Indicadores de qualidade física e química do solo e espectrometria infravermelha em um Latossolo sob sistemas de pecuária extensiva no Cerrado Brasileiro

Abstract

[Resumo] Este trabalho teve como objetivo geral avaliar as alterações químicas no solo após a renovação de pastagens degradadas, utilizando técnicas de espectroscopia Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e fracionamento físico da matéria orgânica do solo (MOS). A tese é disposta em capítulos, compondo além da revisão bibliográfica apresentada no Capítulo I, os Capítulos II e III, que têm objetivos específicos. No Capítulo II, buscou-se entender a distribuição espacial dos compostos orgânicos característicos de duas bandas relacionadas à matéria orgânica do solo (C alifático C–H e estiramento C=Caromático) em função do revolvimento do solo e renovação da pastagem, bem como suas relações com o CO2 fluxo (CO2-F) e mudanças no pH do solo. No Capítulo III, objetivouse avaliar o impacto da renovação de pastagens degradadas no compartimento físico da MOS e seu efeito na mitigação da emissão de CO2. O estudo, que envolve os dois capítulos, foi realizado em duas áreas de pecuária extensiva de corte, em uma região do Cerrado Brasileiro localizada em Selvíria, Mato Grosso do Sul. Redes geoestatísticas foram instaladas nas áreas para avaliação da CO2-F e amostragem do solo. Realizou-se a análise semiquantitativa das regiões vibracionais C–H e C=C por meio da deconvolução espectral, guiada pela posição dos picos obtidos na segunda derivada e ajuste da curva de Gauss. Os resultados do Capítulo II indicaram uma correlação espacial entre CO2-F e a abundância relativa de compostos CH2 simétrico e CH2 assimétrico na banda C–H. A reforma da pastagem, seguida do cultivo de sorgo consorciado com Urochloa brizantha, aumentou o pH do solo em até 5,6 e reduziu as concentrações de compostos alifáticos relacionados à banda C–H. Também reduziu as emissões de CO2-F para uma faixa de 0,94 e 0,97 μmol m-2 s-1. O índice de aromaticidade acompanhou essas mudanças e pode ser utilizado como indicador da decomposição da matéria orgânica do solo, bem como das emissões de CO2-F. Os resultados do Capítulo III indicaram que práticas de manejo do solo, seguidas do cultivo de sorgo consorciado com U. brizantha, aumentaram os estoques totais de C (COT) através da fração estável (C associada à fração mineral) e consequente redução na CO2-F do solo. Isso destaca a variabilidade espacial nas emissões de CO2 e como os atributos do solo afetam o fluxo de CO2 para a atmosfera. O uso de geoestatística multivariada permitiu prever as emissões de CO2 do solo. Os resultados obtidos sugerem que a adoção de práticas de manejo, como sorgo consorciado com U. brizantha e calagem, aumenta o pH do solo e reduz a labilidade de compostos orgânicos com os grupos funcionais CH, CH2 e CH3, consequentemente, reduz as emissões de CO2 de o solo. Este trabalho de pequena escala fornece uma base teórica para o monitoramento espacial em larga escala dos processos biogeoquímicos que controlam as emissões de CO2 em ecossistemas agrícolas, particularmente em áreas de pastagens degradadas. Essas práticas podem ajudar o Brasil a atingir as metas da COP26.

[Resumen] El objetivo general de este trabajo fue evaluar los cambios químicos en el suelo después de la renovación de pastos degradados, utilizando técnicas de Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y fraccionamiento físico de la materia orgánica del suelo (MOS). La tesis está ordenada en capítulos, componiendo, además de la revisión bibliográfica presentada en el Capítulo I, los Capítulos II y III, que tienen objetivos específicos. En el Capítulo II, buscamos comprender la distribución espacial de los compuestos orgánicos característicos de dos bandas relacionadas con la materia orgánica del suelo (C alifático C–H y C=C elongación aromática) en función de la perturbación del suelo y la renovación de los pastos, así como su relaciones con el flujo de CO2 (CO2-F) y cambios en el pH del suelo. En el Capítulo III, el objetivo fue evaluar el impacto de la renovación de pastos degradados sobre el compartimento físico de materia orgánica del suelo y su efecto en la mitigación de las emisiones de CO2. El estudio que involucra los dos capítulos se realizó en dos áreas de ganadería extensiva de carne, en una región del Cerrado brasileño ubicada en Selvíria, Mato Grosso do Sul. Se instalaron redes geoestadísticas en las áreas para evaluación de CO2-F y muestreo de suelos. Se realizó un análisis semicuantitativo de las regiones vibratorias C–H y C=C mediante deconvolución espectral, guiado por la posición de los picos obtenidos en la segunda derivada y ajuste de la curva de Gauss. Los resultados del Capítulo II indicaron una correlación espacial entre el CO2-F y la abundancia relativa de compuestos de CH2 simétricos y asimétricos en la banda C–H. La reforma de los pastos, seguida del cultivo de sorgo intercalado con Urochloa brizantha, aumentó el pH del suelo hasta 5,6 y redujo las concentraciones de compuestos alifáticos relacionados con la banda C-H. También redujo las emisiones de CO2-F a un rango de 0,94 y 0,97 μmol m-2 s-1. El índice de aromaticidad siguió estos cambios y puede utilizarse como indicador de la descomposición de la materia orgánica del suelo, así como de las emisiones de CO2-F. Los resultados del Capítulo III indicaron que las prácticas de manejo del suelo, seguidas del cultivo de sorgo intercalado con U. brizantha, incrementaron las existencias de C total (TOC) a través de la fracción estable (C asociado a la fracción mineral) y la consecuente reducción de CO2-F de el terreno. Esto destaca la variabilidad espacial en las emisiones de CO2 y cómo los atributos del suelo afectan el flujo de CO2 a la atmósfera. El uso de geoestadística multivariante permitió la predicción de las emisiones de CO2 del suelo. Los resultados obtenidos sugieren que la adopción de prácticas de manejo, como sorgo intercalado con U. brizantha y encalado, aumenta el pH del suelo y reduce la labilidad de los compuestos orgánicos con los grupos funcionales CH, CH2 y CH3, en consecuencia, reduce las emisiones de CO2 de los suelo. Este trabajo a pequeña escala proporciona una base teórica para el monitoreo espacial a gran escala de los procesos biogeoquímicos que controlan las emisiones de CO2 en los ecosistemas agrícolas, particularmente en las áreas de pastos degradados. Estas prácticas pueden ayudar a Brasil a alcanzar los objetivos de la COP26.

[Resumo] O obxectivo xeral deste traballo foi avaliar os cambios químicos do solo tras a renovación de pastos degradados, utilizando técnicas de Espectroscopia Infravermella de Transformada de Fourier (FTIR) e de fraccionamento físico da materia orgánica do solo (MOS). A tese está organizada en capítulos, compoñendo, ademais da revisión bibliográfica presentada no capítulo I, os capítulos II e III, que teñen obxectivos específicos. No capítulo II, buscouse comprender a distribución espacial dos compostos orgánicos característicos de dúas bandas relacionadas coa materia orgánica do solo (C alifático C–H e C=C elongación aromática) en función da alteración do solo e da renovación dos pastos, así como a súa relacións co fluxo de CO2 (CO2-F) e os cambios no pH do solo. No capítulo III, o obxectivo foi avaliar o impacto da renovación de pastos degradados sobre o compartimento físico da materia orgánica do solo e o seu efecto na mitigación das emisións de CO2. O estudo dos dous capítulos realizouse en dúas zonas de vacún extensivo de carne, nunha rexión do Cerrado brasileiro situada en Selvíria, Mato Grosso do Sul. Instaláronse redes xeoestatísticas nas zonas para a valoración do CO2-F e a toma de mostras de solo. Realizouse unha análise semicuantitativa das rexións vibratorias C–H e C=C mediante a deconvolución espectral, guiada pola posición dos picos obtidos na segunda derivada e axuste da curva de Gauss. Os resultados do capítulo II indicaron unha correlación espacial entre o CO2-F e a abundancia relativa de compostos CH2 simétricos e CH2 asimétricos na banda C–H. A reforma dos pastos, seguida do cultivo de sorgo intercalado con Urochloa brizantha, aumentou o pH do solo ata 5,6 e reduciu as concentracións de compostos alifáticos relacionados coa banda C–H. Tamén reduciu as emisións de CO2-F a un rango de 0,94 e 0,97 μmol m-2 s-1. O índice de aromaticidade seguiu estes cambios e pódese utilizar como indicador da descomposición da materia orgánica do solo, así como das emisións de CO2-F. Os resultados do capítulo III indicaron que as prácticas de xestión do solo, seguidas do cultivo de sorgo intercalado con U. brizantha, aumentaron as reservas totais de C (COT) a través da fracción estable (C asociada á fracción mineral) e a consecuente redución do CO2-F do solo. Isto destaca a variabilidade espacial das emisións de CO2 e como os atributos do solo afectan o fluxo de CO2 á atmosfera. O uso da xeoestatística multivariada permitiu a predición das emisións de CO2 do solo. Os resultados obtidos suxiren que a adopción de prácticas de xestión, como o sorgo intercalado con U. brizantha e o encalado, aumenta o pH do solo e reduce a labilidade dos compostos orgánicos cos grupos funcionais CH, CH2 e CH3, polo que se reducen as emisións de CO2 do solo. Este traballo a pequena escala proporciona unha base teórica para o seguimento espacial a gran escala dos procesos bioxeoquímicos que controlan as emisións de CO2 nos ecosistemas agrícolas, en particular nas zonas de pastos degradadas. Estas prácticas poden axudar a Brasil a acadar os obxectivos da COP26.

[Abstract] The general objective of this work was to evaluate the chemical changes in the soil after the renovation of degraded pastures, using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and physical fractionation of soil organic matter (MOS) techniques. The thesis is arranged in chapters, composing, in addition to the bibliographic review presented in Chapter I, Chapters II and III, which have specific objectives. In Chapter II, we sought to understand the spatial distribution of organic compounds characteristic of two bands related to soil organic matter (C aliphatic C–H and C=C aromatic elongation) as a function of soil disturbance and pasture renewal, as well as their relationships with CO2 flux (CO2-F) and changes in soil pH. In Chapter III, the objective was to evaluate the impact of the renewal of degraded pastures on the physical compartment of soil organic matter and its effect on the mitigation of CO2 emissions. The study that involves the two chapters was carried out in two areas of extensive beef cattle, in a region of the Brazilian Cerrado located in Selvíria, Mato Grosso do Sul. Geostatistical meshes were installed in the areas for CO2-F assessment and soil sampling. A semiquantitative analysis of the C–H and C=C vibrational regions was performed by means of spectral deconvolution, guided by the position of the peaks obtained in the second derivative and adjustment of the Gauss curve. The results from Chapter II indicated a spatial correlation between CO2-F and the relative abundance of symmetrical CH2 and asymmetric CH2 compounds in the C–H band. Pasture renovation, followed by sorghum cultivation intercropped with Urochloa brizantha, increased soil pH up to 5.6 and reduced concentrations of aliphatic compounds related to the C–H band. It also reduced CO2-F emissions to a range of 0.94 and 0.97 μmol m-2 s-1. The aromaticity index followed these changes and can be used as an indicator of soil organic matter decomposition, as well as CO2-F emissions. The results of Chapter III indicated that soil management practices, followed by the cultivation of sorghum intercropped with U. brizantha, increased total C stocks (TOC) through the stable fraction (C associated with the mineral fraction) and consequent reduction in CO2- F of the ground. This highlights the spatial variability in CO2 emissions and how soil attributes affect the flow of CO2 to the atmosphere. The use of multivariate geostatistics allowed the prediction of CO2 emissions from the soil. The results obtained suggest that the adoption of management practices, such as sorghum intercropped with U. brizantha and liming, increases soil pH and reduces the lability of organic compounds with the functional groups CH, CH2 and CH3, consequently, reduces emissions of CO2 from the soil. This small-scale work provides a theoretical basis for large-scale spatial monitoring of the biogeochemical processes that control CO2 emissions in agricultural ecosystems, particularly in degraded pasture areas. These practices can help Brazil achieve the goals of COP26.