RELATÓRIO PARCIAL DE PROJETO DE PESQUISA AGRONÔMICA – C1

Projeto AGRISUS No: 2563/18

Título da Pesquisa: Sistema de plantio direto e manejo de resíduos na cana-de-açúcar:

avaliação da qualidade física do solo por múltiplos indicadores

Responsável: Prof. Dr. Maurício Roberto Cherubin

Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” / Universidade de São Paulo

(ESALQ/USP), Piracicaba – SP. E-mail – cherubin@usp.br

Vigência do Projeto: 01/12/2018 a 01/12/2020

APRESENTAÇÃO DO PROJETO (Síntese)

A degradação física do solo em áreas cultivadas com cana-de-açúcar afeta a

produtividade da cultura e ameaça a sustentabilidade do sistema de produção. A transição

da colheita manual para a colheita mecanizada tem proporcionado inquestionáveis

benefícios socioambientais; entretanto, a introdução da colheita mecanizada baseada no

intensivo tráfego de máquinas também intensificou problemas relacionados à

compactação do solo (Cherubin et al., 2016; Júnnyor et al., 2019) e a consequente

degradação das funções físicas do solo e seus serviços ecossistêmicos associados.

Desta forma, historicamente, o preparo convencional do solo tem sido realizado

antecedendo o plantio ou a renovação do canavial com o intuito de atenuar a compactação

do solo e promover condições físicas adequadas ao estabelecimento e crescimento da

cultura. No entanto, diversos estudos (e.g., Barbosa et al., 2019) têm evidenciado que os

benefícios do preparo convencional induzidos pelo revolvimento mecânico do solo são

pouco persistentes, e no médio-longo prazo, o solo torna-se suscetível à compactação e

degradação física ainda mais intensas. Em vista disso, a adoção de sistemas

conservacionistas como o sistema plantio direto (PD) e o preparo reduzido, em

substituição ao preparo convencional, pode ser uma estratégia viável para preservar a

qualidade física do solo (Blanco-Canqui e Ruis, 2018; Barbosa et al., 2019), uma vez que

a mobilização do solo é concentrada no sulco de plantio e os resíduos vegetais (palhada)

permanecem recobrindo a superfície do solo. No entanto, a adoção do PD ainda é

desafiadora em áreas de cana-de-açúcar.

A manutenção da palha na superfície do solo é um dos pilares do SPD. No entanto,

nos últimos anos, há um crescente interesse da indústria em utilizar pelo menos parte da

palha deixada sobre a superfície do solo para a cogeração de bioeletricidade ou produção

de etanol celulósico (Carvalho et al., 2017). Todavia, apesar deste potencial uso industrial,

a remoção indiscriminada da palha pode afetar negativamente diversas funções e serviços

fornecidos pelo solo (Cherubin et al., 2018), incluindo a perda da funcionalidade física

do solo nestas áreas (Castioni et al., 2018; Castioni et al., 2019). Com isso, a ação

combinada de um sistema de produção altamente mecanizado com a remoção da palha

pode inviabilizar a adoção de sistemas conservacionistas como o PD.

Baseado nessa problemática, este projeto está testando as hipóteses de que a

qualidade física do solo ao longo do ciclo (cinco cortes) sob PD é similar àquela sob

preparo convencional, dando suporte a utilização do PD, especialmente associado ao

controle de tráfego, para a produção sustentável da cultura de cana-de-açúcar sem redução

na produtividade. A segunda hipótese testada é que a remoção total da palha torna o solo

mais susceptível a degradação física, refletindo em menor produtividade da cultura. Para

tanto, dois experimento de longa duração (solo argiloso – Quirinópolis/GO e solo arenoso

– Quatá/SP) estão sendo avaliados, por meio de múltiplos indicadores e técnicas, para

verificar o impacto de diferentes sistemas de preparo e manejo de resíduos culturais da

cana-de-açúcar na qualidade física do solo e produtividade da cultura.

1. RELATÓRIO DE ANDAMENTO DAS ATIVIDADES

Desde o início do projeto, em dezembro de 2018, diversas atividades de campo e

laboratório estão sendo desenvolvidas, conforme previsto no cronograma. A avaliação

dos impactos dos sistemas de preparo de solo e remoção da palha na qualidade física do

solo está sendo realizada por meio de múltiplos indicadores e técnicas analíticas. Estes

indicadores incluem deste métodos visuais (e.g., Visual Evaluation of Soil Structure -

VESS) que permitem uma avaliação semi-quantitativa em uma macroescala (centímetros

– amostra de ~5000 cm-3), métodos quantitativos tradicionalmente avaliados em

laboratório (e.g., densidade, porosidade, resistência a penetração, intervalo hídrico ótimo)

em amostras indeformadas (~100 cm3) e por fim, métodos de imageamento, como a

micromorfologia do solo, que busca entender como as variações induzidas pelo manejo

ocorrem na microescala (mm-µm).

Adicionalmente, a produtividade da cana-de-açúcar vem sendo quantificada

nestes experimentos visando em um segundo momento, buscar correlacionar estes dados

com a qualidade física do solo.

O andamento das diferentes avaliações está descrito detalhadamente nas

subseções à seguir.

1.1 Avaliação visual da estrutura do solo

No experimento de Quirinópolis – GO, solo argiloso, foi realizada a avaliação

visual do solo usando o método Visual Evaluation of Soil Structure (VESS) descrito por

Guimarães et al. (2011), no momento da colheita da cana-de-açúcar. Na entrelinha da

cultura foi aberta uma mini trincheira (30 x 30 x 30 cm) com o auxílio de uma pá de corte,

e retirado um bloco de solo indeformado (20 x 25 x 10 cm) de uma das paredes da

trincheira (Fig. 1a). As amostras foram transferidas para bandejas de plástico, onde

manualmente os agregados foram expostos, rompendo-os em suas fraturas naturais (Fig.

1b). As camadas com estrutura contrastante foram identificadas, medidas e atribuídas

escores (variando de 1 a 5) de acordo com os critérios, descrições e fotos contidas na carta

do VESS (Guimarães et al., 2011) (Fig. 1c).

O escore geral da amostra foi calculada através da média ponderada baseada no Sq

atribuído à cada camada e sua profundidade (Equação 1):

𝑉𝐸𝑆𝑆 𝑆𝑞 = ∑𝑆𝑞𝑖 𝑃𝑖

𝑃𝑇

𝑛

𝑖=1

(Eq. 1)

onde: VESS Sq = Sq geral da amostra; Sqi = Sq da camada; Pi = profundidade camada

identificada; PT = profundidade total da amostra.

Além disso, foram calculados escores ponderados para as camadas 0-10 e 10-20

cm, e apresentada a espessura original das camadas contrastantes observadas no campo.

Fig. 1. Avaliação de estrutura do solo utilizando o VESS em diferentes manejos de

remoção de palha em Quirinópolis – GO, em que a) amostragem do bloco; b) avaliação

das amostras, c) detalhe de uma amostra após avaliação onde foi identificada camadas

com estrutura contratante.

Os resultados preliminares indicaram que o VESS foi sensível e eficiente para

detectar alterações na estrutura do solo induzidas pelo preparo do solo e manejo de

remoção de palha em área de cultivo de cana-de-açúcar. Após a colheita da 4ª soqueira,

áreas sob sistema de preparo convencional e direto apresentaram qualidade estrutural do

solo similares (Fig. 2), concordando com resultados recentes reportados por Barbosa et

al. (2019). Em ambos os sistemas, observou-se escores do VESS superiores à 3, indicando

ambiente restritivo ao crescimento radicular, especialmente em profundidades abaixo de

10 cm. Por outro lado, na área sob plantio direto sem tráfego desde o plantio (PDTR)

observou-se uma “recuperação” da qualidade estrutural do solo, evidenciado por meio de

escores do VESS inferiores a 3 (escore médio = 2,6). Esses resultados indicam claramente

dois aspectos chaves: i) o efeito deletério do tráfego de máquinas nas áreas de cana-de-

açúcar, concordando com a literatura (e.g., Cherubin et al., 2016; Esteban et al., 2019;

Júnnyor et al., 2019); ii) efeito combinado da ação das raízes e presença da palhada (ação

mecânica e entradas de carbono) e atividade biológica na melhoria do ambiente físico do

solo (e.g., Castioni et al., 2018; 2019).

A B

B

C

B

Fig. 2. Avaliação de estrutura do solo utilizando o VESS em diferentes sistemas de

preparo de solo em Quirinópolis – GO, sendo a) escores ponderados por camadas; b)

escore total, c) espessura e escores das camadas medidas no campo. VESS = 3 é considerado

um limite crítico. PC, preparo convencional; PD, plantio direto; PDTR, plantio direto com trafego reduzido.

*Médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si de acordo com o Teste de Tukey (p <0,05); ns =

não significativo

Especificamente em relação à remoção da palha, observou-se incremento da

degradação da estrutura do solo (maiores escores) à medida que aumenta a remoção da

2.3 2.7 1.93.4 4.1 3.10

1

2

3

4

5

PC PD PDTR

VE

SS

(S

q)

Sistemas de preparo do solo

0-10 cm >10 cm

bab

a

ab* a

b

3.0 3.6 2.6

PC PD PDTR

Sistema de preparo do solo

0-25 cm

b

aab

2.3 2.71.9

3.7 4.33.6

-25

-20

-15

-10

-5

0

PC PD PDTR

Pro

fun

did

ad

e (c

m)

Sistema de preparo do solo

Segunda camada

Primeira camada

palha, apesar da ausência de diferenças estatísticas (p >0,05) (Fig. 3a). Os escores

atingiram valores >3 para camada (0-25 cm), nos tratamentos com 50 e 100% de remoção

da palha (Fig. 3b).

Fig. 3. Avaliação de estrutura do solo utilizando o VESS em diferentes manejos de

remoção de palha em Quirinópolis – GO, em que escores ponderados por camadas; b)

escore total, c) espessura e escores das camadas medidas no campo. VESS = 3 é considerado

um limite crítico. *Médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si de acordo com o Teste de Tukey

(p <0,05); ns = não significativo

2.3 2.6 3.03.4 4.0 4.10

1

2

3

4

5

0 50 100

VE

SS

(S

q)

Taxa de remoção de palha (%)

0-10 cm >10 cm

ns

ns

3.0 3.5 3.6

0 50 100

Taxa de remoção de palha (%)

0-25 cm

ns

2.3

1.9 2.3

3.7

4.0 4.1

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 50 100

Pro

fun

did

ad

e (c

m)

Taxa de remoção de palha (%)

Segunda camada

Primeira camada

Além disso, os resultados mostram que a remoção da palha induz uma redução da

espessura da camada superficial com melhor estrutura. Solo com 0% remoção teve a

primeira camada com cerca de 12 cm, enquanto com 50 e 100% de remoção este valor

reduziu para cerca de 7 cm (Fig. 3c). Estes dados estão alinhados com recentes achados

de Castioni et al. (2018) e Castioni et al. (2019) que indicaram degradação física do solo

em virtude da remoção excessiva da palha.

1.2. Estabilidade de agregados

Da mesma mini-trincheira onde foi realizado o VESS, foram coletadas amostras

de solo semi-deformado para realização da avaliação da estabilidade de agregados do

solo. Os monólitos do solo foram secos ao ar e posteriormente passados por peneiras para

obter agregados de solo com diâmetros entre 4,75 e 8 mm. As avaliações seguiram a

metodologia descrita por Kemper e Chepil (1965), que utiliza uma amostra de 50 g de

solo seco ao ar umedecido por capilaridade por 10 minutos. Posteriormente, essas

amostras foram transferidas para um conjunto de peneiras em oscilação vertical

(peneiramento do tipo Yoder) em água por 15 minutos. Os agregados foram separados

nas seguintes classes: C1 (9,52-4,76 mm), C2 (4,76-2,0 mm), C3 (2,0-1,0 mm), C4 (1,0-

0,5 mm), C5 (0,5-0,25 mm) e C6 (<0,25 mm). O conteúdo de cada peneira foi seco ao ar

a 105 ºC por 24 h e pesado. A estabilidade do agregado do solo para cada amostra é então

expressa pelo diâmetro médio ponderado (DMP, mm) usando a Equação 2:

𝐷𝑀𝑃 = ∑ 𝑥�̅� × 𝑤𝑖𝑛𝑖=1 Eq. (2)

onde, 𝑥�̅� é o diâmetro médio (mm) da fração de tamanho e 𝑤𝑖 é o peso de cada fração de

tamanho dos agregados da amostra total.

De forma geral, os resultados preliminares evidenciaram que após quatro cortes

da cana-de-açúcar, o PC resultou em menor estabilidade agregada do solo. Os dados do

solo argiloso permitem observar que os sistemas PDTR e PD tendem a aumentar o DMP

de agregados em relação ao PC, tanto na camada superficial (0-5 cm) quanto em

profundidade (10-20 e 20-40 cm), porém, estas alterações não foram detectadas pela

comparação estatística. O efeito do preparo foi mais pronunciado no solo arenoso

resultando em diferenças significativas no DMP dos sistemas PDTR e PD em relação ao

PC, nas camadas mais profundas do solo (10-20 e 20-40 cm).

Fig. 4. Efeitos cumulativos após quatro cortes da cana-de-açúcar do emprego de sistemas

de preparo do solo (PDTR – plantio direto com tráfego reduzido; PD – plantio direto e

PC – plantio convencional), no diâmetro médio ponderado de agregados (DMP, mm) em

solos argilosos (A) e arenosos (B) nas camadas de 0,0-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-

0,40 m. As médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si de acordo com o teste de Tukey (p

<0,05). ns = não significativo.

A menor estabilidade de agregados do solo demonstrada no PC não decorre

somente do preparo do solo, mas também dos tipos de solo considerados, uma vez que os

solos argilosos apresentam maior resiliência física do que os arenosos, principalmente

pelo conteúdo inicial de carbono orgânico (Fig. 4). Sendo assim, a intensa mobilização

no preparo convencional faz com que parte do carbono do solo seja exposto e degradado

reduzindo a estabilidade estrutural do solo, e por isso esse tipo de preparo pode não

suportar melhorias na estrutura do solo no médio e longo prazo (Barbosa et al., 2018;

Cury et al., 2014; Segnini et al., 2013). Os resultados demonstram ainda que a adoção do

manejo do plantio direto (PD) pode melhorar a estrutura do solo a longo prazo (Fig. 4),

garantindo uma melhor qualidade física (Reichert et al., 2016). Isso porque a ausência de

preparo do solo e a disponibilidade de resíduos aumenta a atividade biológica e

decomposição de detritos no solo, aumentando o conteúdo de carbono orgânico. No

entanto, o aumento gradativo da compactação do solo pode diminuir os beneficios

associados ao PD. Portanto, é necessário alterar as zonas de tráfego de máquinas no

campo para evitar o casualização do tráfego. Com isso o incremento gradual de C em

associação a baixas perturbações físicas, além de regenerar naturalmente o solo, gera um

ciclo de retroalimentação das pontes entre as unidades agregadas, aumentando a

estabilidade estrutural do solo, como pode ser verificado no sistema PDTR (Fig. 4). Neste

caso, é esperado que as forças de ligação aumentem com o tempo, e o solo adquira uma

estrutura composta por agregados mais densos e resistentes, com fortes ligações entre si.

Em relação à agregação do solo com a remoção de palha, os resultados

demonstraram que o tratamento com 100% de palha aumentou significativamente o DMP

de agregados em relação ao tratamento com 0% de palha nas camadas superficiais (0-5 e

5-10 cm), e em profundidade (20-40 cm) os tratamentos com 100% e 50% diferiram do

0% de palha (Fig. 5). Verifica-se que a remoção intensiva de palha (ou seja, 50% e 0%)

reduziu o DMP dos agregados do solo (Fig. 5). Esses resultados estão alinhados com

outros indicadores de qualidade estrutural do solo medidos nesse estudo, como por

exemplo o VESS, e resultados reportados por Castioni et al. (2019) os quais indicaram

que houve degradação física do solo em virtude da remoção excessiva da palha. Isso se

deve em grande parte a redução no conteúdo de carbono orgânico, que acarreta em perda

da estabilidade estrutural do solo.

Fig. 5. Efeitos cumulativos da remoção da palha da cana-de-açúcar (100% de palha;

remoção de 50% e remoção total - 0%) após quatro cortes de cana-de-açúcar no diâmetro

médio do ponderado de agregados do solo (DMP, mm) em solo argiloso nas camadas de

0,0-0,05, 0,05-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,40 m. As médias seguidas pela mesma letra não diferem

entre si de acordo com o teste da Tukey (p <0,05). ns = não significativo.

O C do solo desempenha múltiplas funções nos processos de agregação (Tisdall e

Oades, 1982), melhorando a estrutura do solo e resultando em feedbacks positivos sobre

várias funções físicas e serviços ecossistêmicos (Rabot et al., 2018). Portanto, nossos

resultados confirmam que a remoção indiscriminada de palha por anos consecutivos leva

o solo a um círculo vicioso, onde a redução da entrada de resíduos diminui os estoques

de C, reduz a estabilidade dos agregados e consequentemente leva a uma degradação

progressiva da estrutura do solo.

1.3 Análise micromorfológica

A análise micromorfológica também está sendo conduzida no experimento de

Quirinópolis – GO. De uma das paredes da mini-trincheira utilizadas para a avaliação do

VESS foram coletados blocos com estrutura preservada (7 x 12 x 5 cm) nas camadas de

0-12 e 12-24 cm (Fig. 6), para análise micromorfológica. As amostras foram

cuidadosamente acondicionadas em caixas de papel específicas para transporte até o

laboratório de micromorfologia da ESALQ.

Fig. 6. Coleta dos blocos (7 x 12 x 5 cm) para avaliação micromorfológica do solo.

No laboratório, as amostras foram impregnadas com uma resina poliéster não-saturada

(Crystic SR 17449), misturada com pigmento fluorescente (para permitir a distinção dos

poros e partículas sólidas do solo quando iluminados com luz ultravioleta) e um

catalizador para endurecimento da solução. Após secagem, foram feitos blocos polidos e

lâminas para uma avaliação micromorfológica do solo. O procedimento para avaliação

dos blocos polidos, conforme descrito em detalhes por Castro e Cooper (2019), envolve

marcá-los para obtenção de fotomicrografias usando lupa, e avaliá-los utilizando software

especializado (Fig. 7).

Fig. 7. Procedimento de obtenção de fotomicrografias para quantificação da porosidade

do solo.

Até o presente momento, os blocos - confeccionados com 1 cm de espessura -

estão sendo utilizados para quantificação da área de poros do solo. Fotografias dos blocos

inteiros foram obtidas utilizando uma câmara digital convencional em um tripé, com os

blocos iluminados por luz ultravioleta. Além disso, em cada bloco foram obtidas de 15 a

23 microfotografias (1,12 cm2) digitalizadas em 1024 x 768 pixels com uma câmera

digital acoplada a uma lupa binocular com aumento de 10 vezes.

Em análise visual preliminar dos blocos e microfotografias obtidas observa-se

maior macroporosidade e existência de grande quantidade de bioporos de diferentes tipos

nos tratamentos com PD e PDTR, em relação ao PC, principalmente na camada de 0-12

cm (Fig. 8). Em relação às avaliações de quantidades de palha mantidas sobre o solo, nos

tratamentos com maior quantidade de palha a macroporosidade está aparentemente mais

preservada (Fig. 9), e a presença de bioporos dendríticos (abertos por raízes) é mais forte.

Estas avaliações visuais estão de acordo com a hipótese testada, porém não são suficientes

para articular uma conclusão, que será obtidas a partir dos dados quantitativos das análises

de imagens, nas próximas etapas do processo.

Fig. 8. Fotografias dos blocos (A) e respectivas fotomicrografias (B) referentes à camada

0-12 cm dos tratamentos de sistemas de preparo de solo. PDTR = plantio direto com

tráfego reduzido; PD = plantio direto; PC = plantio convencional.

Fig. 9. Fotografias dos blocos (A) e respectivas fotomicrografias (B) referentes à camada

0-12 cm dos tratamentos de manejo de resíduos culturais. PC = plantio convencional;

100%, 50% e 0% referem-se à taxa de remoção de palha.

Na próxima etapa de análises, estas imagens coloridas obtidas na lupa serão

convertidas em uma forma binária (preto e branco) utilizando o software Noesis Visiolog

5.4. A partir destas imagens binarizadas será possível obter as variáveis da imagem e dos

objetos (solo e porosidade).

A análise da área ocupada por poros, tamanho de poro (pequeno, médio e grande)

e tipos de poros (arredondados, alongados ou complexos) será realizado por meio do

software Soil Pore Image Analysis – SPIA, descrito por Cooper et al. (2016). Cada

microfotografia será quantificada separadamente, como subamostras de cada bloco. Por

fim, as informações serão analisadas em conjunto para caracterização dos blocos.

Finalmente os resultados permitirão compreender não apenas o efeito dos sistemas de

preparo e remoção de palha na volume de poros, mas também a funcionalidade deste

sistema poroso do solo.

1.4 Parâmetros físicos quantitativos e intervalo hídrico ótimo (IHO)

Nos solos arenoso e argiloso, em cada repetição dos tratamentos PDTR, PD e PC,

foram coletadas 10 amostras indeformadas na camada 0-10 cm, totalizando 40 amostras

por tratamento, conforme sugerido em Tormena et al. (2017). As amostras indeformadas

foram saturadas por meio da elevação gradual de uma lâmina de água e em seguida

submetidas às tensões de 2, 4, 10, 33, 50, 100, 500 e 1500 kPa em mesa de tensão e

câmaras de Richards com placas porosas (Silva et al., 1994). Ao atingirem o equilíbrio

em cada tensão, as amostras foram pesadas e em seguida foi feita a determinação da

resistência do solo à penetração. Para a determinação da RP foi utilizado um penetrômetro

eletrônico com velocidade constante de 1,0 cm min-1, equipado com uma célula de carga

de 200 N, haste com cone de 4,0 mm de diâmetro de base e semi-ângulo de 30º, receptor

e interface acoplado que computa a leitura da resistência à penetração e o tempo de

medição por meio de um software próprio do equipamento conforme descrito por

Tormena et al. (1999). Em seguida, as amostras foram secas em estufa a 105°C por 24

horas. O teor de água no solo, em base volumétrica, foi quantificado pelo quociente do

volume de água retida na amostra em cada tensão e o volume do solo de cada amostra. A

densidade do solo (Ds) foi obtida pela relação entre a massa de solo seco e volume da

amostra (Teixeira et al., 2017). Os dados de RP foram ajustados em função da Ds e da

umidade volumétrica (𝜃) usando o modelo não linear proposto por Busscher (1990),

representado por (Equação 3):

𝑅𝑃 = 𝑎 ∗ 𝐷𝑠𝑏 ∗ 𝜃𝑐 Eq. (3)

em que RP = resistência do solo à penetração (MPa); Ds = densidade do solo (Mg m-3); θ

= conteúdo volumétrico de água do solo (m3 m-3); e a, b e c = coeficientes do modelo. A

curva de retenção de água no solo e relaciona potencial matricial, umidade volumétrica e

densidade do solo foi ajustada ao modelo (Equação 4) utilizado por Tormena et al. (1998):

𝜃 = exp(𝑎 + 𝑏 ∗ 𝐷𝑠) ∗ 𝛹𝑐 Eq. (4)

em que: θ = conteúdo volumétrico de água (m3 m-3), Ψ = potencial matricial (MPa); Ds =

densidade do solo (Mg m-3); e a, b, c = coeficientes de ajuste do modelo.

O IHO será determinado adotando os procedimentos descritos por Tormena et al.

(1998). Os valores críticos de umidade associados com o potencial mátrico, resistência

do solo à penetração e porosidade de aeração são, respectivamente: a capacidade de

campo (θCC) ou conteúdo de água estimado no potencial de -0,01 MPa (Reichardt, 1988);

o ponto de murcha permanente (θPMP) ou conteúdo de água no potencial de -1,5 MPa

(Savage et al., 1996); o conteúdo de água no solo em que a resistência do solo à penetração

(θRP) atinge 2,0 MPa (Taylor et al., 1966) e o conteúdo de água do solo em que a

porosidade de aeração (θPA) é de 0,10 m3 m-3 (Grable e Siemer, 1968). Os valores de θCC

e θPMP foram obtidos nos potenciais de -0,01 e -1,5 MPa, utilizando a equação 5 e os

valores de θRP em que ocorre resistência à penetração de 2,0 MPa foram obtidos por meio

da equação 4. O valor de θPA, em que a porosidade de aeração é de 0,10 m3 m-3, foi

estimado por [(1-Ds/Dp)-0,1], sendo Dp a densidade de partículas do solo. A densidade

de partícula foi medida pelo método do balão volumétrico (Teixeira et al., 2017). O IHO

foi calculado como a diferença entre o limite superior e inferior dos conteúdos de água: o

limite superior é o menor valor de θ considerado na capacidade de campo ou na

porosidade de aeração de 10%; o limite inferior é o maior valor de θ considerado, em que

a resistência do solo à penetração atinge 2,0 MPa ou o valor de θ no ponto de murcha

permanente (Ψ=-1,5 MPa). A densidade do solo crítica ao crescimento e desenvolvimento

das plantas (DSC) foi considerada como o valor de Ds em que o IHO=0.

Até o momento alguns dos indicadores físicos do solo que integram o modelo do

IHO já foram analisados. Os resultados do solo arenoso evidenciam de forma preliminar,

que o emprego do sistema PC após quatro cortes, apresentou valores mais elevados de Ds

(Mg m-3) do que os sistemas PDTR e PD, respectivamente. Em decorrência dos aumentos

na Ds, a porosidade total do solo foi afetada com padrão inverso (ou seja,

PC<PD<PDTR), chegando a valores médios no PC de 29,44 m3m-3, no PD de 31,60 m3m-

3 e no PDTR de 33,25 m3m-3 (Fig. 10).

Fig. 10. Efeitos cumulativos após quatro cortes da cana-de-açúcar do emprego de

sistemas de preparo do solo (PDTR – plantio direto com tráfego reduzido; PD – plantio

direto e PC – plantio convencional) na densidade do solo (Mg m-3) e porosidade total do

solo (m3m-3) em solo arenoso na camada de 0,0-0,10 m.

Os parâmetros físicos medidos no solo arenoso (Ds, Mg m-3 e PT, m3m-3) podem

fornecer informações importantes sobre o estado de qualidade física do solo, uma vez que

a densidade e porosidade do solo são tomados como limites no modelo do IHO. Sendo

assim, espera-se que a restrição da água disponível no solo irá ocorrer de acordo com

valores crescentes de densidade e decrescentes de porosidade total do solo.

Por fim, para a próxima etapa as análises dos atributos físicos (densidade do solo,

porosidade do solo, resistência do solo à penetração e do conteúdo volumétrico de água)

em solo arenoso e argiloso serão finalizadas e os dados gerados serão integrados no

modelo do IHO. Dessa forma será possível caracterizar os limites críticos dos atributos

físicos que impõem restrições ao IHO em perspectiva do preparo do solo, após quatro

cortes da cana-de-açúcar.

1.5 Estoque de carbono do solo

Em ambas as áreas de estudo, Quirinópolis (solo argiloso) e Quatá (solo arenoso)

foram coletadas amostras de solo logo após a colheita da cana-de-açúcar para determinar

os estoques de carbono do solo. As amostras deformadas e indeformadas foram coletadas

na parede das mini trincheiras utilizadas para as amostragens e avaliações dos parâmetros

físicos do solo. As amostras foram estratificadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm. Os teores

de C do solo foram determinados por combustão a seco em analisador elementar (1350

°C em oxigênio puro). A densidade do solo foi calculada pelo relação entre a massa de

solo seco e o volume do cilindro. Desta forma, foram calculados os estoques de C do solo,

utilizando a Equação 5.

𝐸𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒 𝐶 = 𝐶 𝑥 𝐷𝑠 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑓 Eq. (5)

em que: estoque de carbono será expresso em Mg ha-1; C = teor de carbono em %; Ds =

densidade do solo (Mg m-3); Prof = espessura da camada amostrada em cm. Os estoques

de C dos diferentes usos da terra serão corrigido por massa equivalente (Lee et al., 2009).

Os resultados obtidos indicaram que, independentemente da textura do solo, o

sistema de preparo do solo teve pouca influência nos estoques de C, com leves alterações

significativas detectadas apenas na camada 20-30 cm (Fig. 11a,c). Na camada 0-30 cm,

observarmos pequeno decréscimo no PC em relação ao PD e PDTR, convergindo com a

hipótese do projeto e recentes dados reportados por Tenelli et al. (2019). Apesar disso,

essas variação não foram suficientes para diferir estatisticamente, fato que deve ocorrer

de forma mais expressiva no longo prazo (vários ciclos de cultura).

O efeito da remoção de palha foi consistente para ambas as áreas de estudo. A

remoção de palha promoveu redução nos estoques de C da camada superficial do solo,

zona de maior influência deste manejo (Fig. 11b,d). No solo arenoso estes efeitos foram

mais expressivos comparado ao solo argiloso, refletindo em variações no estoque de 0-

30 cm. Estes resultados corroboram dados prévios reportados por Bordonal et al. (2018)

após dois anos de manejo e dados recentemente apresentado por Tenelli et al. (2019).

Fig. 11. Estoques de carbono do solo (0-10, 10-20 e 20-30 cm) em experimento de solo

solo argiloso (A e B) e solo arenoso (C e D) com diferentes preparos do solo (A e C) e

taxas de remoção de palha (B e D). PDTR = plantio direto com tráfego reduzido; PD = plantio

direto; PC = plantio convencional. *Médias seguidas pela mesma letra minúsculas não diferem

entre si, dentro da mesma camada, e maiúsculas não diferem entre si no somatório das camadas,

de acordo com o Teste de Tukey (p<0,05) ns = não significativo. Barras com tom de cinza escuro,

intermediário e claro, se refere as camadas de 0-10, 10-20 e 20-30 cm, respectivamente.

ns

ns

ab*a

b

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PC PD PDTR

Est

oq

ue

de

C d

o s

olo

(M

g h

a-1

)

A

NS

bab a

ns

ns

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100 50 0

B

NS

ns

ns

abb a

0

5

10

15

20

25

PC PD PDTR

Est

oq

ue

de

C d

o s

olo

(M

g h

a-1

)

Sistema de preparo do solo

C

NS

cb a

ns

ns

0

5

10

15

20

25

100 50 0

Taxa de remoção de palha (%)

D

B

AA

1.6 Produtividade da cana-de-açúcar

A produtividade de cana-de açúcar foi avaliada nos dois locais de estudo na safra

2017/2018. A colheita foi mecanizada com auxílio de transbordo instrumentado com

célula de carga em Quirinópolis (Fig. 12a) e caminhão instrumentado em Quatá (Fig.

12b).

Fig. 12. Colheita da cana-de-açúcar realizada em 2018 nos experimentos de Quirinópolis

(a) e Quatá (b).

A

B

A produtividade da cana-de-açúcar foi substancialmente reduzido com a remoção

de palha no solo argiloso, indicando que a manutenção de 100% (NR) de palha apresentou

as maiores médias de produtividade, com uma diferença de ~20 Mg em relação a 50% de

remoção (MR) e remoção total (TR) (Fig. 13).

Fig. 13. Produtividade média (5 safras) da cana-de-açúcar sob diferentes taxas de

remoção de palha (100% de remoção TR; 50% de remoção MR e sem total NR) (a) e

sistemas de preparo (NT – plantio direto; CT – preparo convencional) (b) em solo argiloso

e arenoso. As médias seguidas pela mesma letra nas barras não diferem entre si, de acordo com o teste

de Tukey (p <0,05).

125132

143

58 60 60

0

20

40

60

80

100

120

140

160

TR MR NR TR MR NRPro

duti

vid

ade

de

colm

o -

med

ia (

Mg h

a-1)

TR MR NR

ns

B

ArenosoArgiloso

B

A

137130

59 60

0

20

40

60

80

100

120

140

160

NT CT NT CT

Pro

duti

vid

ade

de

colm

os

-m

édia

(M

g h

a-1)

CT

NT

B

ns

A

ArenosoArgiloso

Os efeitos da remoção de palha no rendimento da cana-de-açúcar mostram que a

manutenção da palha na superfície do solo argiloso foi crucial para a manutenção de altos

níveis de produção da cana-de-açúcar, preservando a umidade do solo, especialmente em

um estágio inicial do crescimento da cultura, levando em consideração que a colheita

nessa região (Quirinópolis-GO) é realizada no período de baixa precipitação (Julho).

Esses resultados convergem com estudos conduzidos por Tenelli et al. (2019) e Carvalho

et al. (2019).

O baixo rendimento da cana-de-açúcar, devido à remoção da palha da cana-de-

açúcar, é explicado pelas condições incomparáveis das soqueiras de regenerar e absorver

água/nutrientes após a colheita (Aquino et al., 2017). O solo coberto com palha recicla os

nutrientes do ciclo anterior e continua nutrindo a planta até os maiores estágios de

crescimento, além de diminuir a evaporação da água, o que aumenta a eficiência do uso

de água nas camadas superficiais do solo (Cheong et al., 2016), onde a maior quantidade

de raízes de cana-de-açúcar é obtida.

No solo arenoso, apesar de verificar-se uma redução na produtividade em função

da remoção da palha este impacto foi bastante sutil não sendo estatisticamente

significante (Fig. 13a).

O sistema de plantio direto proporcionou incremento na produtividade média do

ciclo em relação ao sistema com preparo convencional no solo argiloso e manteve similar

produtividade no solo arenoso (Fig. 13b). Estes resultados são muito promissores pois

evidenciam que o sistema plantio direto é uma estratégia viável em cana-de-açúcar

(Barbosa et al., 2019; Tenelli et al., 2019), permitindo no mínimo manter a produtividade

da cultura, e ao mesmo tempo provisionar benefícios ambientais (e.g., sequestro de C) e

socioeconômico (e.g., redução do custo operacional).

Como próximos passos, buscara-se entender as relações entre a qualidade física

do solo e o comportamento da cana-de-açúcar submetida a remoção de palha em

diferentes condições edafoclimáticas e sistema de preparo, e auxiliaram no suporte de

estratégias voltadas a remoção de palha para a produção de bioenergia, assegurando a

qualidade do solo e a produtividade da cana-de-açúcar.

2. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO

As atividades do projeto iniciadas em 01 de dezembro de 2018 estão transcorrendo

dentro do cronograma original (Quadro 1), destacando em verde as atividades já

executadas.

Atividade

2018* 2019 2020

Sem

II

Sem I Sem II Sem I Sem II

Revisão de literatura x x x x x

Preparação do material para amostragens e

colheita

x

Colheita do experimento x

Amostragem de solo (amostras deformadas,

semi-deformadas, indeformadas)

x

Avaliações diretamente no campo (infiltração

de água, umidade, RP e VESS)

x x

Análises laboratoriais (porosidade, densidade,

água disponível, analise de imagem, C,

estabilidade de agregados) e IHO

x x

Desenvolvimento do índice de qualidade do

solo - i) Seleção de indicadores; ii)

Interpretação dos indicadores; iii) Integração

dos indicadores

x

Análise dos dados x x

Redação de artigos técnico-

científicos/participação em eventos

x x

Redação de relatório parcial e final x x

* 2018 refere-se apenas ao mês de Dezembro.

3. DIVULGAÇÃO DAS INFORMAÇÕES

O conhecimento e informações geradas pelo projeto têm sido disseminadas por

meio de colaboração na redação de artigos científicos, aulas ou mesmo palestras em

eventos técnicos-científicos, sendo reconhecendo o apoio da Fundação Agrisus no

desenvolvimento da pesquisa.

Artigos científicos -

Barbosa LC, Magalhães PSG, Bordonal RO, et al (2019) Soil physical quality

associated with tillage practices during sugarcane planting in south-central Brazil. Soil

and Tillage Research 195:104383. doi: 10.1016/j.still.2019.104383

Castioni GAF, Cherubin MR, Bordonal RDO, et al (2019) Straw Removal Affects

Soil Physical Quality and Sugarcane Yield in Brazil. BioEnergy Research. doi:

10.1007/s12155-019-10000-1

Apresentação de palestra –

Palestra sobre qualidade física do solo para cana-de-açúcar proferida no IX Simpósio de

tecnologia de produção de cana-de-açúcar em julho de 2019.

Aulas –

Material didático para aulas de manejo do solo lecionadas na ESALQ/USP

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O projeto tem revelado os impactos de sistemas de preparo, tráfego e manejo da

palha na qualidade físicas do solo e seus efeitos na produtividade das plantas. A qualidade

física do solo está sendo investigada por múltiplas abordagens, incluindo indicadores

visuais à campo, imageamento 2D, quantitativos dinâmicos e indicadores complexos que

envolvem diferentes propriedades do solo. As abordagens utilizadas variam em escala e

funcionalidade, permitindo compreender as variações na qualidade física do solo

induzidas pelo manejo do solo e dos resíduos culturais.

Os resultados preliminares são bastante promissores e espera-se que com o

avançar do projeto possa-se identificar estratégias de manejo mais sustentáveis para a

produção de cana-de-açúcar no Centro-Sul do Brasil.

5. REFERÊNCIAS

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Piracicaba - SP, 01 de outubro de 2019.

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Prof. Dr. Maurício Roberto Cherubin

Responsável do Projeto