Funcionamento do sistema solo em diferentes escalas em sistemas de cultura sob plantio direto

Abstract

As plantas, através dos fluxos de energia e carbono (C), são determinantes no funcionamento do solo em diferentes escalas, com complexas interações entre elas, biota e minerais. A hipótese deste estudo é que as plantas, por meio da produtividade e da riqueza vegetal, promovem processos diferenciados e complementares de auto-organização e funcionamento do solo nas camadas superficiais e sub-superficiais e nas diferentes classes de agregados. O objetivo foi avaliar o efeito de sistemas de cultura em plantio direto na porosidade, fluxos de água, ar, atividade microbiana, estocagem de C e de nutrientes em escala de camadas de solo [superfície (0-5 cm) x subsuperficie (5-15 cm)] e de agregados de solo [macroagregados; microagregados: e a fração < 0,053 mm] num Argissolo Vermelho subtropical. O estudo foi baseado num experimento de longa duração (34 anos), cujo solo foi coletado de cinco sistemas de cultura [solo descoberto (DESC), aveia/milho (AM), aveia+vica/milho (AVM), aveia+vica/milho+caupi (AVMC), e uma pastagem permanente (PANG)] com níveis crescentes de produtividade e produtividade+riqueza vegetal. Na superfície do solo, a alta produtividade e produtividade+riqueza vegetal incrementaram a porosidade total, desenvolvendo um sistema poroso conectado, com macro e microporos responsáveis pela aeração do solo e também pelo armazenamento e disponibilidade de água no solo. Estas condições aumentaram a biomassa e metabolismos microbianos com efluxos de CO2, N2O e influxos de CH4 assim como a formação de macroagregados e acúmulo de C. Em subsuperfície, a produtividade e produtividade+riqueza vegetal geraram menor conectividade de poros, no entanto, a funcionalidade do sistema poroso foi associada a grandes macroporos contínuos, que promovem fluxos de ar e de água, e são relacionados à presença contínua de raízes e macroagregados; e com a microporosidade relacionada à disponibilidade de água, atividade microbiana e acúmulo de C. Na escala de agregados, as classes na fração < 0,053 mm e microagregados apresentaram maior concentração de C e N e expressão de atributos microbiológicos do que macroagregados. Mudanças nos fluxos de energia e C pela ação das plantas afetam as redes de poros, fluxos de ar e água, originando microambientes que condicionam a atividade microbiana e a retenção de nutrientes, água e carbono. Estes processos caracterizam a auto- organização do sistema solo, e condicionam seu funcionamento com reflexos em diferentes escalas as quais são complementares quanto a processos envolvendo fluxo e armazenamento.

Plants, through energy and carbon (C) flows, are determinant on soil functioning at different scales, with complex interactions between it, biota and soil minerals. The hypothesis of this study is that plants, through productivity and plant diversity, promote differentiated and complementary processes of self-organization and soil functioning in surface and sub-surface layers and at different soil aggregate classes. Our objective was to evaluate the effect of no- till cropping systems on soil parameters (i.e. porosity, water, air, microbial activity, C stock and nutrients) in a scale of soil layers [surface (0-5 cm) x sub- surface (5-15 cm)] and at soil aggregates classes [macroaggregates; microaggregates: and the fraction < 0.053 mm] in a subtropical Acrisol. The study was based on a long-term experiment (34 years), and soil was sampled under five no-till cropping systems [bare soil (DESC), oat/maize (AM), oats- vetch/maize (AVM), oats-vetch/maize-cowpea (AVMC), and a permanent pasture (PANG)] with increasing levels of productivity and productivity + plant diversity. In soil surface layer, high productivity and productivity + plant diversity increased total porosity, developing a connected porous system, with macro and micropores responsible by soil aeration and by storage and availability of water in soil. These conditions increased biomass and metabolisms of microorganisms favoring effluxes of CO2, N2O and absorption of CH4 as well as macroaggregates formation and soil C accumulation. In sub-surface soil layer, the systems with higher productivity and productivity + plant diversity generated lower soil pore connectivity, however, porous system functionality was associated to large continuous macropores, which promote air and water flows, due to the continuous presence of roots and macroaggregates; and also to microporosity related to water availability, microbial activity and C accumulation. At aggregate scale, fraction < 0.053 mm and microaggregates showed higher C and N concentration and expression of microbiological attributes than macroaggregates. Changes in energy and C flows due to the action of plants influence the pore networks, air and water flows, creating microenvironments that affect microbial activity and the retention of nutrients, water and carbon. These processes characterize self-organization of the soil system and affect its functioning in different scales which are complementary in terms of processes involving flows and storage.