Land use change (LUC) and soil mismanagement have significant effects on soil quality, which may compromise soil's capacity to promote ecosystem services, including food production and climate regulation, depending on the extent to which soil attributes are modified. In the so-called Matopiba region in northeastern Brazil, large areas of the Brazilian savannah (Cerrado biome) were converted to agricultural areas (e.g., soybean and cotton production) in recent years. However, little is known about the long-term impacts of this land-use change on soil physical properties and related soil functions as well as soil organic matter (SOM) dynamics. For this purpose, we carried out a field experiment in three consolidated agricultural areas (∽23 years old) across a 1000-km transect within the Matopiba region, Brazil's new agricultural frontier, to assess the extent to which the land-use change from native vegetation (NV) to agricultural areas under no-tillage (NT) has impacted soil physical quality and SOM dynamics. Specifically, we i) quantitatively assessed the impacts that the conversion from the Cerrado to agriculture has imposed on soil physical quality; ii) quantitatively and qualitatively assessed water extractable organic matter (WEOM) dynamics; and iii) used the DayCent model to predict how the current management adopted in the Matopiba region can affect soil C stocks over a 50-yr period based on the current climate and projected climate change scenarios, as well as how the intensification of this agricultural system (e.g., integrated crop-livestock - ICL) can contribute to increasing soil C sequestration. We observed that the conversion from NV to agriculture under NT increased the compaction process and reduced total soil porosity, unbalancing the proportion between soil water and air storage to critical levels. The soil physical quality index (SPQI) was reduced by ∽33% in NT, indicating detrimental effects of agriculture expansion on soil functionality. Also, water availability and air diffusion were the soil functions most affected by LUC according to the SPQI. In addition, we observed that although soil organic C decreased along the soil profile after NV (4.2-20.7 g kg^-1) conversion to NT (3.8-14.2 g kg^-1), water-extractable organic C levels (3.679.3 mg L^-1) were similar between land uses. WEOM had lower aromaticity and molecular weight in NT than NV; and a higher decomposition of aliphatic and polysaccharides than aromatic and amine/amide was observed after LUC. The DayCent model indicates that the agricultural intensification through the conversion of the soybean-cotton rotation to integrated crop- livestock (ICL) systems increased soil organic C stocks compared to the NV (36.6 Mg ha^-1), irrespective of the systems used. Climate change had little effect on C stocks under the simulated ICL systems, which trend was the same as the current climate. Finally, our findings indicate the need to improve the NT practices currently used in the Matopiba region towards alleviating soil compaction and improving soil structure as well as the importance of tailoring ICL systems to the Matopiba region as a strategy to increase soil C. These concerted actions are paramount to alleviate the anthropogenic pressure on the environment and to restore soil functionality, ensuring sustainable food production and provision of ecosystem services.

A mudança no uso da terra (MUT) e o manejo inadequado do solo tem influência direta sobre a qualidade do solo, podendo comprometer a capacidade do solo de promover os serviços ecossistêmicos, incluindo a produção de alimentos e a regulação do clima, em função da magnitude que os atributos do solo são modificados. Na região do Matopiba, nordeste do Brasil, grandes áreas de vegetação nativa do Cerrado tem sido convertidas em áreas agrícolas (ex.: produção de soja e algodão) nos últimos anos. No entanto, pouco se sabe sobre os impactos que essa MUT pode ocasionar a longo prazo nas propriedades físicas do solo e funções a elas relacionadas bem como na dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS). Dessa forma, conduziu-se um estudo em três áreas de uso agrícola consolidado (∽23 anos) distribuídas ao longo de um transecto de 1000 km dentro da região do Matopiba, considerada a nova fronteira agrícola do Brasil, para avaliar os efeitos da conversão da vegetação nativa (VN) para áreas agrícolas sob plantio direto (PD) sobre a qualidade física do solo e a dinâmica da MOS. Especificamente, i) foi realizado uma avaliação quantitativa dos impactos que a conversão do Cerrado para a agricultura impôs à qualidade física do solo; ii) foi realizado uma avaliação quantitativa e qualitativa da dinâmica da matéria orgânica extraível em água (MOEA); e iii) o modelo DayCent foi utilizado para prever como o manejo atual adotado na região do Matopiba pode afetar os estoques de C do solo ao longo de um período de 50 anos com base no clima atual e em cenários de mudança climática projetados bem como avaliar como a intensificação desse sistema agrícola (ex.: integração lavoura- pecuária - ILP) pode contribuir para aumentar o sequestro de C do solo. A conversão da VN para agricultura sob PD aumentou o processo de compactação e reduziu a porosidade total do solo, desequilibrando a proporção entre o armazenamento de água e ar do solo a níveis considerados críticos. O índice de qualidade física do solo (IQFS) foi reduzido em ☥33% no PD, indicando efeitos prejudiciais da expansão da agricultura na funcionalidade do solo. Além disso, a disponibilidade de água e a difusão do ar foram as funções do solo mais afetadas pela MUT de acordo com o IQFS. Ainda, foi observado que embora o C orgânico do solo tenha diminuído ao longo do perfil do solo após a conversão da VN (4,2-20,7 g kg^-1) para o PD (3,8-14,2 g kg^-1), os níveis de C orgânico extraível em água (3,6-79,3 mg L^-1) foram semelhantes entre os usos da terra. O MOEA apresentou menor aromaticidade e peso molecular no PD do que na VN; e uma maior decomposição de compostos alifáticos e polissacarídeos em relação a compostos aromáticos e amina/amida foi observada após a MUT. O modelo DayCent indicou que a intensificação agrícola por meio da conversão da rotação soja-algodão em sistemas integrados lavoura-pecuária (ILP) pode aumentar os estoques de C orgânico do solo em relação a VN (36,6 Mg ha^-1), independentemente dos sistemas utilizados. A mudança climática teve pouco efeito sobre os estoques de C nos sistemas ILP simulados, cuja tendência foi a mesma observado para o clima atual. Por fim, nossos resultados indicam a necessidade de melhorar as práticas de PD atualmente utilizadas na região do Matopiba com o objetivo de aliviar a compactação do solo e melhorar a estrutura do solo, bem como a importância de adaptar os sistemas de ILP às condições da região do Matopiba como estratégia para aumentar o C do solo. Estas ações em conjunto são fundamentais para aliviar a pressão antropogênica sobre o ambiente e restaurar a funcionalidade do solo, garantindo uma produção de alimentos sustentável e a geração de serviços ecossistêmicos.