Temporal dynamic of P in different soil management systems in temperate and subtropical climate

Abstract

As perspectivas de aumento da população mundial exigem que a produção de alimentos seja potencializada e melhor distribuída pelo mundo. Uma alternativa sustentável para alcançar altas produções de alimentos é o uso eficiente das áreas já cultivadas. O fósforo (P) é um nutriente essencial para a produção vegetal e suas reservas naturais estão ameaçadas de esgotamento em um futuro próximo. Assim, este trabalho se insere no cenário de aumento da eficiência de fertilizantes, aumento da produção agrícola e manutenção do equilíbrio dinâmico de nutrientes visando a sustentabilidade dos sistemas agrícolas, segurança alimentar e mitigação de mudanças climáticas. Portanto, o objetivo principal desta tese foi estabelecer uma estratégia mais eficaz de fertilização com P no aumento da produção de forragem, manutenção da comunidade de plantas e uso eficiente de P. Bem como, testar o efeito de sistemas de manejo na disponibilidade e esgotamento de P do solo e sua estequiometria com carbono e nitrogênio no solo. Para atingir nossos objetivos, analisamos dois experimentos de longo prazo. O primeiro foi estabelecido em 1997 em uma pastagem natural do bioma Pampa, Rio Grande do Sul, Brasil. O solo da área experimental é pobre em fósforo, com baixos teores totais e disponíveis de P. Neste local foi avaliado o desempenho de diferentes fontes de P por meio do histórico de produção de matéria seca, eficiência de uso de P, alterações botânicas da vegetação, disponibilidade de P no solo e dinâmica das diferentes frações de P do solo. O segundo experimento foi estabelecido em 2005 em um solo agrícola antropizado situado em Lusignan, França. O solo experimental possui altos estoques de P total e disponível devido ao histórico de fertilização anteriores ao experimento. Neste local foi analisado o efeito de longo prazo de dois sistemas de manejo (lavoura permanente e pastagem permanente) por meio da exportação de P, redução do estoque de P, C e N do solo, redução da disponibilidade de P, mudanças na estequiometria C:N:P do solo, alterações nos teores de P contidos na biomassa microbiana do solo e alteração na estequiometria C:N:P e disponibilidade de P em diferentes tamanhos dos agregados do solo. Com isso concluímos que em solos com baixo estoque de P, o uso de fontes solúvel de P (como superfosfato simples e triplo) associado à calagem é a melhor estratégia para melhorar a produção de matéria seca e a eficiência do uso de P no campo nativo do bioma Pampa. 21 Esses fertilizantes levam a uma pequena mudança na riqueza de espécies. Entretanto, houve maior substituição de espécies, principalmente gramíneas tussock e forbes e aumento na contribuição de leguminosas para a produção de forragem. Para manter o rendimento de matéria seca, é necessário um aporte regular de fósforo com no máximo três anos de intervalo. O uso de fosfato natural não melhorou as condições de fertilidade e produção de matéria seca de forma satisfatória. No solo com alto estoque de P, o cultivo permanente de pastagem proporcionou maior redução dos estoques totais e lábeis de P devido à sua maior capacidade de exportar P em comparação ao cultivo permanente com culturas anuais. Esse comportamento proporcionou uma redução nos valores da relação C:N:Po e, consequentemente, um acoplamento entre os ciclos C, N e P no solo. Além disso, observamos que o Pmic é um importante reservatório de P biodisponível em ambos os sistemas de manejo e é responsável por até 47% do conteúdo de P biodisponível (P Olsen) no sistema de manejo com culturas anuais. Pela técnica de 31P-RMN foi observado que o cultivo permanente de pastagem teve um efeito mais significativo na redução do α-glicerofosfato e no aumento de mio-IHP e de monofosfato de adenosina do que culturas anuais.

La perspective d'une augmentation de la population mondiale implique que la production alimentaire soit améliorée et mieux répartie dans le monde. Une alternative durable pour atteindre une production alimentaire élevée est une utilisation efficace des surfaces déjà cultivées. Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel à la production végétale dont les réserves naturelles sont menacées d'épuisement dans les prochaines décennies. Ainsi, ce travail s'inscrit dans le scénario d'augmentation de l'efficacité des engrais et de la production agricole et de maintien de l'équilibre dynamique des nutriments en visant la durabilité des systèmes agricoles, la sécurité alimentaire et la réduction du changement climatique. Par conséquent, l'objectif principal de ces travaux était d'établir une stratégie plus efficace de fertilisation au P pour augmenter la production de fourrage, le maintien de la communauté végétale et l'utilisation efficace du P. De même, nous avons testé l'effet des systèmes de gestion du sol sur la disponibilité et l'épuisement du P dans le sol et sa stoechiométrie avec le carbone et l'azote. Pour atteindre nos objectifs, nous avons analysé deux expériences de long terme. La première a été établie en 1997 dans une prairie naturelle du biome de la Pampa dans l’état du Rio Grande do Sul au Brésil. Le sol du site expérimental est un sol avec de faibles stocks de P total et disponible. Sur ce site, l’effet de différentes sources de P a été testé sur la production de matière sèche, l'efficacité de l'utilisation du P par les plantes et les changements botaniques. Le second site, établi en 2005, est situé sur le site expérimental de l’ORE ACBB de l’INRAE de Lusignan en France. Le sol du site expérimental présentait des stocks élevés de P total et disponible en raison d'une fertilisation historique avant l'expérience. Aucune fertilisation P n’a été réalisée depuis l’installation du site expérimental. Sur ce site, l'effet à long terme de deux systèmes de gestion (culture permanente et prairie permanente) a été mesuré par l'exportation de P, l'épuisement des stocks totaux de P, C et N du sol, le suivi de la disponibilité du P et les changements dans la stoechiométrie C:N:P du sol. La dynamique du P dans la biomasse microbienne du sol et les modifications du couplage P, C et N dans la taille des agrégats du sol ont également été suivies. Nous avons conclu que l'utilisation de sources de P soluble (comme le superphosphate simple et triple) associée au chaulage est une meilleure stratégie pour améliorer la production de matière sèche et l'efficacité d'utilisation du P dans les prairies de la Pampa. Ces engrais ont entraîné un léger changement dans la richesse des espèces ; cependant, il y a eu un plus grand renouvellement des espèces, principalement dans les groupes de graminées et de plantes fourragères et dans la contribution des légumineuses à la production de fourrage. Pour maintenir le rendement en matière sèche, un apport régulier de P, ne dépassant pas trois ans, est nécessaire. L'utilisation de phosphates naturels (roches phosphatées) n'a pas permis d'améliorer la fertilité et la production de matière sèche de manière satisfaisante en raison de leur non-dissolution à long terme (plus de six ans). D'autre part, les prairies permanentes ont entraîné un plus grand épuisement des stocks totaux et P-labile en comparaison des cultures permanentes. De même, les prairies permanentes ont favorisé une transformation du P inorganique en P organique dans le pool le plus labile, accompagnant l'augmentation des stocks de C et de N dans le sol. La technique RMN 31P a permis d'observer que les prairies permanentes avaient un effet plus significatif sur la réduction de l'α-glycérophosphate et l'augmentation du myo-IHP et de l'adénosine monophosphate que les terres cultivées permanentes.