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Physical fractionation of organic matter and carbon management index of an Alfisol subjected to conservation management systems/Fracionamento fisico da materia organica e indice de manejo de carbono de um Argissolo submetido a sistemas conservacionistas de manejo.

INTRODUCAO

O indice de manejo de carbono (IMC) proposto por BLAIR et al. (1995) visa avaliar de forma conjunta o efeito dos sistemas de manejos na quantidade e na qualidade (labilidade) da materia organica (MO) do solo. As estimativas do IMC sao realizadas considerando um indice de estoque de carbono (IEC) que relaciona o estoque do tratamento em estudo com o estoque de um sistema de referencia. Como referencia, usualmente, sao utilizadas areas que nao sofreram interferencia antropica (referencia positiva), mas podem ser utilizadas tambem areas sujeitas a degradacao (referencia negativa). Para calcular o IMC, e necessario tambem obter o indice de labilidade do carbono (ILC), que avalia a proporcao entre os compartimentos da MO (labeis e nao labeis). Assim, o IMC e calculado tomando por base um sistema de referencia (IMC=100).

Para obtencao dos compartimentos da MO do solo, e necessario utilizar metodologias de fracionamento da MO que tanto podem ser quimicos como fisicos (ROSCOE & MACHADO, 2002). Dentro dos metodos fisicos de separacao, podem ser usados metodos granulometricos (separacao mediante uso de peneiramento) ou densimetrico (separacao mediante uso de solucoes densas) (ROSCOE & MACHADO, 2002). No fracionamento fisico densimetrico, a utilizacao de solucao de NaI, embora corriqueira, apresenta alguns inconvenientes, especialmente devido a toxicidade do produto, alem de subestimar o rendimento de C da fracao leve (C-FL) da MO do solo (CONCEICAO et al., 2007). Nesse sentido, a utilizacao de solucao de PTS tem sido considerada mais adequada, pois proporciona maior rendimento da FL e influencia nos resultados obtidos principalmente em estudos visando a avaliacao da protecao fisica da MO (CONCEICAO et al., 2007).

O uso da oxidacao quimica das amostras com KMn[O.sub.4] na determinacao das fracoes labeis da MO para obtencao do IMC foi utilizado por BLAIR et al. (1995) e estudos recentes foram realizados utilizando este procedimento e suas variantes (SILVA et al., 2011, GUARESCHI et al., 2013;). Em alternativa a esse procedimento, DIEKOW et al. (2005) e VIEIRA et al. (2007) propuseram o uso do fracionamento fisico granulometrico da MO do solo na obtencao das fracoes labeis. O uso do fracionamento fisico (granulometrico) na obtencao do IMC, proposto por DIEKOW et al. (2005), considera, entre outros fatores, a maior facilidade de obtencao das fracoes labeis relativo ao uso do metodo quimico de fracionamento da MO, proposto por BLAIR et al. (1995). VIEIRA et al. (2007) compararam a metodologia de fracionamento quimico (BLAIR et al., 1995) e fisico granulometrico corroborando a eficiencia do uso do IMC proposto por DIEKOW et al. (2005).

A partir desses estudos pioneiros utilizando o fracionamento fisico da MO na quantificacao de fracoes labeis da MO e estimativa do IMC outros estudos foram realizados utilizando o fracionamento granulometrico da MO (LOSS et al., 2011; ROSSI et al., 2012), os quais evidenciaram o efeito positivo do plantio direto (PD) e de sistemas de cultura com alto aporte de residuos vegetais no aumento do IMC, como reflexo do seu efeito no estoque e labilidade da MO do solo (BAYER et al. 2009; CAMPOS et al., 2011). No entanto, estudos de IMC tendo por base fracoes da MO obtidas por densimetria nao tem sido utilizados.

Dessa forma, o presente estudo teve por objetivo comparar o fracionamento fisico granulometrico (peneira 53 [micro]m) e densimetrico (solucoes de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] e solucoes de PTS 2,0Mg [m.sup.-3]) quanto a sua eficiencia na determinacao da labilidade da MO do solo e estimativa do IMC em Argissolo, submetido a sistemas de manejo conservacionista.

MATERIAL E METODOS

O estudo foi desenvolvido a partir de amostras de solo coletadas em experimento de longa duracao (18 anos), conduzido na Estacao Experimental Agronomica (EEA) da UFRGS, municipio de Eldorado do Sul-RS (30[degrees]50'52"S e 51[degrees]38'08"W). O clima da regiao, segundo classificacao de Koppen, e o subtropical de verao umido quente do tipo fundamental-Cfa, com temperatura media anual de 19,4[degrees]C e precipitacao media anual de 1440mm (MORENO, 1961). O experimento foi instalado no ano de 1985 em um Argissolo Vermelho distrofico (EMBRAPA, 2006) de textura franco-argilo-arenosa (220g [kg.sup.-1] de argila), caulinitico, substrato granito, com 56g [kg.sup.-1] de [Fe.sub.2][O.sub.3].

O solo foi amostrado em 2003 (18[degrees] ano do experimento), ao final do ciclo das culturas de inverno, nos sistemas de preparo convencional (PC), com uma aracao e duas gradagens niveladoras na primavera, antecedendo o plantio do milho e plantio direto (PD), no qual a semeadura do milho e realizada com semeadora sobre os residuos das culturas antecessoras. Estes dois sistemas de preparo de solo foram associados a dois sistemas de culturas: i) aveia preta (Avena strigosa Schreb)/milho (Zea mays L.) (AM) e ii) aveia+ervilhaca (Vicia sativa L.)/milho+caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp] (AVMC). Tanto as culturas de cobertura do solo no inverno como o caupi no verao foram implantadas em linha, porem o caupi foi semeado manualmente nas entrefileiras da cultura do milho. Informacao detalhada referente ao experimento pode ser obtida em LOVATO et al. (2004). Em area adjacente ao experimento, foram coletadas amostras de solo sob campo nativo (CN) como referencia das condicoes naturais do solo (referencia positiva).

A amostragem manual do solo com auxilio de espatula foi realizada na camada de 0-20cm de profundidade apos a abertura de minitrincheiras (20 x 20 x 30cm) transversais as linhas de semeadura e o solo, acondicionado em sacos plasticos. No laboratorio, as amostras foram secas ao ar e moidas para passar em peneira de 2mm, com uso de rolo de madeira. Uma subamostra de solo foi moida em gral de agata ate a granulometria de 250[micro]m e submetida a analise do teor de carbono organico total (COT) por combustao seca (Shimadzu-TOC-V CSH).

No fracionamento fisico densimetrico (GOLCHIN et al., 1994), 10g de solo moido a 2mm foi disposto em tubo de centrifuga de 100mL, contendo 80mL de solucao densa. O metodo foi efetuado usando solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] e tambem de PTS 2,0Mg [m.sup.-3]. A suspensao foi sonicada com energia de 250J [mL.sup.-1], a qual e a energia necessaria para a completa dispersao de amostras do Argissolo (INDA JUNIOR et al., 2007). A suspensao foi centrifugada a 2000g por 90 minutos e o sobrenadante contendo a FL da MO, filtrado, sob vacuo, em filtro Whatman GF/C, previamente quantificado em relacao a sua massa. Para retirar o excesso de sal (NaI ou PTS), o filtro+FL foi lavado com agua destilada, sendo seco a 60[degrees]C por 24 horas e quantificado quanto a sua massa.

O fracionamento fisico granulometrico da MO consistiu na adicao de 20g de solo em frascos snap-cap de 100mL, contendo 60mL de hexametafosfato de sodio (5g [L.sup.-1]), e agitacao da suspensao por 15 horas em agitador horizontal (150 oscilacoes [min.sup.-1]). A suspensao foi lavada com jato de agua em peneira (53 um), sendo a fracao retida na peneira correspondente ao carbono organico particulado (COP), a qual foi seca em estufa a 60[degrees]C por 24 horas e quantificada em relacao a sua massa (CAMBARDELLA & ELLIOTT, 1992).

A FL e o COP foram analisados, em relacao aos teores de C, pelo metodo da combustao seca em analisador Shimadzu-TOC-V CSH. Os estoques de COT e de C-FL e COP (fracoes labeis da MO) foram calculados a partir dos teores de C e massa das respectivas fracoes da MO. Os estoques de C nas fracoes nao labeis da MO (fracao pesada-FP e associada aos minerais-CAM) foram calculados por diferenca entre os estoques de COT e os estoques de C-FL e COP. Os estoques de COT e de C nas fracoes da MO foram calculados em massa equivalente (ELLERT & BETTANY, 1995), considerando o tratamento sob vegetacao nativa como referencia.

Os calculos para a estimativa do Indice de Manejo de Carbono (IMC) foram realizados sendo o solo de campo nativo (CN) adjacente a area experimental tomado como referencia (IMC=100). Inicialmente, foi calculado o Indice de estoque de Carbono-IEC (Equacao 1) e a labilidade do C (LC) (Equacao 2), a qual permitiu a estimativa do ILC (Equacao 3).

IEC = estC trat./estC Ref. (1)

LC = estC labil/estCnao labil (2)

ILC = [LC.sub.trat.]/[LC.sub.Ref]. (3)

em que: IEC = indice de estoque de C do solo; [est.sub.C trat] = estoque de C do solo do tratamento (Mg [ha.sup.-1]); [est.sub.C Ref] = estoque de C do solo do sistema referencia (Mg [ha.sup.-1]); LC = labilidade do C do solo; [est.sub.C labil] = estoque de C da FL ou do COP (Mg [ha.sup.-1]); [est.sub.C nao labil] = estoque de C da FP ou do CAM (Mg [ha.sup.-1]); ILC = indice de labilidade do C do solo; [LC.sub.trat] = labilidade do C do solo no tratamento e [LC.sub.Ref] = labilidade do C do solo no sistema referencia.

A partir do IEC e ILC, foi calculado o IMC expresso em porcentagem (Equacao 4).

IMC = IEC x ILC x 100 (4)

Os valores de estoques de COT do solo e de C das fracoes fisicas da MO foram submetidos a analise da variancia, considerando um delineamento em blocos ao acaso, sendo as diferencas entre medias avaliadas pelo teste de Tukey ao nivel de 5%. Os coeficientes de correlacao de pearson (r) foram obtidos por meio de correlacao entre o IMC densimetrico (obtido com NaI e tambem com PTS) e o IMC granulometrico.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Fracionamento da MO e ILC

O estoque de C das fracoes leves da MO em 0-20cm, obtidos pelo metodo de fracionamento fisico densimetrico com a solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] variaram entre 1,47Mg [ha.sup.-1] e 2,52Mg [ha.sup.-1] para o PC AM e CN, respectivamente (Tabela 1). Entretanto, para as fracoes leves, obtidas com a solucao de PTS 2,0Mg [m.sup.-3], esses valores foram maiores, variando entre 4,81Mg [ha.sup.-1] e 8,16Mg [ha.sup.-1] para PC AM e PD AVMC, respectivamente. O uso de solucao de NaI resultou em menor rendimento de C-FL em relacao a solucao de PTS, devido, principalmente, a maior subestimacao da FLO em relacao a FLL, conforme reportado por CONCEICAO et al. (2007), associado com a menor capacidade de recuperacao dos materiais organicos por flotacao na solucao de NaI (CONCEICAO et al., 2008). Na media dos sistemas de manejo, o estoque de C-FL obtido com NaI 1,8Mg [m.sup.-3] foi 68% menor do que o estoque de C-FL obtida com PTS 2,0Mg [m.sup.-3].

O estoque de COP obtido no fracionamento granulometrico situou-se em valores intermediario entre os obtidos na FL-NaI e FL-PTS (Tabela 1). Considerando que o material particulado foi retido em peneira (53([micro]m) no metodo granulometrico, seriam esperados resultados similares entre os estoques de C-FL e do COP, conforme obtido por SANTOS et al. (2011). Porem, isso nao ocorreu quando do uso de solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3], sendo o estoque de C-FL obtido com solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] cerca de 27% inferior ao estoque de COP na media entre os sistemas de manejo. Por outro lado, o maior rendimento de C-FL (PTS) em relacao ao COP e aceitavel, pois, no fracionamento granulometrico, e obtida fracao particulada de diametro superior a 53um, enquanto que, no fracionamento densimetrico, o material organico e retido em filtro de l,4[micro]m de diametro. Assim, o maior conteudo de C-FL (PTS) em relacao ao quantificado como COP pode ser devido a existencia de particulas organicas de tamanho inferior a 53jum, o que e coerente com a existencia de um "continuum" de decomposicao da MO no solo (GOLCHIN et al., 1997). Em funcao do tamanho das particulas organicas, a possibilidade de esse material estar protegido em microagregados tamanho silte pode ser expressiva. Essa logica conceitual foi corroborada por DIEKOW et al. (2005), que obtiveram rendimento de C-FL da fracao silte (2-63[micro]m), mediante fracionamento densimetrico posterior ao fracionamento granulometrico, representando cerca de 65% do C obtido como COP, mesmo utilizando solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3], que possui uma menor capacidade de recuperacao das fracoes organicas em comparacao a solucao de PTS (CONCEICAO et al., 2008). Percebe-se que, embora todos os metodos tenham conseguido diferenciar os sistemas de manejo entre si (PD versus PC) e os sistemas de culturas (AM versus AVMC), os valores quantificados foram distintos entre os metodos, resultando em subestimacao dos estoques, quando do uso da solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] ou do metodo granulometrico (Tabela 1).

Em consequencia da capacidade diferencial dos metodos fisicos na recuperacao das fracoes labeis da MO, o ILC, que e um componente do IMC, apresentou resultados bastante distintos. Enquanto que, com o uso de solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3], o ILC dos sistemas de manejo nao ultrapassou o sistema de referencia (ILC=1), com o uso de solucao de PTS 2,0Mg [m.sup.-3] todos foram superiores ao CN (Figura 1a). O ILC obtido com os resultados do fracionamento fisico granulometrico foi muito proximo ao da referencia, com excecao do sistema PD AVMC, que apresentou ILC de 1,22. Como o COP representa o material organico de tamanho maior que 53(.un, a manutencao de estruturas maiores que essa granulometria pode ser devido a menor taxa de decomposicao dos residuos organicos adicionados ao solo. O maior ILC, quando os sistemas foram avaliados com PTS 2,0Mg [m.sup.-3] em relacao a solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3] (32-57%), foi devido a maior eficiencia dessa solucao em separar a FL da MO.

IEC, IMC e impacto dos sistemas de manejo

O IEC reflete a relacao entre o estoque dos sistemas de manejo avaliados e o sistema de referencia (VN=100%). Percebe-se que nenhum sistema de manejo superou a condicao natural da area (Figura 1b). Porem, considerando que anteriormente a instalacao do experimento (1985) toda a area experimental era manejada sob sistema convencional de preparo do solo, apresentando evidentes sinais de degradacao do solo (LOVATO et al., 2004), o uso do solo em PD AVMC recuperou a qualidade do solo, apresentando IEC muito proximo ao CN (0,95).

O IMC obtido pelo metodo densimetrico apresentou elevada correlacao com o IMC obtido com o metodo granulometrico, independente do tipo de solucao utilizada (Figura 2). Porem, o menor rendimento de C-FL (NaI) resultou em valores inferiores do IMC, nao superando o CN (100). Com o uso de solucao de PTS, o IMC dos sistemas de cultura utilizando consorciacao de gramineas e leguminosas (AVMC) superou o CN. O solo sob PD AVMC obteve IMC de 115 e 139%, quando avaliado pelo metodo granulometrico e densimetrico com solucao de PTS 2,0Mg [m.sup.-3], respectivamente, demonstrando a possibilidade de sistemas de manejo conservacionistas superaram a qualidade do solo do sistema de referencia.

CONCLUSAO

O indice de manejo de carbono, a partir de fracoes fisicas da materia organica, demonstra ser uma ferramenta eficiente para avaliacao do efeito de sistemas de manejo na qualidade de solos agricolas.

A maior amplitude de valores para o indice de labilidade do carbono, quando da utilizacao da solucao de PTS 2,0Mg [m.sup.-3], torna essa solucao mais adequada para o fracionamento densimetrico do que a solucao de NaI 1,8Mg [m.sup.-3], a qual subestima a fracao leve da materia organica.

O sistema de manejo conservacionista de plantio direto e com alto aporte de biomassa (PD AVMC) determina aumento do indice de manejo de carbono, o que reflete o efeito desse sistema tanto no aumento da quantidade como da labilidade da materia organica do solo.

Recebido 14.12.12

Aprovado 19.09.13

Devolvido pelo autor 21.02.14

CR-2012-1293.R1

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Paulo Cesar Conceicao (I) Cimelio Bayer (II) Jeferson Dieckow (III) Daiane Carvalho dos Santos (II)

(I) Coordenacao de Agronomia, Universidade Tecnologica Federal do Parana (UTFPR), CP 157, 85660-000, Dois Vizinhos, PR, Brasil. E-mail: paulocesar@utfpr.edu.br. Autor para correspondencia.

(II) Departamento de Solos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre, RS, Brasil.

(III) Departamento de Solos e Engenharia Agricola, Universidade Federal do Parana (UFPR), Curitiba, PR, Brasil.

Tabela 1--Estoque de carbono das fracoes leve (FL) e pesada (FP) da
materia organica, obtidas pelo metodo de fracionamento fisico
densimetrico com o uso de solucoes de iodeto de sodio (NaI) e de
politungstato de sodio (PTS), e das fracoes particulada (COP) e
associada aos minerais (CAM), obtidas pelo metodo de fracionamento
fisico granulometrico e estoque de carbono organico total (COT) na
camada de 0-20cm de um Argissolo Vermelho sob diferentes sistemas de
preparo e de culturas.

                                      Densimetrico

Sistema de           NaI 1,8Mg [m.sup.-3]    PTS 2,0Mg [m.sup.-3]
Manejo
                       FL          FP          FL          FP

                                     Mg [ha.sup.-1]

PC   AM              1,47 ns   26,30 bA *    4,81 ns   22,95 bA
     AVMC            1,74      31,05 abA     6,48      26,32 abB
PD   AM              1,74      29,34 bA      5,57      25,51 abA
     AVMC            2,36      34,91 aA      8,14      29,13 aB
CAMPO NATIVO         2,52      36,80         6,28      33,04
Medias de preparo
PC                   1,60 bC   28,67 ns      5,64 bA   24,63 ns
PD                   2,05 aC   32,12         6,85 aA   27,32
Medias de culturas

AM                   1,60 bC   27,82 ns      5,19 bA   24,23 ns
AVMC                 2,05 aC   32,98         7,31 aA   27,72

                           Granulometrico

Sistema de                                      COT
Manejo
                        COP         CAM

                                Mg [ha.sup.-1]

PC   AM              2,37 ns     25,40 bA     27,76
     AVMC            3,35        29,44 abAB   32,79
PD   AM              3,11        27,97 abA    31,08
     AVMC            4,36        32,91 aAB    37,27
CAMPO NATIVO         3,86        35,46        39,32
Medias de preparo
PC                   2,86 bB     27,42 ns     30,28
PD                   3,73 aB     30,44        34,17
Medias de culturas
AM                   2,74 bB     26,68 ns     29,42
AVMC                 3,85 aB     31,18        35,03

* Medias seguidas de mesma letra minuscula na coluna comparam medias
entre si dentro dos sistemas de preparo e de cultura e de letras
maiusculas nas linhas comparam fracoes entre si dentro de cada
metodo, nao diferindo pelo teste de Tukey a 5%. ns= nao significativo
PC= Preparo convencional; PD= Plantio direto; A= aveia; M= milho; V=
vica e C= caupi.
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Author:Conceicao, Paulo Cesar; Bayer, Cimelio; Dieckow, Jeferson; dos Santos, Daiane Carvalho
Publication:Ciencia Rural
Date:May 1, 2014
Words:4038
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