Soil organic matter quality and quantity in conventional and organic sugarcane production systems

A demanda por biocombustíveis como alternativa energética tem gerado a expansão do setor sucroalcooleiro no Brasil, ocupando a posição de maior produtor mundial de cana-de-açúcar. Fatores legais e ambientais provocam mudanças no setor, com a substituição de áreas com queimada da cana-de-açúcar por colheita mecanizada sem queima e o crescimento da produção orgânica de cana-de-açúcar como um mercado importante, o que gera discussões em relação à produção associada à sustentabilidade e qualidade ambiental. A MOS é considerada um dos indicadores mais importantes de qualidade do solo, porém existem poucas avaliações qualitativas e quantitativas da MOS em sistemas de produção de cana-de-açúcar no Brasil. A primeira etapa deste trabalho comparou os estoques de C e N totais do solo e C da biomassa microbiana (CBM) em sistemas de manejo convencional e orgânico de cana-de-açúcar. Os maiores estoques de C foram da mata nativa (MTN) (27,11 C Mg ha-1), cana-de-açúcar sem queima (CSQ) (23,03 Mg C ha-1) e área orgânica com 12 anos de cultivo (AO4) (21,80 Mg C ha-1) na camada 0-10 cm. Entre as áreas de cana-de-açúcar, os estoques de C variaram de 10,87 a 23,03 Mg C ha-1 para manejo convencional e de 13,62 a 21,80 Mg C ha-1 para manejo orgânico. Os estoques de C em profundidade foram maiores para a MTN nas camadas 0-50 cm e 0-100 cm. A CSQ apresentou o menor estoque de C a 50 e 100 cm de profundidade, seguido pela cana-de-açúcar com queima (CCQ). As áreas AO4 e AO12 apresentaram maiores estoques de C comparadas às áreas CCQ e CSQ. Os estoques de N variaram de 1,56 a 0,75 Mg N ha-1 para o manejo convencional e de 0,87 a 1,88 Mg N ha-1 para o manejo orgânico. Os maiores estoques de N foram observados para AO12 e MTN na camada 0-10 cm; 1,78 e 2,06 Mg N ha-1, respectivamente. Porém, o estoque de N na camada 0-30 cm foi superior para AO12 quando comparado à MTN; 5,24 e 4,56 Mg N ha-1, respectivamente. O maior teor de CBM foi da MTN (608,51 g C g -1 solo). Entre as áreas com cana-de-açúcar, o maior teor de CBM foi observado na área AO12 (506,61 g C g -1 solo) e o menor para a CCQ (144,21 g C g -1 solo). A segunda etapa do trabalho avaliou a influência do manejo do solo na qualidade da MO por meio do fracionamento químico e análises espectroscópicas de amostras das frações húmicas e solo inteiro. As áreas MTN, AO12 e AO4 apresentaram menores índices de humificação. Nas áreas CCQ e CSQ não foi observada variação no HFIL em profundidade. Pode-se inferir também que as principais alterações na MOS como um todo podem estar mais relacionadas a alterações no AF e humina do que no AH. Os resultados desta pequisa fornecem subsídios para avaliação da sustentabilidade ambiental, pegada de carbono e qualidade do solo dos sistemas de produção de cana-de-açúcar, além de ajudar a estabelecer estratégias de manejo que ajudem a promover sustentabilidade agrícola.The high demand for biofuels as an alternative energy source has generated a wide expansion of etanol industry in Brazil, being considered the largest sugarcane producer worldwide. Legal and environmental issues promote changes in sugarcane production, with the conversion of burned to unburned harvesting and the increase of sugarcane organic production as an important trade generating ongoing discussions associated to production, sustainability and environmental quality. Soil organic matter (SOM) is considered one of the most important indicators of soil quality. However, there is still little information available on a qualitative and quantitative assessment basis in sugarcane production systems. The first stage of this study compared soil C and N contents, soil C and N stocks and soil carbon in microbial biomass (C-MB) in conventional and organic sugarcane systems. Higher values of C stock were observed for native vegetation (NV) (27.11 Mg C ha-1), unburned sugarcane (US) (23.03 Mg C ha-1), 12-year organic sugarcane (OS12) (21.80 Mg C ha-1) in 0-10 cm layer. In sugarcane areas, C stocks varied from 10.87 to 23.03 Mg C ha-1 in conventional and from 13.62 to 21.80 Mg C ha-1 in organic system. In relation to N stocks, higher values were observed for OS12 and NV in 0-10 cm layer; 1.78 and 2.06 Mg N ha-1, respectively. However, N stocks in 0-100 cm were higher in OS12 when compared to NV; 5.24 and 4.56 Mg N ha-1, respectively. The highest MB-C was observed for NV (608.51 g C g -1 soil). In sugarcane areas, the highest C-MB was observed for OS12 (506.61 g C g -1 soil) and the lowest for burned sugarcane (BS) (144.21 g C g -1 soil). The next stage of this study was to assess the influence of soil management in soil oganic matter quality through chemical fractionation and spectroscopic analysis of humic substances and soil samples. Organic sugarcane areas and NV presented lower humification degrees. In burned and unburned sugarcane areas HFIL values did not vary as a function of depth. We can also infer that the main modifications in SOM treated as a whole are more related to modifications in FA and HU than in HA. The results of this study provide basic information to the assessment of environmental sustainability, carbon footprint and soil quality in sugarcane production systems. The approach can also be very useful to establish new strategies to promote agricultural sustainability