Soil organic carbon budget under crop-livestock integration in southern Brazil

A integração lavoura-pecuária tem apresentado um avanço recente em áreas historicamente utilizadas com pecuária de corte extensiva no sul do Brasil. O inadequado manejo das pastagens de inverno associado ao uso da monocultura da soja no verão podem limitar o aporte de resíduos vegetais ao solo e reduzir os estoques de C orgânico do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto do aumento da freqüência de pastejo no inverno e de sistemas de culturas de verão no estoque de C orgânico total do solo (COT). O experimento, realizado por quatro anos sob sistema plantio direto, seguiu um delineamento de blocos ao acaso, em arranjo bifatorial 3x3, com quatro repetições. O fator A foi constituído por três intervalos de pastejos durante o inverno: sem pastejo (SP), pastejo a cada 28 dias (P28) e pastejo a cada 14 dias (P14). O fator B constou de três sistemas de culturas de verão: monocultura de soja (Mon-S), monocultura de milho (Mon-M) e rotação anual de soja e milho (Rot-S/M). Foram quantificadas as adições de C ao solo via resíduos vegetais e os estoques de COT do solo segundo os métodos de camada e massa equivalentes de solo. O aumento da freqüência de pastejo diminuiu o aporte de C oriundo das pastagens de inverno de 5,3 Mg ha-1 no tratamento SP, para 1,7 e 1,3 Mg ha-1 nos tratamentos P28 e P14, respectivamente. O milho foi a cultura que proporcionou o maior aporte de C ao solo, com uma média de 6,0 Mg ha-1, enquanto a soja adicionou apenas 2,2 Mg ha-1. Os estoques de C orgânico calculados com base em camadas equivalentes de solo foram superestimados nos tratamentos P14 e P28 e subestimados no tratamento SP em comparação aos resultados obtidos com base nas massas equivalentes de solo, que foram utilizados para comparação dos sistemas de manejo. Os estoques de C orgânico nas camadas de 0–0,025, 0,025– 0,05 e 0,05–0,10 m foram linearmente relacionados à adição anual de C pelas culturas (pastagem + culturas anuais), sendo necessária a adição de 4,48 Mg ha-1 ano-1 para a manutenção do estoque original de C orgânico da camada de 0–0,10 m. A baixa adição de C ao solo pelos resíduos vegetais no tratamento P14 resultou numa emissão líquida estimada de C para a atmosfera (0,05 a 0,27 Mg ha-1 ano-1), enquanto o solo no tratamento SP atuou como um dreno de C atmosférico (0,19 a 0,30 Mg ha-1 ano-1). No tratamento P28, o comportamento do solo como fonte ou dreno de C dependeu do sistema de cultura de verão, tendo sido estimada uma emissão líquida de C do solo sob Mon-S (0,04 Mg ha-1 ano-1) e uma retenção líquida de C sob Mon-M (0,15 Mg ha-1 ano-1) e Rot-S/M (0,11 Mg ha-1 ano-1). O maior intervalo entre pastejos, durante o inverno, associado à utilização do milho no verão contribuiu para maiores adições de resíduos vegetais e acúmulo de C orgânico no soloIn southern Brazil, crop-livestock integration is increasing in areas traditionally used for extensive beef cattle production. The poor winter pasture management associated to the use of soybean monoculture in the summer may be restrictive for the incorporation of plant residues into the soil and reduce soil organic carbon stocks. The objective of this study was to evaluate the impact of the increase of winter pasture grazing frequencies and summer crop systems on the soil organic C stock. The experiment was carried out for four years under no-tillage and the experiment had a randomized block design and a 3 x 3 bifactorial arrangement with four replications. Factor A consisted of three grazing intervals in the winter: No grazing (NG), Grazing every 28 days (G28) and Grazing every 14 days (G14); and factor B consisted of three summer-cropping systems: Soybean monoculture (Mon-S), Corn monoculture (Mon-C) and annual soybean-corn rotation (Rot-S/C). The addition of C to the soil through plant residues and the soil organic C stock were quantified by the methodologies of equivalent soil layer and equivalent soil mass. The increase of the grazing frequencies reduced the C input by winter forages from 5.3 Mg ha-1 in treatment NG, to 1.7 and 1.3 Mg ha-1 in the treatments G28 and G14, respectively. Corn as summer crop resulted in the highest C input to the soil with a mean of 6.0 Mg ha-1, while the soybean input was only 2.2 Mg ha-1. The soil organic C stock calculated by the equivalent soil layer method was overestimated in the treatments G14 and G28 and underestimated in treatment NG as compared to results obtained by the soil mass equivalent method, which was used to compare the management systems. The organic C stock in the layers 0– 0.025, 0.025–0.05 and 0.05–0.10 m had a linear relationship with the annual C supply through plants (winter pastures + summer crops), requiring an additional 4.48 Mg ha-1 year-1 to maintain the original organic C stock in the 0–0.10 m layer. The lower C supply through plant residues in the G14 treatment resulted in an estimated net C emission to the atmosphere (0.05 to 0.27 Mg ha-1 year-1), while the soil in treatment NG acted as an atmospheric C sink (0.19 to 0.30 Mg ha-1 year-1). In treatment G28, the soil performance as source or sink of atmospheric C was dependent on the summer crop type; A soil net C emission was verified under Mon-S (0.04 Mg ha-1 year-1) and a net C retention under Mon- C (0.15 Mg ha-1 year-1) and Rot-S/C (0.11 Mg ha-1 year-1). The longest intervals between winter grazing associated to corn in the summer contributed to increases in biomass and soil organic C accumulatio