Spatial variability of biomass and soil microbial activity under crop-livestock-forest integration system

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/1980509861902

Keywords:

Geoestatistics, Soil quality, Microbial biomass carbon, Soil microorganisms

Abstract

Soil quality refers to the assessment of the chemical, physical and biological properties of the soil and has been a subject explored within the lines of agronomic research because of anthropic actions that often cause degradation. The objective was to research, among the studied physical and biological attributes, those that best explain, linearly and spatially, the variability of the soil cultivated with soybeans in the rainy season and fallow in the dry season in the agrosilvopastoral system. The work was carried out in the 2015/2016 agricultural year, in Ipameri, Goiás. The spatial distributions and correlations between some soil quality indicator attributes were analyzed: microbial biomass carbon (CBM), soil microbial respiration (C-CO2), metabolic quotient (qCO2) and soil moisture (UG), at a depth of 0.00-0.10 m, during periods of rain and drought. A geostatistical grid was installed, where 52 points were collected. Descriptive analysis of the data was carried out to obtain linear, simple and multiple correlations between the attributes. The semivariograms were modeled to obtain the respective krigings and cross-validations. The co-krigages of interest were established. The microbiological attributes of the soil were good indicators of specific management zones, showing greater spatial dependence in the rainy season. qCO2 was directly related to C-CO2 in the rainy season, while CBM was inversely proportional in bothrainy and dry periods. The qCO2 was the attribute that best represented, linearly and spatially, the variability of the soil under the ILPF system, reflecting the zones of greatest efficiency in the use of the substrate by soil organisms.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Paulino Taveira de Souza, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheiro Agrônomo, Me., Doutorando em Agronomia, Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

Tatiane Carla Silva, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheira Agrônoma, Mea., Doutoranda em Agronomia, Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

Maria Júlia Betiolo Troleis, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheira Agrônoma, Mea., Doutoranda em Agronomia, Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

Karla Nascimento Sena, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheira Agrônoma, Mea., Doutoranda em Agronomia, Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

Anne Caroline Rocha Silva, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheira Agrônoma, Mea., Doutoranda em Agronomia, Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

Talles Eduardo Borges dos Santos, Universidade Estadual de Goiás, Ipameri, GO

Engenheiro Agrônomo, Dr., Professor do Departamento de Agronomia, Universidade Estadual de Goiás, Rodovia Go 330 Km 241 Anel Viário, S/N, CEP 75780-000, Ipameri (GO), Brasil.

Rafael Montanari, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Ilha Solteira, SP

Engenheiro Agrônomo, Dr., Professor do Departamento de Fitossanidade, Engenharia Rural e solos - DEFERS, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Rua Monção, 226, CEP 15385-000, Ilha Solteira (SP), Brasil.

References

ALCÂNTARA NETO, F.; LEITE, L. F. C.; ARNHOLD, E.; MACIEL, G. A.; CARNEIRO, R. F. V. Compartimentos de carbono em Latossolo Vermelho sob cultivo de eucalipto e fitofisionomias de cerrado. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 35, n. 3, p. 849-856, 2011.

ALVARENGA, R. C.; PORFÍRIO-DA-SILVA, V.; GONTIJO NETO, M. M.; VIANA, M. C. M.; VILELA, L. Sistema Integração Lavoura-Pecuária-Floresta: condicionamento do solo e intensificação da produção de lavouras. Informe Agropecuário, Belo Horizonte, v. 31, n. 257, p. 59-67, jul./ago. 2010.

ALVARENGA, R. C.; NOCE, M. A. Integração lavoura-pecuária. Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo, 2005. 16 p. Documentos, 47.

ALVAREZ, V. V. H.; NOVAIS, R. F.; BARROS, N. F.; CANTARUTTI, R. B.; LOPES, A. S. Interpretação dos resultados das análises de solos. In: RIBEIRO, A. C.; GUIMARAES, P. T. G.; ALVAREZ, V. V. H. (Ed.). Recomendação para o uso de corretivos e fertilizantes em Minas Gerais: 5ª Aproximação. Viçosa: Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais, 1999. p. 25-32.

ANDERSON, T. H.; DOMSCH, K. H. The metabolic quotient for CO2 (qCO2) as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions, such as pH on the microbial biomass of forest soils. Soil Biology and Biochemistry, Amsterdam, v. 25, n. 3, p. 393-395, 1993.

CARBONELL, R.; REPULLO, M. A.; RODRIGUEZ-LIZANA, A.; ORDONEZ-FERNANDEZ, R. Influence of soil and climate conditions on CO2 emissions from agricultural soils. Water, Air and Soil Pollution, v. 223, n. 6, p. 3425-3435, 2012.

CARVALHO, J. R. P.; ASSAD, E. D. Comparação de interpoladores espaciais univariados para precipitação pluvial anual no Estado de São Paulo. Campinas: Embrapa Informática Agropecuária, 2002. (Embrapa Informática Agropecuária. Comunicado Técnico, 33).

CATTELAN, A. J.; VIDOR, C. Flutuações na biomassa, atividade e população microbiana do solo em função de variações ambientais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 14, n. 2, p. 133-142, 1990.

COLMAN, B. A.; SALTON, J. C.; MERCANTE, F. M. Indicadores microbiológicos para avaliação da qualidade do solo em diferentes sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 34., 2013, Florianópolis. Anais [...]. Florianópolis: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2013. Disponível em: https://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/966925/1/CBCSCOLMANINDICADORES.pdf. Acesso em: 31 jan. 2018.

CORRÊA, A. R.; MONTANARI, R.; LAURA, V. A.; MELOTTO, A. M.; SILVA, E. N. S.; PELLIN, D. M. P.; PELLIN, D. M. P.; SANTOS, A. S. Aspects of the silvopastoral system correlated with properties of a Typic Quartzipsamment (entisol) in Mato Grosso do Sul, Brasil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 39, n. 2, p. 438-447, 2015.

CRESSIE, N. A. C. Statistics for spatial data. New York: John Wiley & Sons, 1991. 900 p.

DALCHIAVON, F. C.; CARVALHO, M. P. Correlação linear e espacial dos componentes de produção e produtividade da soja. Semina: Ciências Agrárias, Londrina, v. 33, n. 2, p. 541-552, abr. 2012.

DALCHIAVON, F. C.; MONTANARI, R.; ANDREOTTI, M. Production and quality of Urochloa decumbens (stapf) r.d. webster forage co-related to the physical and chemical properties of the soil. Revista Ceres, Viçosa, v. 64, n. 3, p. 315-326, 2017.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. EMBRAPA. Manual de métodos de análise do solo. Brasília: Embrapa Produção de Informação, 2009. 212 p.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. EMBRAPA. Manual de métodos de análises de solo. 2. ed. Rio de Janeiro: Ministério da Agricultura e do Abastecimento, 1997. 212 p.

EPRON, D.; NOUVELLON, Y.; ROUPSARD, O.; MOUVONDY, W.; MABIALA, A.; SAINT-ANDRÉ, L.; JOFFRE, R.; JOURDAN, C.; BONNEFOND, J. M.; BERBIEGER, P.; HAMEL, O. Spatial and temporal variations of soil respiration in a Eucalyptus plantation in Congo. Forest, Ecology and Management, Amsterdam, v. 202, p. 149-160, 2004.

EPRON, D.; BOSC, A.; BONAL, D.; FREYCON, V. Spatial variation of soil respiration across a topographic gradient in a tropical rain forest in French Guiana. Journal of Tropical Ecology, Cambridge, v. 22, n. 5, p. 565-574, 2006.

GAZOLA, R. N.; LOVERA, L. H.; CELESTRINO, T. S.; DINALLI, R. P.; MONTANARI, R.; QUEIROZ, H. A. Variabilidade espacial das concentrações de nutrientes foliares da soja correlacionadas com atributos químicos de um Latossolo Vermelho distroférrico. Revista Ceres, Viçosa, v. 64, n. 4, p. 441-449, 2017.

GUANGMING, L.; ZHANG, X.; XIUPING, W.; SHAO, H. Soil enzymes as indicators of saline soil fertility under various soil amendments. Agriculture, Ecosystems & Environment, Amsterdam, v. 237, p. 274-279, 2017.

INSAM, H.; MITCHELL, C. C.; DORMAAR, J. F. Relationship of soil microbial biomass and activity with fertilization practice and crop yield of three ultisols. Soil Biology & Biochemistry, Oxford, v. 23, n.5, p .459-464, 1991.

ISLAM, K. R.; WEIL, R. R. Microwave irradiation of soil for routine measurement of microbial biomass carbon. Biology and Fertility of Soils, Berlin, v. 27, n. 4, p. 408-416, 1998.

KOSUGI, Y.; ITOH, M.; NOGUCHI, S.; MITANI, T. Spatial and temporal variation in soil respiration in a Southeast Asian tropical rainforest. Agricultural and Forest Meteorology, Amsterdam, v. 147, p. 35-47, 2007.

LA SCALA JÚNIOR, N.; MENDONÇA, E. S.; SOUZA, J. V.; PANOSSO, A. R.; SIMAS, F. N. B.; SCHAEFER, C. E. G. R. Spatial and temporal variability in soil CO2 e C emissions and relation to soil temperature at King George Island, maritime Antarctica. National Institute of Polar Research, Tokyo, v. 4, n. 3, p. 479-487, Dec. 2010.

LANDIM, P. M. B. Análise estatística de dados geológicos. 2. ed. São Paulo: Editora UNESP, 2003. 253 p.

LIMA, E. S.; SOUZA, Z. M.; MONTANARI, R.; OLIVEIRA, S. R. M.; LOVERA, L. H.; FARHATE, C. V. V. Classification of the initial development of eucaliptus using data mining techniques. CERNE, Lavras, v. 23, n. 2, p. 201-208, Apr./June, 2017.

LOURENTE, E. R. P.; MERCANTE, F. M.; ALOVISI, A. M. T.; GOMES, C. F.; GASPARINI, A. S.; NUNES, C. M. Atributos microbiológicos, químicos e físicos de solo sob diferentes sistemas de manejo e condições de cerrado. Pesquisa Agropecuária Tropical, Goiânia, v. 41, n. 1, p. 20-28, jan./mar. 2011.

MAHARJAN, M.; SANAULLAH, M.; RAZAVI, B.; KUZYAKOV, Y. Effect of land use and management practices on microbial biomass and enzyme activities in subtropical top-and sub-soils. Applied Soil Ecology, Amsterdam, v. 113, p. 22-28, 2017.

MENDONÇA, E. S.; MATOS, E. S. Matéria orgânica do solo; métodos de análises. Viçosa, MG: Universidade Federal de Viçosa, 2005. 107 p.

MONTANARI, R; CARVALHO, M. P.; ANDREOTTI, M.; DALCHIAVON, F. C.; LOVERA, L. H.; HONORATO, M. A. O. Aspectos da produtividade do feijão correlacionados com atributos físicos do solo sob elevado nível tecnológico de manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 34, n. 6, p. 1811-1822, nov./dez. 2010.

MOREIRA, F. M. S.; SIQUEIRA, J. O. Microbiologia e bioquímica do solo. Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2006. 626 p.

ROBERTSON, G.P. GS+: Geostatistics for the environmental sciences (version 5.1 for windows). Plainwell: Gamma Design Software, 1998. 152 p.

SCHLOTZHAVER, S. D.; LITTELL, R. C. SAS system for elementary statical analysis. 2. ed. Cary: SAS, 1997. 441 p.

SHAPIRO, S. S.; WILK, M. B. An analysys of vari-ance test for normality: complete samples. Biometrika, London, v. 52, n. 3/4, p. 591-611, 1965.

SILVA, V. R.; REICHERT, J. M.; STORCK, L.; FEIJÓ, S. Variabilidade espacial das características químicas do solo e produtividade de milho em um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico arênico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 27, n. 6, p. 1013-1020, nov./dez. 2003.

SIQUEIRA, G. M.; VIEIRA, S. R.; CEDDIA, M. B. Variabilidade de atributos físicos do solo determinados por métodos diversos. Bragantia, Campinas, v. 67, n. 1, p. 203-11, 2008.

SONG, Z.; KIMBERLEY, M. O.; YUAN, H.; JIANG, H.; ZHOU, G.; WANG, H. Soil CO2 flux dynamics in the two main plantation forest types in subtropical China. Science of the Total Environment, Amsterdam, v. 444, p. 363-368, 2013.

SOUZA, E. D.; CARNEIRO, M. A. C.; PAULINO, H. B.; SILVA, C. A.; BUZETTI, S. Frações do carbono orgânico, biomassa e atividade microbiana em um Latossolo Vermelho sob Cerrado submetido a diferentes sistemas de manejos e usos do solo. Acta Scientiarum Agronomy. Maringá, v. 28, n. 3, p. 323-329, 2006.

TAVANTI, R. F. R.; MONTANARI, R.; PANOSO, A. R.; FREDDI, O. S.; PAZ-GONZÁLEZ, A. Pedotransfer function to estimate the soil structural “S” index and spatial variability in an Oxisol within a livestock farming system. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v. 28, p. 34-44, 2020.

VINHAL-FREITAS, I. C.; CORREA, G. F.; WENDLING, B.; BOBULSKÁ, L.; FERREIRA, A. S. Soil textural class plays a major role in evaluating the effects of land use on soil quality indicators. Ecological Indicators,[s.l.], v. 74, p. 182-190, 2017.

XU, M.; QI, Y. Soil surface CO2 efflux and its spatial and temporal variations in a young ponderosa pine plantation in northern California. Global Change Biology, Oxford, v. 7, p. 667-677, 2001.

Published

2021-11-17

How to Cite

Souza, P. T. de, Silva, T. C., Troleis, M. J. B., Sena, K. N., Silva, A. C. R., Santos, T. E. B. dos, & Montanari, R. (2021). Spatial variability of biomass and soil microbial activity under crop-livestock-forest integration system. Ciência Florestal, 31(4), 1949–1967. https://doi.org/10.5902/1980509861902

Issue

Section

Articles

Most read articles by the same author(s)