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Tipo: Tese
Título: Sistemas agrosilvipastoris no semiárido brasileiro: efeito na estrutura das comunidades microbianas e formação da matéria orgânica do solo
Título em inglês: Agrosilvipastoral systems in the brazilian semi-arid: effect on the structure of microbial communities and formation of soil organic matter
Autor(es): Primo, Anacláudia Alves
Orientador: Oliveira, Teógenes Senna de
Palavras-chave: Modelo Century;Isótopos ¹³C;Formaçção da matéria orgânica do solo;Comunidade microbiana;Termoquimólise
Data do documento: 2021
Citação: PRIMO, Anacláudia Alves. Sistemas agrosilvipastoris no semiárido brasileiro: efeito na estrutura das comunidades microbianas e formação da matéria orgânica do solo. 2021. 159 f. Tese (Doutorado em Ecologia e Recursos Naturais) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: A degradação ambiental e as mudanças climáticas são as principais ameaças à segurança alimentar e agrícola, ocasionadas em grande parte pela ação antrópica, principalmente no semiárido brasileiro. A degradação do solo resulta em diminuição dos estoques de carbono (C) do solo, com consequente perdas de suas funções. O manejo da terra visando aumentar o sequestro de C e o conteúdo de matéria orgânica do solo (MOS) é, portanto, uma estratégiachave para a sustentabilidade agrícola e qualidade ambiental. Com isso, este trabalho possui dois objetivos gerais: i) simular a dinâmica do C em sistemas de manejo tradicionais e em sistemas agroflorestais usando o modelo Century durante um cenário de 100 anos; ii) avaliar a contribuição de diferentes composições de espécies vegetais da Caatinga para a formação da matéria orgânica do solo. Para o primeiro objetivo, foram usados dados de um experimento de longa duração implementado no semiárido brasileiro para simular a dinâmica do C em sistemas de manejo tradicional (TRAD) e agroflorestal (SAF), tendo a vegetação natural “Caatinga” (VN) como referência. O modelo Century foi utilizado para a simulação dos dados. Primeiro, foram simulados cenários TRAD com diferentes períodos de pousio (0, 7, 15, 30, 50 e 100 anos) entre os cultivos. Segundo, foram simulados dois tipos de SAFs (agrossilvopastoril-AGP e silvopastoril-SILV), sob duas condições contrastantes: permanente e em rotação. A adoção de TRAD sem período de pousio (0 anos) resultou em redução de cerca de 50% de C do solo, aproximadamente 20 Mg ha-1, após os primeiros 10 anos. Porém, os estoques de C se recuperaram quando o pousio foi adotado e atingiram os estoques iniciais após 50 anos de pousio, considerando o C da VN simulado no equilíbrio. Os SAFs permanentes (p) e rotativos (r) recuperaram rapidamente os estoques de C originais do solo, resultando em estoques mais altos do que aqueles da VN no equilíbrio. O modelo Century teve um bom desempenho na simulação de estoques de C nos SAFs e pode ser considerado uma ferramenta útil para avaliar a dinâmica do C temporal nesses agroecossistemas complexos. Para o objetivo ii, um ensaio de incubação foi conduzido em condições controladas, utilizando espécies nativas do estrato herbáceo (HERB) e arbóreo (ARB) e de uma gramínea exótica (GRASS). Avaliaram-se também as combinações dessas espécies em diferentes proporções: (i) 55% de herbáceas e arbóreas + 45% de gramíneas (MIX1) e (ii) 75% de herbáceas e arbóreas + 25% de gramínea (MIX2). Os resíduos foram incubados em um solo com abundância isotópica intermediária (δ 13C -20 ‰), em que os tratamentos estabelecidos consideraram separadamente a parte aérea (pa) e as raízes (r). A duração do experimento foi de 120 dias, quantificando-se periodicamenteas emissões de C-CO2. Ao final da incubação foram coletadas, amostras de solo para as análises de perfil de ácidos graxos (PLFA), para avaliar a estrutura da comunidade microbiana e análises de pH e macronutrientes. Uma outra amostra de solo foi coletada para o fracionamento físico da MOS em matéria orgânica particulada (MOP) e associada aos minerais (MOAM). Em seguida foi realizada determinação da abundância natural do δ 13C, e as contribuições de C derivado dos resíduos para as frações da MOS. Foi realizada ainda a termoquimólise na presença de hidróxido de tetrametilamônio (TMAH) nas frações MOP e MOAM, para uma caracterização bioquímica da MOS. De maneira geral, as menores emissões de C-CO2 de resíduos da parte aérea foram observadas em GRASSpa, enquanto as maiores ocorreram em HERBpa e ARBpa. Nos tratamentos com raízes, as maiores emissões de C-CO2 foram observadas em HERBr. As maiores contribuições de C pelos resíduos foram observadas na fração MOP, tanto pelo componente parte aérea quanto pelas raízes. Os resultados demostraram que os resíduos da parte aérea de ARB proporcionaram maior biomassa de PLFA total no solo. Houve maior abundância de fungos com a incorporação de resíduos da parte aérea e maior abundância de bactérias com a adição de resíduos das raízes. Com relação a composição bioquímica da MOS houve maior abundância de compostos alifáticos e nitrogenados na fração MOAM. Na MOP houve maior abundância de derivados de lignina e de cutina. Os resultados demonstram a importância e o papel dos sistemas agroflorestais, principalmente na região semiárida, uma vez que a preservação das espécies nativas, principalmente lenhosas, pelo sistema contribui para o sequestro de C no solo, a preservação da biodiversidade, a formação da matéria orgânica do solo e a conservação dos recursos naturais da região.
Abstract: Environmental degradation and climate change are the main threats to food and agricultural security, largely caused by anthropic action, mainly in the Brazilian semiarid region. Soil degradation results in a decrease in soil carbon (C) stocks, with consecutive losses of its functions. Land management to increase C sequestration and soil organic matter content is therefore a key strategy for agricultural sustainability and environmental quality. Thus, this work has two general objectives. First, simulate the dynamics of C in traditional management systems and in agroforestry systems using the Century model during a 100-year scenario. Second, evaluate the contribution of different compositions of plant species from the Caatinga to the formation of soil organic matter. For the first objective, data from a long-term experiment implemented in the Brazilian semiarid region were used to simulate the dynamics of C in traditional management systems (TRAD) and agroforestry (AFs), with the natural vegetation (NV) "Caatinga" as a reference. The Century model was used for data simulation. TRAD scenarios were simulated with different fallow periods (0, 7, 15, 30, 50 and 100 years) between crops. Also, two types of AFs (agrosilvopastoral-AGP and silvopastoral-SILV) were simulated under two contrasting conditions: permanent and rotation. The adoption of TRAD without a fallow period (0 years) resulted in a reduction of about 50% of C, approximately 20 Mg ha-1, after the first 10 years. However, the SOC stocks recovered when the fallow was adopted and reached the initial stocks after 50 years of fallow, considering the SOC VN simulated at equilibrium. The permanent (p) and rotating (r) AFs management systems quickly recovered the original SOC stocks, resulting in higher stocks than NV at equilibrium. The Century model performed well in simulating SOC stocks in AFs and can be considered a useful tool to assess temporal SOC dynamics in these complex agroecosystems. For the second objective, a microcosm experiment was conducted under controlled conditions, using native species of the herbaceous (HERB) and arboreal (ARB) strata and an exotic grass (GRASS). The combinations of these species in different proportions were also evaluated: (i) 55% herbaceous and arboreal + 45% grass (MIX1) and (ii) 75% herbaceous and arboreal + 25% grass (MIX2). The residues were incubated in a soil with intermediate isotopic abundance (δ 13C -20 ‰), in which the established treatments considered shoots (s) and roots (r) separately. The experiment lasted 120 days, periodically quantifying C-CO2 emissions. At the end of the incubation, soil samples were collected for phospholipid fatty acid analyzes (PLFA), to assess the microbial community structure and pH and macronutrient analyses. Another soil sample was collected for the physicalfractionation of SOM into particulate organic matter (POM) and mineral-associated organic matter (MAOM). Then, the determination of the natural abundance of δ 13C, the contributions of C derived from the residues to the SOM fractions was carried out. Thermochemolysis was also performed in the presence of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) in the POM and MAOM fractions, for a biochemical characterization of SOM. In general, the lowest C-CO2 emissions from shoots residues were observed in GRASSs, while the highest occurred in HERBs and ARBs. In roots, the highest C-CO2 emissions were observed in HERBr. The largest contributions of C by the residues were observed in the POM fraction, both by shoots and by the roots component. The results showed that the shoots residues of ARBs provided greater biomass of total PLFA in the soil. There was a greater abundance of fungi with the incorporation of shoots residues and greater abundance of bacteria with the addition of residues from the roots. Regarding the biochemical composition of SOM, there was a greater abundance of aliphatic and nitrogen compounds in the MAOM fraction. In POM there was greater abundance of lignin and cutin derivates. The results demonstrate the importance and role of agroforestry systems, especially in the semiarid region, since the preservation of native species through the system contributes to the sequestration of C in the soil, preservation of biodiversity, formation of soil organic matter and conservation of resources natural areas of the region.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65290
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