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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-21052020-135507
Document
Auteur
Nom complet
Acácio Bezerra de Mira
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2020
Directeur
Jury
Otto, Rafael (Président)
Carvalho, João Luis Nunes
Prochnow, Luis Ignacio
Titre en anglais
Carbon and nitrogen pools in the soil profile after seven years of nitrogen management and cover crop rotation in an Oxisol from Southern-Brazil
Mots-clés en anglais
Dissolved nitrogen
Labile carbon
Nitrogen fertilizer
Subsoil nitrogen enrichment
Resumé en anglais
Maize production in Southern Brazil relies in intensive nitrogen (N) fertilization to maximize maize yield. Excessive N fertilization may negatively influence soil carbon (C) and N dynamics. However, there is still controversy in literature about the effect of N fertilization on soil organic matter (SOM), and the long-term effect of continuous N rates on C and N distribution in soil profile is still understudied in subtropical Oxisols. In this study we investigate the effect of seven-year N fertilization on C and N distribution in a no-till soil profile under different cover crop rotations. We hypothesize that applying high N rates in maize promotes subsoil N accumulation and depletes soil C storage, and this effect may be more intense when legumes are used as cover crop. A field experiment has been conducted for seven years, under a randomized block design, in a split-plot arrangement. Two biannual crop rotations were allocated to the main plots with the following winter/summer successions: (i) black oat/maize, wheat/soybean; and (ii) field pea/maize, wheat/soybean. Nitrogen rates (0, 70, 140, 210 kg ha-1 N) were top-dressed to the subplots whenever maize was grown (V4 stage). Soil samples until 1.0-m deep were analyzed for total N (TN), total organic C (TOC), soluble inorganic N (SIN), soluble organic N (SON), mineralizable C (MINC), and permanganate oxidable C (POXC). Soil bulk density was measured to calculate C and N stocks. Despite field pea's potential of biological N fixation, top-dress N fertilization increased subsoil SIN accumulation only in black oats' rotation. Field pea's rotation also showed a lower average subsoil N accumulation. This is probably associated to a higher N extraction due to the improved grain yields of maize grown after field pea. Nitrogen fertilization resulted in higher topsoil C stocks in both crop rotations but decrease subsoil C storage in field pea's rotation. The homogeneous SON distribution in soil profile in both crop rotations and the reduced POXC concentration below 0.2 m deep indicate that lower subsoil C stocks are more related to a shallower plant rooting when high N rates are applied than to a possible priming effect induced by extra N availability. Including a legume as winter cover crop before maize in maize/soybean rotations has potential to improve maize grain yield and reduce N fertilizer demand right in the first year. This reduction is recommended since applying high N rates may decrease soil C storage and increase subsoil N enrichment in Oxisols under no-tillage.
Titre en portugais
Frações de carbono e nitrogênio no perfil do solo após sete anos de manejo de adubação nitrogenada e rotação de culturas de cobertura em um Latossolo Vermelho no Sul do Brasil
Mots-clés en portugais
Acúmulo de nitrogênio no subsolo
Adubação nitrogenada
Carbono lábil
Nitrogênio dissolvido
Resumé en portugais
O cultivo do milho na região sul do Brasil baseia-se uso intensivo de adubação nitrogenada para maximizar a produtividade. A aplicação excessiva de nitrogênio (N) pode afetar negativamente as dinâmicas do carbono (C) do N no solo. No entanto ainda existe controvérsia na literatura a respeito do efeito da adubação nitrogenada sobre a matéria orgânica do solo (MOS), e o resultado a longo prazo da aplicação contínua de doses fixas de N na distribuição de C e N no perfil do solo é ainda pouco estudado em Latossolos subtropicais. Neste estudo investigamos o efeito de sete anos de adubação nitrogenada na distribuição de frações de C e N no perfil de um solo sob diferentes rotações de cultura em sistema de plantio direto. Nossa hipótese é que a aplicação de elevadas doses de N promove o acúmulo de N no subsolo e reduz o acúmulo de C no perfil do solo sob sistema de plantio direto, e que esse efeito pode ser intensificado quando leguminosas são usadas como cultura de cobertura. O experimento de campo tem sido conduzido há sete anos sob o delineamento de blocos casualizados em um arranjo de parcelas subdivididas. Duas rotações bianuais cultivadas sob as seguintes sucessões inverno/verão foram alocadas nas parcelas: (i) aveia preta/milho, trigo/soja; e (ii) ervilha forrageira/milho, trigo/soja. Sempre que o milho foi cultivado, doses de N (0, 70, 140, 210 kg ha-1 N) foram aplicadas em cobertura (estádio V4). Amostras de solo até 1.0 m de profundidade foram analisadas para N total (TN), C orgânico total (TOC), N inorgânico solúvel (SIN), N orgânico solúvel (SON), C mineralizável (MINC) e C oxidável por permanganato (POXC). A densidade do solo foi medida para calcular os estoques C e N. Apesar do potencial de fixação biológica de N da ervilha forrageira, a adubação nitrogenada aumentou o acúmulo de SIN no subsolo apenas na rotação com aveia preta. A rotação com ervilha forrageira também apresentou menor acúmulo médio de N no subsolo. Isto provavelmente está associado à maior extração de N devido às maiores produtividades do milho cultivado após a ervilha forrageira. A adubação nitrogenada resultou em maiores estoques de C na camada superficial do solo em ambas as rotações, mas reduziu o acúmulo de C nas camadas mais profundas na rotação com ervilha forrageira. A distribuição homogênea de SON no perfil do solo em ambas as rotações e a redução nos teores de POXC abaixo de 0.2 m de profundidade indicam que os menores estoques de C no subsolo estão mais associados a um enraizamento mais superficial quando doses elevadas de N são aplicadas, do que a um possível efeito priming. A inclusão de uma leguminosa como cultura de cobertura antes do milho em rotações de milho/soja tem potencial de aumentar a produtividade do milho e reduzir a demanda por adubação nitrogenada logo no primeiro ano de cultivo. Esta redução é recomendada, uma vez que a aplicação contínua de altas doses de N pode reduzir o acúmulo de C e aumentar o acúmulo de formas inorgânicas de N no subsolo de Latossolos sob plantio direto.
 
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Date de Publication
2020-05-22
 
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