Soil and crop response to fertilization in integrated crop-livestock systems in lowlands

Os sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA) aparecem como alternativa de grande potencial para promover a sustentabilidade técnica, econômica, social e ambiental das terras baixas brasileiras. Além de melhorar a fertilidade do solo, são sistemas capazes de aumentar a eficiência de uso dos nutrientes, garantindo altas produtividades de cultivos de grãos. No entanto, ainda é pouco conhecida a resposta do solo e dos cultivos agrícolas à adubação com os principais macronutrientes (nitrogênio – N, fósforo – P e potássio – K) em diferentes arranjos de SIPA em terras baixas. Nesse contexto, o objetivo desta pesquisa foi verificar o impacto da adubação com N, P e K, no rendimento do arroz irrigado e da soja, na abundância e na composição da comunidade microbiana e no seu efeito sobre a disponibilidade de N no solo, em diferentes arranjos de SIPA em terras baixas no subtrópico brasileiro. Para isso, utilizou-se um experimento iniciado em 2013, localizado na Planície Costeira Interna do Rio Grande do Sul (RS). Dois SIPA foram avaliados em comparação com o sistema de cultivo tradicional do RS, baseado no revolvimento do solo, monocultivo de arroz e pousio hibernal. Os SIPA foram caracterizados pelo cultivo de azevém no inverno em pastejo e monocultivo do arroz ou rotação soja-arroz no verão, sob plantio direto. Nas safras agrícolas 2015/2016, 2017/2018 e 2018/2019, verificou-se que, sob SIPA, o arroz irrigado e a soja não respondem à adubação fosfatada e potássica no seu cultivo, podendo a adubação de reposição desses nutrientes ser transferida para a fase pastagem do SIPA, potencializando ganhos de forragem e ganho animal. E Em contrapartida, avaliações realizadas na safra 2018/2019 demonstraram que a adubação mineral com P e K tem uma importância fundamental no solo sob cultivo de arroz irrigado em SIPA, aumentando grupos microbianos específicos, levando a um acréscimo no conteúdo de carbono (C) e N na biomassa microbiana, no entanto sem afetar o rendimento de grãos de arroz. Por sua vez, o N é um nutriente limitante para obtenção de altas produtividades de arroz, independentemente do sistema de produção. Apesar disso, foi possível identificar uma maior eficiência do uso do N pelo arroz sob SIPA. Um possível ‘efeito priming’ encontrado nos SIPA enfatiza a importância da adubação nitrogenada, não apenas atuando diretamente na nutrição do arroz, mas também indiretamente atuando como um catalisador, aumentando a atividade microbiana e a disponibilidade de N imobilizado na biomassa microbiana.Integrated crop-livestock systems (ICLS) appear as an alternative with great potential to promote technical, economic, social, and environmental sustainability of the Brazilian lowlands. Besides improving soil fertility, they are systems capable of increasing the nutrient use efficiency, ensuring high yield of grain crops. However, the response of soil and crops to mineral fertilization with the main macronutrients (nitrogen - N, phosphorus – P, and potassium - K) in different lowland ICLS arrangements is still not well known. In this context, the objective of this research was to verify the impact of N, P, and K fertilization on flooded rice and soybean yields, on the abundance and composition of microbial biomass (MB), and on its effect on soil N availability in different ICLS arrangements in lowlands in the Brazilian subtropical region. For this, an experiment started in 2013 was used, located in the Internal Coastal Plain of Rio Grande do Sul (RS). Two ICLS were evaluated in comparison with the traditional paddy system in RS, based on soil disturbance, rice monocropping, and winter fallow period. The ICLS were characterized by annual ryegrass pasture under beef cattle grazing during the winter season and rice monocropping or soybean- rice rotation during the summer season under no-till. In the 2015/2016, 2017/2018, and 2018/2019 cropping seasons, it was found that soybean and flooded rice do not respond to P and K fertilization in their cultivation under ICLS, and replacement fertilization of these nutrients can be transferred to the pasture phase of ICLS, potentiating forage and animal gains. In contrast, evaluations carried out in the 2018/2019 cropping season showed that mineral fertilization with P and K has a fundamental importance in flooded rice cultivation under ICLS, increasing specific microbial groups, leading to an increase in carbon (C) and N content in the MB, however without affecting the rice grain yield. On the other hand, N is a limiting nutrient for obtaining high rice yields, regardless of the production system. Nevertheless, it was possible to identify a higher N use efficiency by rice under ICLS. Moreover, a possible ‘priming effect’ found in ICLS emphasizes the importance of N fertilization, not only acting directly on rice nutrition, but also indirectly acting as a catalyst, increasing microbial activity and the availability of immobilized N in the MB