Estabilização do carbono das raízes e da biomassa aérea de plantas de cobertura de solo em plantio direto | Stabilization of carbon from roots and aerial biomass of winter cover crops grown in a subtropical no-till soil

A estabilização do C no solo é crucial para a sustentabilidade da agricultura tropical e subtropical. O objetivo desta tese foi avaliar a eficiência e identificar os mecanismos de estabilização do C das raízes e da parte aérea de plantas de cobertura no solo. Colunas de solo foram amostradas com tubos de PVC (n=48, h=30 cm e  20 cm) de uma área sob plantio direto há 20 anos. Metade das colunas (n=24) foi mantida sob atmosfera natural (12C) e a outra foi enriquecida com 13C através da aplicação de pulsos semanais de 13CO2. Então, plantas de cobertura de inverno – aveia e ervilhaca – foram cultivadas. As seis primeiras colunas foram utilizadas como referência, a partir das mensurações de biomassa aérea e radicular, teor de C, N, razão isotópica de C (13C/12C) e composição bioquímica. As demais foram colhidas e usadas no experimento com combinação pareada de raiz e biomassa aérea enriquecidas (13C) e não enriquecidas (12C). Aos 10 e 21 meses de incubação, as colunas de solo foram estratificadas em 4 camadas, e submetidas às análises do fracionamento da matéria orgânica (MO) (0-5 e 5-10 cm), e da distribuição dos agregados estáveis em água. Aos 10 meses também foi realizado o isolamento dos microagregados do interior dos macroagregados (0-5 e 5-10 e 10-30 cm). Todas as amostras de solo, classes de agregados e frações da matéria orgânica (MO) do solo foram analisadas quanto aos teores de C e razão isotópica (13C/12C). Aos 10 meses de incubação, a biomassa aérea da ervilhaca apresentou eficiência de estabilização do C no solo 35% maior do que a biomassa aérea da aveia, e representou a maior proporção de C estabilizado na MO associada aos minerais. Entretanto, no mesmo período, o C oriundo das raízes da aveia apresentou eficiência de estabilização no solo 38% maior do que as raízes da ervilhaca, fazendo com que na média, aveia e ervilhaca tenham tido eficiências de estabilização de C no solo similares. Aos 21 meses de incubação, as eficiências de estabilização de C no solo provenientes das diferentes biomassas aéreas não diferiram entre si; porém as raízes da aveia tiveram eficiência de estabilização 2 vezes maior do que as raízes da ervilhaca, o que resultou em maior estabilização de C no solo devido à aveia naquele período. O fracionamento da MO demonstrou que o mecanismo chave de estabilização do C a partir dos diferentes resíduos vegetais foi a associação organo-mineral, que possivelmente favoreceu a formação de microagregados em macroagregados do solo, durante o processo de decomposição dos diferentes resíduos vegetais. Assim, estabilização do C oriundo das raízes da aveia e da biomassa aérea da ervilhaca, bem como a atuação de curta duração dos mecanismos envolvidos, reforçam a adequação da adoção de sistemas de rotação de culturas quando se visa a melhoria da qualidade do solo e o sequestro de C em solos subtropicais em plantio direto.

Soil C stability is crucial for sustainable agriculture in tropical and subtropical ecosystems. The objective of this thesis was to evaluate the efficiency and identify the stabilization mechanisms in soil of C from root and shoot biomass of cover crops. Soil columns were sampled with PVC tubes (n=48, h=30 cm and  20 cm) from an area under no-tillage for 20 years. Half of the columns (n=24) were kept under natural atmosphere (12C) and the other part was enriched with 13C through the application of weekly pulses of 13CO2. Then, winter cover crops – oats and vetch– were grown. The first six columns were used as a reference, based on individual measurements of root and shoot biomass, C and N content, C isotopic ratio (13C/12C) and biochemical composition. The others were harvested and used in the experiment with a paired combination of enriched (13C) and non-enriched (12C) root and shoot biomass. At 10 and 21 months of incubation, the soil columns were stratified in layers 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm, and subjected to organic matter (OM) fractionation analyzes (0-5 and 5-10 cm), and the distribution of stable aggregates in water. At 10 months, the microaggregates were also isolated from the interior of the macroaggregates (0- 5 and 5-10 and 10-30 cm). All soil samples, aggregate classes and soil organic matter (OM) fractions were analyzed for C content and isotopic ratio (13C/12C). After 10 months of incubation, vetch shoot biomass showed 35% greater soil C stabilization efficiency than oat shoot biomass, and represented the highest proportion of soil C stabilized in the OM associated with minerals. However, in the same period, C from oat roots showed a soil C stabilization efficiency 38% greater than that from vetch roots, meaning that, on average, oats and vetches had similar soil C stabilization efficiencies. At 21 months of incubation, the soil C stabilization efficiencies from the different shoot biomass did not differ among themselves; however, oat roots had a stabilization efficiency two times greater than vetch roots, which resulted in greater soil C stabilization due to oat in that period. The OM fractionation evidenced that the key mechanism of C stabilization was the organo-mineral association, which possibly favored the formation of microaggregates in soil macroaggregates, during the decomposition process of different plant residues. Thus, the significance of C stabilization from oat roots and shoot biomass of vetch, and the short-term action of the mechanisms involved, reinforce the need of rotation of crops that bring a constant supply of C when the aim is to improve soil quality and C sequester in subtropical soils under no-tillage systems.