Soil Health in an Integrated Production System in a Brazilian Semiarid Region
Abstract
:1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Experimental Site
2.2. Soil Sampling and Collection
2.3. Statistical Analysis
3. Results
4. Discussion
5. Conclusions
Author Contributions
Funding
Data Availability Statement
Acknowledgments
Conflicts of Interest
References
- Calone, R.; Mircea, D.M.; González-Orenga, S.; Boscaiu, M.; Lambertini, C.; Barbanti, L.; Vicente, O. Recovery from Salinity and Drought Stress in the Perennial Sarcocornia fruticosa vs. the Annual Salicornia europaea and S. veneta. Plants 2022, 11, 1058. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
- Davari, M.; Gholami, L.; Nabiollahi, K.; Homaee, M.; Jafari, H.J. Deforestation and cultivation of sparse forest impacts on soil quality (case study: West Iran, Baneh). Soil Tillage Res. 2020, 198, 104504. [Google Scholar] [CrossRef]
- Huang, W.; Zong, M.; Fanm, Z.; Feng, Y.; Li, S.; Duan, C.; Li, H. Determining the impacts of deforestation and corn cultivation on soil quality in tropical acidic red soils using a soil quality index. Ecol. Ind. 2021, 125, 107580. [Google Scholar] [CrossRef]
- Macedo, M.C.M. Integração lavoura e pecuária: O estado da arte e inovações tecnológicas. Rev. Bras. Zootec. 2009, 38, 133–146. [Google Scholar] [CrossRef]
- Zeraatpisheh, M.; Bakhshandeh, E.; Hosseini, M.; Alavi, S. Assessing the effects of deforestation and intensive agriculture on the soil quality through digital soil mapping. Geoderma. 2020, 363, 114139. [Google Scholar] [CrossRef]
- Moreira, F.M.S.; Siqueira, J.O. Microbiologia e Bioquímica do solo; UFLA: Lavras, Brazil, 2006. [Google Scholar]
- Diaz-Gonzalez, F.A.; Vuelvas, J.; Correia, C.A.; Velho, V.E.; Patino, D. Machine learning and remote sensing techniques applied to estimate soil indicators—Review. Ecol. Indic. 2022, 135, 108517. [Google Scholar] [CrossRef]
- Muñoz, A.; López-Piñeiro, A.; Ramirez, M. Soil Quality Attributes of Conservation Management Regimes in a Semi-Arid Region of Southwestern Spain; Soil & Tillage Research: Amsterdam, The Netherlands, 2007. [Google Scholar]
- Camargo, F.F. Indicadores Físicos, Químicos e Biológicos da Qualidade do solo em Sistemas Agroflorestais Agroecológicos na área de Preservação Ambiental Serra da Mantiqueira. Ph.D. Thesis, Universidade Federal de Lavras, Lavras, Brazil, 2016. [Google Scholar]
- Jung, J.; Maeda, M.; Chang, A.; Bhandari, M.; Ashapure, A.; Landivar-Bowles, J. The potential of remote sensing and artificial intelligence as tools to improve the resilience of agri-culture production systems. Curr. Opin. Biotechnol. 2021, 70, 15–22. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
- Silva, L.G. Uso e Monitoramento de Indicadores Microbiológicos para Avaliação de Qualidade do solo de Cerrado Sobre Diferentes Agroecossistemas. Master’s Dissertation, Universidade de Brasília, Brasília, Brazil, 2008. [Google Scholar]
- Bunemann, E.K.; Bongiorno, G.; Baic, Z.; Creamerb, R.E.; Deynb, G.D.; Goedeb, R.D.; Fleskensd, L.; Geissend, V.; Kuyperb, T.W.; Madera, P.; et al. Soil quality—A critical review. Soil Biol. Bioch. 2018, 120, 105–125. [Google Scholar] [CrossRef]
- Souza, K.B.; Pedrotti, A.; Resende, S.C.; Santos, H.M.T.; Menezes, M.M.G.; Santos, L.A.M. Importância de Novas Espécies de Plantas de Cobertura de Solo para os Tabuleiros Costeiros. Rev. Fapese 2008, 4, 131–140. [Google Scholar]
- Harasim, E.; Gaweda, D.; Wesolowski, M.; Kwiatkowski, C.; Gocol, M. Cover cropping influences physico-chemical soil properties under direct drilling soybean. Acta Agric. Scand. Sec. B Soil Plant Sci. 2016, 66, 85–94. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cherubin, M.R.; Karlen, D.L.; Cerri, C.E.P.; Franco, A.L.C.; Tormena, C.A.; Davies, C.A.; Cerri, C.C. Soil Quality Indexing Strategies for Evaluating Sugarcane Expansion in Brazil. PLoS ONE 2016, 11, 0150860. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
- Rabary, B.; Sall, S.; Letourmy, P.; Husson, O.; Ralambofetra, E.; Moussa, N.; Chotte, J.L. Effects of living mulches or residue amendments on soil microbial properties in direct seeded cropping systems of Madagascar. Appl. Soil Ecol. 2008, 39, 236–243. [Google Scholar] [CrossRef]
- Parra, J.R.P.; Panizzi, A.R.; Haddad, M.L. Índices nutricionais para medir consumo e utilização de alimento por insetos. In Bioecologia e Nutrição de Insetos: Base para o Manejo Integrado de Pragas; Panizzi, A.R., Parra, J.R.P., Eds.; Embrapa Soja: Brasília, Brazil, 2009; pp. 37–90. [Google Scholar]
- Doran, J.W.; Parkin, T.B. Defining and assessing soil quality. In Soil Science Society of America Book Series no. 35 (Special Publication); Doran, J.W., Coleman, D.C., Bezdicek, D.F., Stewart, B.A., Eds.; American Society of Agronomy, Inc.: Madison, WI, USA, 1994; pp. 3–21. [Google Scholar]
- Sparling, G.P. Soil microbial biomass, activity and nutrient cycling as indicators of soil health. In Biological Indicators of Soil Health, Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta, V.V.S.R., Eds.; C.A.B. International: Wallingford, Inglaterra, 1997; pp. 97–120. [Google Scholar]
- Ibrahimi, K.; Attia, K.; Amami, R.; Américo-Pinheiro, J.H.P.; Sher, F. Assessment of three decades treated wastewater impact on soil quality in semi-arid agroecosystem. J. Saudi Soc. Agric. Sci. 2022, 21, 525–535. [Google Scholar] [CrossRef]
- Araújo, R.; Goedert, W.J.; Lacerda, M.P.C. Qualidade de um solo sob diferentes usos e sob cerrado nativo. Rev. Bras. Ciênc. Solo. 2007, 31, 1099–1108. [Google Scholar] [CrossRef]
- Singh, J.S.; Gupta, S.R. Plant decomposition and soil respiration in terrestrial ecosystems. Bot. Rev. 1977, 43, 449–528. [Google Scholar] [CrossRef]
- Souto, P.C.; Bakke, I.A.; Souto, J.S.; Oliveira, V.M. Cinética da respiração edáfica em dois ambientes distintos no semiárido da Paraíba, Brasil. Rev. Caatinga 2009, 22, 52–58. [Google Scholar]
- Ramos, M.R.; Favaretto, N.; Dieckow, J.; Dedeck, R.A.; Vezzani, F.M.; Almeida, L.; Sperrin, M. Soil, water and nutrient loss under conventional and organic vegetable production managed in small farms versus forest system. J. Agric. Rural Dev. Trop. Subtrop. 2014, 115, 131–140. [Google Scholar]
- Damasceno, J.; Souto, J.S. Indicadores biológicos do núcleo de desertificação do seridó ocidental da Paraiba. Rev. Geogr. 2014, 31, 100–132. [Google Scholar]
- Alvares, C.A.; Stape, J.L.; Sentelhas, P.C.; Gonçalves, J.L.M.; Sparovek, G. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorol. Z. 2013, 22, 711–728. [Google Scholar] [CrossRef]
- Santos, H.G.; Jacomine, P.K.T.; Anjos, L.H.C.; Oliveira, V.A.; Lumbreras, J.F.; Coelho, M.R.; Almeida, J.A.; Araújo Filho, J.C.; Oliveira, J.B.; Cunha, T.J.F. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos; EMBRAPA: Brasília, Brazil, 2018; p. 353. [Google Scholar]
- I. U.S.S. Working Group W.R.B. 2022. World Reference Base for Soil Resources. In International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for SOIL Maps, 4th ed.; International Union of Soil Sciences (I.U.S.S.): Vienna, Austria, 2022; pp. 1–236. [Google Scholar]
- Teixeira, P.C.; Donagemma, G.K.; Fontana, A.; Teixeira, W.G. Manual de Métodos de Análise de Solo, 3rd ed.; EMBRAPA: Brasília, Brasil, 2017; pp. 1–577. [Google Scholar]
- Öhlinger, R. Bestimmung der Bodenatmung im Laborversuch. In Bodenbiologische Arbeitsmethoden; Schinner, F., Öhlinger, R., Kandeler, E., Margesin, R., Eds.; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 1993; pp. 86–90. [Google Scholar]
- Severino, L.S.; Costa, F.X.; Beltrão, N.E.M.; Lucena, A.M.A.; Guimarães, M.M.B. Mineralização da torta de mamona, esterco bovino e bagaço de cana estimada pela respiração microbiana. Rev. Biol. Ciênc. Terra. 2005, 5, 54–59. [Google Scholar]
- R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing; R Foundation for Statistical Computing: Vienna, Austria, 2022; Available online: https://www.R-project.org/ (accessed on 26 September 2023).
- Barbosa, M.A.; Ferraz, R.L.S.; Coutinho, E.L.M.; Coutinho Neto, A.M.; Silva, M.S.; Fernandes, C.; Rigobelo, E.C. Multivariate analysis and modeling of soil quality indicators in long-term management systems. Sci. Total Environ. 2019, 657, 457–465. [Google Scholar] [CrossRef]
- Alves, T.D.S.; Campos, L.L.; Neto, N.E.; Matsuoka, M.; Loureiro, M.F. Biomassa e atividade microbiana de solo sob vegetação nativa e diferentes sistemas de manejos. Acta Sci. Agron. 2011, 33, 341–347. [Google Scholar] [CrossRef]
- Sousa, D.M.G.; Miranda, L.N.; Oliveira, S.A. Acidez do solo e sua correção. In Fertilidade do solo; Novais, R.F., Alvarez, V.V.H., Barros, N.F., Fontes, R.L.F., Cantarutti, R.B., Neves, J.C.L., Eds.; Sociedade Brasileira de Ciência do Solo: Viçosa, Brasil, 2007; pp. 205–274. [Google Scholar]
- Canellas, L.P.; Velloso, A.C.X.; Marciano, C.R.; Ramalho, J.F.G.P.; Rumjanek, V.M.; Rezende, C.E.; Santos, G.A. Propriedades químicas de um cambissolo cultivado com cana-de-açúcar, com preservação do palhiço e adição de vinhaça por longo tempo. Rev. Bras. Ciênc. Solo. 2003, 27, 935–944. Available online: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-06832003000500018 (accessed on 14 September 2023). [CrossRef]
- Rodrigues, M.; Pavinato, P.S.; Withers, P.J.A.; Teles, A.P.B.; Herrera, W.F.B. Legacy phosphorus and no tillage agriculture in tropical oxisols of the Brazilian savanna. Sci. Total Environ. 2016, 542, 1050–1061. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
- Bilibio, W.D.; Correia, G.F.; Borges, E.N. Atributos físicos e químicos de um latossolo, sob diferentes sistemas de cultivo. Rev. Ciênc. Agrotecnológica 2010, 34, 817–822. [Google Scholar] [CrossRef]
- Santos, J.C.B.; Le Pera, E.; Souza Júnior, V.S.; Corrêa, M.M.; Azevedo, A.C. Gneiss saprolite weathering and soil genesis along na east-west regolith sequence (N.E. Brazil). Catena 2017, 150, 279–290. [Google Scholar] [CrossRef]
- Ciotta, M.N.; Bayer, C.; Fontoura, S.M.V.; Ernani, P.R.; Albuquerque, J.A. Matéria orgânica e aumento da capacidade de troca de cátions em solo com argila de atividade baixa sob plantio direto. Ciênc. Rural 2003, 33, 1161–1164. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cornejo, J.; Hermosín, M.C. Interaction of Humic Substances and Soil Clays. In Humic Substances in Terrestrial Ecosystems; Piccolo, A., Ed.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 1996; pp. 595–624. [Google Scholar]
- Ernani, P.R.; Gianello, C. Diminuição do alumínio trocável do solo pela incorporação de esterco de bovinos e cama de aviário. Rev. Bras. Ciênci. Solo 1983, 7, 161–165. [Google Scholar]
- Souza, E.D.; Costa, S.E.V.G.A.; Anghinoni, I.; Lima, C.V.S.; Carvalho, P.C.F.; Martins, A.P. Biomassa microbiana do solo em sistema de integração lavourapecuária em plantio direto, submetido a intensidades de pastejo. Rev. Bras. Ciênc. Solo 2010, 34, 79–88. [Google Scholar] [CrossRef]
- Hargrove, W.L.; Thomas, G.W. Effect of organic matter on exchangeable aluminum and plant growth in acid soils. In Chemistry in the Soil Environment; Dowdy, R.H., Volk, V.V., Baker, D.E., Eds.; John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 1981. [Google Scholar]
- Sposito, G. The Chemistry of Soils; Oxford University Press: New York, NY, USA, 1989; p. 277. [Google Scholar]
- Kluthcouski, J.; Cobucci, T.; Aidar, H.; Costa, J.L.S.; Portela, C. Cultivo do Feijoeiro em Palhada de Braquiária; (Documentos 157); Embrapa Arroz e Feijão: Santo Antônio de Goiás, Brazil, 2003. [Google Scholar]
- Mazurana, M.; Fink, J.R.; Camargo, E.; Schmitt, C.; Andreazza, R.; Camargo, F.A.O. Estoque de carbono e atividade microbiana em sistema de plantio direto consolidado no Sul do Brasil. Rev. Ciênc. Agrár. 2013, 36, 288–296. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gatiboni, L.C.; Kaminski, J.; Rheinheimer, D.; Dos, S.; Flores, J.P.C. Biodisponibilidade de formas de fósforo acumuladas em solo sob sistema plantio direto. Rev. Bras. Ciênc. Solo 2007, 31, 691–699. [Google Scholar] [CrossRef]
- Rosolem, C.A.; Calonego, J.C.; Foloni, J.S.S. Lixiviação de potássio da palha de espécies de cobertura de solo de acordo com a quantidade de chuva aplicada. Rev. Bras. Ciênc. Solo 2003, 27, 355–362. [Google Scholar] [CrossRef]
- Boer, C.A.; Assis, R.L.; Silva, G.P.; Braz, A.J.B.P.; Barroso, A.L.L.; Cargnelutti Filho, A.; Pires, F.R. Ciclagem de nutrientes por plantas de cobertura na entressafra em um solo de Cerrado. Pesqui. Agropecu. Bras. 2007, 42, 1269–1276. [Google Scholar] [CrossRef]
- Peres, J.G.; Souza, C.F.; Lavorenti, N.A. Avaliação dos efeitos da cobertura de palha de cana de açúcar na umidade e na perda de água no solo. Eng. Agríc. 2010, 30, 875–886. [Google Scholar] [CrossRef]
- Fontana, A.; Silva, C.F.D.; Pereira, M.G.; Brito, R.J.D.; Benites, V.D.M. Avaliação dos compartimentos da matéria orgânica em área de Mata Atlântica. Acta Sci. Agron. 2011, 33, 545–550. [Google Scholar] [CrossRef]
- Spera, S.T.; Santos, H.P.; Fontaneli, R.S.; Toom, G.O. Atributos físicos de Hapludox em função de sistemas de produção integração lavoura-pecuária (ILP), sob plantio direto. Rev. Acta Sci. Agron. 2010, 32, 37–44. [Google Scholar] [CrossRef]
- Bonini, C.S.B.; Alves, M.C. Estabilidade de agregados de um Latossolo vermelho degradado em recuperação com adubos verdes, calcário e gesso. Rev. Bras. Ciênc. Solo 2011, 35, 1263–1270. [Google Scholar] [CrossRef]
- Dalchiavon, F.C.; Dal Bem, E.A.; Souza, M.F.P.; Ribeiro, R.; Alves, M.C.; Colodro, G. Atributos fsicos de um Latossolo Vermelho distrófco degradado em resposta à aplicação de biossólidos. Rev. Bras. Ciênc. Agrár. 2013, 8, 205–210. [Google Scholar]
- Zaninet, R.A.; Moreira, A.; Moraes, L.A.C. Atributos fsicos, químicos e biológicos de Latossolo Amarelo na conversão de floresta primária para seringais na Amazônia. Pesq. Agropecu. Bras. 2016, 51, 1061–1068. [Google Scholar] [CrossRef]
- Calonego, J.C.; Rosolem, C.A. Soybean root growth and yield in rotation with cover crops under chiseling and no-tll. Eur. J. Agron. 2010, 33, 242–249. [Google Scholar] [CrossRef]
Manual Planting Together with Corn | |
1 | Brachiaria brizantha cv Piatã |
2 | Brachiaria brizantha cv Marandu |
3 | Urochloa mosambicensis—Urochloa grass |
4 | Cenchrus ciliaris (L.)—buffel grass |
5 | Brachiaria decumbens |
6 | Panicum maximum cv Massai |
Planting between Rows along with Corn | |
7 | Brachiaria decumbens |
8 | Brachiaria Brizantha cv Paiaguás |
9 | Brachiaria Brizantha cv Piatã |
10 | Corn + Brachiaria + Stylosanthes |
11 | Corn + Piatã + Stylosanthes |
12 | Mombaça by hand |
Planting between Rows 14 Days after Corn | |
13 | Brachiaria Brizantha cv Piatã |
14 | Brachiaria Brizantha cv Paiaguás |
15 | Brachiaria brizantha cv Marandu |
Planting 14 Days after Sorghum Grain | |
16 | Panicum maximum cv Massai |
17 | Urochloa mosambicensis |
18 | Brachiaria Brizantha cv Piatã |
19 | Brachiaria Brizantha cv Paiaguás |
20 | Panicum maximum cv Mombaça |
Planting 14 Days after Corn by Hand | |
21 | Panicum maximum cv Massai |
22 | Urochloa mosambicensis—Urochloa grass |
23 | Brachiaria Brizantha cv Piatã |
24 | Brachiaria Brizantha cv Paiaguás |
25 | Panicum maximum cv Mombaça |
Attributes | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
pH | P | K | Na+ | H + Al+3 | Al+3 | Ca+2 | Mg+2 | OM |
H2O | mg dm−3 | -------------------------cmolc dm−3--------------------- | g dm−3 | |||||
6.2 | 45.5 | 65.1 | 0.0 | 3.22 | 0.05 | 0.40 | 0.40 | 7.05 |
Indicators | Principal Components | |||
---|---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | PC4 ** | |
Pearson Correlation Coefficients (r) | ||||
R1—Microbial respiration at 4 days | 0.98 * | −0.09 | 0.03 | 0.07 |
R2—Microbial respiration at 8 days | 0.97 * | −0.23 | −0.04 | 0.07 |
R3—Microbial respiration at 12 days | 0.96 * | −0.17 | −0.05 | 0.02 |
R4—Microbial respiration at 16 days | 0.96 * | −0.18 | −0.10 | 0.03 |
R5—Microbial respiration at 20 days | 0.97 * | −0.17 | 0.05 | 0.03 |
R6—Microbial respiration at 24 days | 0.90 * | −0.26 | 0.33 | 0.04 |
R7—Microbial respiration at 28 days | 0.94 * | −0.17 | 0.28 | 0.03 |
R8—Microbial respiration at 32 days | 0.97 * | −0.20 | 0.13 | −0.01 |
R9—Microbial respiration at 36 days | 0.98 * | −0.18 | −0.02 | −0.04 |
pH—hydrogen potential | 0.67 * | −0.08 | −0.66 * | 0.18 |
P—phosphorus content in soil | 0.00 | 0.64 * | 0.07 | 0.75 * |
Al—aluminum content | −0.93 * | 0.20 | 0.16 | 0.06 |
OM—organic matter content | 0.58 * | 0.80 * | −0.11 | −0.02 |
CEC—cation exchange capacity | 0.64 | 0.64 * | −0.02 | −0.34 |
V%—base saturation | 0.91 * | 0.28 | −0.09 | 0.09 |
PD—particle density | −0.55 * | −0.52 * | −0.54 * | 0.01 |
TP—total porosity | 0.52 | 0.77 * | −0.19 | −0.29 |
λ—eigenvalues | 11.72 | 2.76 | 1.03 | 0.83 |
σ2 (%) total explained variance | 68.92 | 16.22 | 6.07 | 4.86 |
σ2 (%) total accumulated variance | 68.92 | 85.14 | 91.22 | 96.07 |
Variation sources | Wilk Test (p-Value) | F-Test (p-Value) | ||
Var—soil cover varieties | <0.01 | <0.01 | 0.01 | <0.01 |
SD—sampling depth | <0.01 | <0.01 | 0.01 | <0.01 |
Var × SD—interaction between factors | <0.01 | <0.01 | 0.01 | <0.01 |
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de Brito Neto, J.F.; Chaves, F.d.F.A.; da Silva, A.L.P.; de Mesquita, E.F.; Soares, C.S.; da Cruz, G.K.G.; Ferraz, R.L.d.S.; de Paiva, F.R.; Araújo, K.R.d.C.; Macedo, R.S.; et al. Soil Health in an Integrated Production System in a Brazilian Semiarid Region. Land 2023, 12, 2107. https://doi.org/10.3390/land12122107
de Brito Neto JF, Chaves FdFA, da Silva ALP, de Mesquita EF, Soares CS, da Cruz GKG, Ferraz RLdS, de Paiva FR, Araújo KRdC, Macedo RS, et al. Soil Health in an Integrated Production System in a Brazilian Semiarid Region. Land. 2023; 12(12):2107. https://doi.org/10.3390/land12122107
Chicago/Turabian Stylede Brito Neto, José Félix, Fabrícia de Fátima Araújo Chaves, André Luiz Pereira da Silva, Evandro Franklin de Mesquita, Cláudio Silva Soares, Gislayne Kayne Gomes da Cruz, Rener Luciano de Souza Ferraz, Fernanda Ramos de Paiva, Kaíque Romero da Costa Araújo, Rodrigo Santana Macedo, and et al. 2023. "Soil Health in an Integrated Production System in a Brazilian Semiarid Region" Land 12, no. 12: 2107. https://doi.org/10.3390/land12122107