucalipto nos anos 70 resultou, em geral, no aumento de 0,28 e 0,42 t ha-1 ano-1 de C em BO e VG, respectivamente. Os estoques de C determinados sob eucalipto cultivado em distintas ordens de solo e independentes regiões com variáveis condições edafoclimáticas foram ligeiramente próximos aos valores estimados pelo modelo Century (RMSE = 20,9; eficiência do modelo - EF = 0,29), apesar do oposto resultado obtido com o procedimento estatístico para testar a identidade de métodos analíticos. Apenas sob condições de menores estoques de C no solo, o modelo superestimou os estoques de C na camada de 0-20 cm. Assim, o modelo Century tem grande potencial para detectar mudanças nos estoques de C em distintas ordens do solo sob eucalipto em futuras rotações, além de indicar o impacto do manejo do resíduo da colheita na MOS