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Registro Completo |
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Biblioteca(s): |
Embrapa Pecuária Sudeste. |
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Data corrente: |
01/12/2025 |
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Data da última atualização: |
01/12/2025 |
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Tipo da produção científica: |
Orientação de Tese de Pós-Graduação |
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Autoria: |
BENTO, L. R. |
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Afiliação: |
LUCAS RAIMUNDO BENTO, UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. |
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Título: |
Sustainable intensification of Brazilian degraded pastures: a study on soil carbon sequestration, organic matter pools, and chemical transformations. |
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Ano de publicação: |
2024 |
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Fonte/Imprenta: |
2024. 155 f. Tese (Doutorado em Química Analítica e Inorgânica) - Universidade de São Paulo, São Carlos, SP. |
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DOI: |
https://doi.org/10.11606/T.75.2024.tde-22012025-095852 |
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Idioma: |
Inglês |
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Conteúdo: |
Abstract: In Brazil, over 95 million hectares of pastures are partially degraded, necessitating management practices that promote recovery and enhance productivity. Sustainable intensification, including fertilization, stocking rate control, and pasture rotation, can increase animal production and potentially boost soil carbon stocks by improving soil organic matter (SOM) dynamics. This study assessed the impact of transforming degraded pastures (DP) into various intensified pasture systems. These included irrigated pastures with high stocking rates (IHS), which received 600 kg N ha-1, as well as rainfed pastures with high (RHS) and moderate stocking rates, applying 400 kg N ha-1 and 200 kg N ha-1, respectively. An adjacent native forest (FO) served as a reference site. Soil samples were collected to a depth of 1 meter in both 2011 and 2020. Carbon content was measured using an elemental analyzer, and carbon origin was traced through natural carbon-13 isotopic abundance (δ13C). SOM was analyzed using chemical extractions (obtaining fulvic acid [FA], humic acid [HA], humin [HUM]) and physical fractionation (obtaining particulate organic matter [POM] and mineral-associated organic matter [MAOM]). Pasture intensification increased carbon stocks from 100 Mg C ha-1 in DP to 139 Mg C ha-1 in RHS and 162 Mg C ha-1 in RMS, comparable to the native forest (148 Mg C ha-1). However, high intensification in IHS did not result in significant additional carbon stock compared to DP. The increase in SOM was primarily concentrated in the top 0-30 cm of soil, driven by the incorporation of forage-derived carbon, as indicated by δ13C analysis. Laser-induced fluorescence spectroscopy (HLIFS index) and the H/C atomic ratio indicated an accumulation of aliphatic compounds in SOM from RHS and RMS pastures compared to FO, DP, and IHS. Chemical extraction selectively favored certain compounds, as revealed by 13C NMR analysis. FA predominantly comprised O-Alkyl moieties, HA contained a mixture of C-Aryl, O-Alkyl, and C-Alkyl groups, while HUM was mainly composed of C-Alkyl structures. Approximately 90% of the SOM in pastures was stored in the MAOM fraction, associated with clay-sized particles. POM exhibited characteristics similar to forage, while MAOM was more degraded, containing less O-Alkyl, more C-Carbonyl and C-Alkyl, and a lower C/N ratio. Occluded POM (oPOM) contained mainly hydrophobic compounds (C-Alkyl and C-Aryl). NMR analysis of clay-sized particles revealed that MAOM comprised a range of chemical functionalities, differing from extracts of FA, HA, and HUM. NanoSIMS analysis showed heterogeneous distribution of SOM within clay-sized particles composed of Si, Al, and Fe, indicating these particles were not saturated with SOM and suggesting different SOM spatial arrangements on the microscale. The study demonstrated that increased carbon storage in intensified pastures, compared to DP, occurred primarily in the MAOM fraction, which had a diverse chemical composition including aromatic and aliphatic compounds. RMS promoted carbon sequestration at a rate of 2.48 Mg C ha-1 year-1, preserving SOM from native vegetation while incorporating forage-derived carbon. The likely stabilization mechanism was the transformation of forage residues, rich in O-Alkyl, into oxidized MAOM forms indicated by O-Carbonyl and C-Alkyl content. Sustainable pasture intensification, at moderate levels, can enhance carbon sequestration in degraded pasture through improved soil and animal management. | Resumo: No Brasil, estima-se que 95 milhões de hectares de pastagens estejam parcialmente degradadas, exigindo a adoção de práticas de manejo que promovam a recuperação e aumentem a produtividade. A intensificação de pastagens, por meio de práticas como adubação, controle da taxa de lotação e pastejo rotativo, melhora a produção de forragem, aumenta a produtividade animal e tem o potencial de aumentar os estoques de carbono orgânico no solo, melhorando as dinâmicas de matéria orgânica do solo (MOS). Este estudo avaliou o impacto da conversão de pastagem degradada (DP) em diferentes pastagens intensificadas: pastagem irrigada com alta taxa de lotação (IHS) e 600 kg N ha-1, e pastagens de sequeiro com alta (RHS) e moderada (RMS) taxa de lotação, aplicando 400 e 200 kg N ha-1, respectivamente. Uma floresta nativa adjacente (FO) serviu como área de referência. As amostras de solo foram coletadas até 1 metro de profundidade em 2011 e 2020. O teor de carbono foi medido utilizando um analisador elementar, e a origem do carbono foi rastreada por meio da abundância isotópica natural de carbono-13 (δ13C). A MOS foi analisada através de extrações químicas (ácido fúlvico [FA], ácido húmico [HA], humina [HUM]) e fracionamento físico (matéria orgânica particulada [POM] e matéria orgânica associada a minerais [MAOM]). A intensificação das pastagens resultou em aumentos significativos nos estoques de carbono, que passaram de 100 Mg C ha-1 em DP para 139 Mg C ha-1 nas RHS e 162 Mg C ha-1 nas RMS, níveis comparáveis aos da floresta nativa (148 Mg C ha-1). Entretanto, a alta intensificação em IHS não resultou em um aumento significativo do estoque de carbono em comparação com DP. O aumento na MOS concentrou-se principalmente nos primeiros 0-30 cm do solo, impulsionado pela incorporação de carbono derivado das forrageiras, conforme indicado pela análise de δ13C. A espectroscopia de fluorescência induzida por laser (índice HLIFS) e a razão atômica H/C indicaram um acúmulo de compostos alifáticos na MOS das pastagens RHS e RMS em comparação com FO, DP e IHS. A extração química favoreceu seletivamente certos compostos, conforme revelado pela análise de RMN de 13C. O AF foi predominantemente composto por grupos O-alquila, o AH apresentou uma mistura de grupos C-arila, O-alquila e C-alquila, enquanto a HUM era composta principalmente por estruturas C-alquila. Aproximadamente 90% da MOS nas pastagens estava armazenada na fração MAOM, associada a partículas do tamanho de argila. A POM exibiu características semelhantes a forragem, enquanto a MAOM estava mais degradada, contendo menos O-alquila, mais C-carbonila e C-alquila, e apresentando uma menor razão C/N. A análise de RMN das partículas do tamanho de argila revelou que a MAOM abrange uma variedade de funcionalidades químicas, indicando que todas elas podem ser estabilizadas na MAOM. NanoSIMS revelou uma distribuição heterogênea da MOS em partículas do tamanho de argila compostas por Si, Al e Fe, indicando que essas partículas não estavam saturadas com MOS e sugerindo diferentes arranjos espaciais da MOS em escala microscópica. O estudo demonstrou que o aumento do estoque de carbono em pastagens intensificadas, em comparação com pastagens degradadas, ocorreu principalmente na fração de MAOM, que apresentou uma composição química diversificada, incluindo compostos aromáticos e alifáticos. O sistema RMS promoveu o sequestro de carbono a uma taxa de 2 Mg C ha-1 ano-1, preservando a MOS da vegetação nativa enquanto incorporava carbono derivado da forragem. O provável mecanismo de estabilização foi a transformação dos resíduos de forragem, ricos em O-Alquila, em formas oxidadas de MAOM, indicadas pelo conteúdo de C-Carbonila e C-Alquila. A intensificação sustentável de pastagens, em níveis moderados, pode aumentar o sequestro de carbono em pastagens degradadas por meio de melhorias no manejo do solo e dos animais. MenosAbstract: In Brazil, over 95 million hectares of pastures are partially degraded, necessitating management practices that promote recovery and enhance productivity. Sustainable intensification, including fertilization, stocking rate control, and pasture rotation, can increase animal production and potentially boost soil carbon stocks by improving soil organic matter (SOM) dynamics. This study assessed the impact of transforming degraded pastures (DP) into various intensified pasture systems. These included irrigated pastures with high stocking rates (IHS), which received 600 kg N ha-1, as well as rainfed pastures with high (RHS) and moderate stocking rates, applying 400 kg N ha-1 and 200 kg N ha-1, respectively. An adjacent native forest (FO) served as a reference site. Soil samples were collected to a depth of 1 meter in both 2011 and 2020. Carbon content was measured using an elemental analyzer, and carbon origin was traced through natural carbon-13 isotopic abundance (δ13C). SOM was analyzed using chemical extractions (obtaining fulvic acid [FA], humic acid [HA], humin [HUM]) and physical fractionation (obtaining particulate organic matter [POM] and mineral-associated organic matter [MAOM]). Pasture intensification increased carbon stocks from 100 Mg C ha-1 in DP to 139 Mg C ha-1 in RHS and 162 Mg C ha-1 in RMS, comparable to the native forest (148 Mg C ha-1). However, high intensification in IHS did not result in significant additional carbon stock compared to DP. The in... Mostrar Tudo |
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Palavras-Chave: |
Estoque de carbono do solo; Matéria orgânica particulada; Substância Húmica. |
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Thesagro: |
Carbono; Estoque; Matéria Orgânica; Pastagem; Solo. |
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Thesaurus Nal: |
Humic substances; Organic matter; Particulate organic matter; Soil organic matter. |
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Categoria do assunto: |
P Recursos Naturais, Ciências Ambientais e da Terra |
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Marc: |
null
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Registro original: |
Embrapa Pecuária Sudeste (CPPSE) |
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