Soil carbon and nitrogen stocks in traditional agricultural and agroforestry systems in the semiarid region of Brazil

Abstract

In the semiarid region of Brazil, inadequate management of cropping systems and low plant biomass production can contribute to reduce soil carbon (C) and nitrogen (N) stocks; therefore, management systems that preserve C and N must be adopted. This study aimed to evaluate the changes in soil C and N stocks that were promoted by agroforestry (agrosilvopastoral and silvopastoral) and traditional agricultural systems (slash-and-burn clearing and cultivation for two and three years) and to compare these systems with the natural Caatinga vegetation after 13 years of cultivation. The experiment was carried out on a typical Ortic Chromic Luvisol in the municipality of Sobral, Ceará, Brazil. Soil samples were collected (layers 0-6, 6-12, 12-20, 20-40 and 40-60 cm) with four replications. The plain, convex and concave landforms in each study situation were analyzed, and the total organic C, total N and densities of the soil samples were assessed. The silvopastoral system promoted the greatest long-term reductions in C and N stocks, while the agrosilvopastoral system promoted the smallest losses and therefore represents a sustainable alternative for soil C and N sequestration in these semiarid conditions. The traditional agricultural system produced reductions of 58.87 and 9.57 Mg ha-1 in the organic C and total N stocks, respectively, which suggests that this system is inadequate for these semiarid conditions. The organic C stocks were largest in the concave landform in the agrosilvopastoral system and in the plain landform in the silvopastoral system, while the total N values were highest in the concave landform in the native, agrosilvopastoral and silvopastoral systems.

Na região semiárida, o manejo inadequado dos sistemas de cultivo, aliado à baixa produção de fitomassa, pode contribuir para reduzir os estoques de carbono (C) e nitrogênio (N) do solo; portanto, a adoção de sistemas de manejo para a preservação desses elementos é necessária. Objetivou-se avaliar as alterações promovidas nos estoques de C e N do solo por sistemas agrícolas agroflorestais (agrossilvipastoril e silvipastoril) e tradicional (com derrubada da vegetação, queima e cultivo por dois-três anos), confrontando-os à vegetação natural de Caatinga, após 13 anos, em experimento instalado em um Luvissolo Crômico órtico típico, no município de Sobral, Ceará. Amostras de solo foram coletadas nas profundidades de 0-6, 6-12, 12-20, 20-40 e 40-60 cm, em quatro repetições, considerando os relevos plano, convexo e côncavo em cada situação de estudo, sendo determinados o C orgânico total, o N total e as densidades do solo. Entre os sistemas agroflorestais estudados, o silvipastoril, em longo prazo, promoveu as maiores reduções nos estoques de C e N, enquanto o agrossilvipastoril as menores perdas, representando alternativa sustentável para o sequestro de C e N do solo nessas condições semiáridas. O sistema de cultivo tradicional apresentou reduções de 58,87 e 9,57 Mg ha-1 dos estoques de C orgânico e N total, respectivamente, indicando sua não adequação para as condições semiáridas brasileiras. Os relevos côncavo, no sistema agrossilvipastoril, e plano, no silvipastoril, apresentaram os maiores estoques de C orgânico, enquanto para o N total, a forma côncava apresentou os maiores valores na vegetação nativa, agrossilvipastoril e silvipastoril.