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Soil organic matter and nutrient pools under long-term non-burning management of sugar cane

Authors

  • L. P. Canellas,

    1. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF)- Centro de Ciência e Tecnologia Agropecuária (CCTA), Laboratório de Solos (LSOL), Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
    2. Núcleo de Desenvolvimento de Insumos Biológicos para a Agricultura, Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
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  • J. G. Busato,

    1. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF)- Centro de Ciência e Tecnologia Agropecuária (CCTA), Laboratório de Solos (LSOL), Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
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  • L. B. Dobbss,

    1. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF)- Centro de Ciência e Tecnologia Agropecuária (CCTA), Laboratório de Solos (LSOL), Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
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  • M. A. Baldotto,

    1. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF)- Centro de Ciência e Tecnologia Agropecuária (CCTA), Laboratório de Solos (LSOL), Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
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  • V. M. Rumjanek,

    1. Departamento de Química da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, Rio de Janeiro, Brazil
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  • F. L. Olivares

    Corresponding author
    1. UENF-Centro de Biociências e Biotecnologia (CBB) Laboratório de Biologia Celular e Tecidual (LBCT), Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
    2. Núcleo de Desenvolvimento de Insumos Biológicos para a Agricultura, Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes 28602-013, Brazil
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F. L. Olivares. E-mail: fabioliv@uenf.br

Abstract

We employed CP/MAS 13C NMR spectroscopy and classical humus fractionation to evaluate the behaviour of soil organic matter (SOM) resulting from long-term sugar cane production when harvested without burning. Soil samples were collected at two depths (0–0.2 and 0.2–0.4 m) from a tropical Entisol cropped with sugar cane for 55 years at Campos dos Goytacazes (Brazil), either with or without burning crop residues when harvesting. Continuous incorporation of sugar cane residues increased carbon (C) content and promoted changes in SOM, including increases in humins, humic acids and aromatic C moieties. Sequential extraction methods showed enhanced amounts of available forms of nitrogen (N), sulphur (S) and phosphorus (P). Moreover, 31P NMR analysis revealed an increase in organic P as diester phosphates of plant origin in the humic acids fraction. The increased macronutrient bioavailability of labile forms of N, P and S could be partially related to the more hydrophobic nature of SOM observed in soil samples collected from areas that were not burnt. These results show that the long-term non-burning management of sugar cane harvest promotes the hydrophobic character of SOM and a more conservative and sustainable management of soil fertility.

Matière organique du so let stockage de nutriments en manègement de longue durée et pas brûlé de la cane au sucre

Résumé

Le comportement de la matière organique du sol (MOS) a étéévalué sur une plantation de canne à sucre de longue durée, sans brûlis, par spectroscopie CP/MAS 13C NMR et la méthode classique de fractionnement et caractérisation de l’humus. Des échantillons de sol ont été prélevés dans une plantation de canne à sucre en culture continue depuis 55 ans, installée à Campos dos Goytacazes (Brésil) sur un entisol tropical. L’échantillonnage a été réaliséà 0–0.2 m et 0.2–0.4 m de profondeur sur des parcelles sous différents modes de mise en culture: parcelles comportant des récoltes précédées de brûlis des résidus et d’autres sans brûlis. L’incorporation continue des résidus de canne à sucre a provoqué l’augmentation du carbone (C) et des variations de la matière organique du sol (MOS), avec notamment l’augmentation des teneurs en humines, acides humiques et carbone aromatique. Les méthodes d’extraction séquentielle ont permis de détecter l’augmentation des quantités d’azote (N), de soufre (S) et de phosphore (P) disponibles. En outre, l’analyse RMN 31P effectuée sur les fractions d’acides humiques a révélé une augmentation des quantités de phosphore organique sous forme de diester de phosphates d’origine végétale. L’augmentation de la biodisponibilité de macronutriments (formes labiles de N, P et S) pourrait partiellement être attribuée au caractère hydrophobe de la matière organique plus expressif sur les échantillons de sol prélevés dans les parcelles sans brûlis. Ces résultats montrent que la pratique de non-brûlis des résidus, à long terme, dans les plantations de canne à sucre, favorise le caractère hydrophobe de la matière organique du sol provoquant une gestion plus conservatrice et durable de la fertilité des sols.

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