Soil carbon fractions based on their degree of oxidation, and the development of a carbon management index for agricultural systems

Abstract

Increasing population pressure is increasing the demand on agricultural systems in many parts of the world and this has often led to the degradation of the soil resource. Soil carbon (C) is a major determinant of sustainability of agricultural systems and changes can occur in both total and active, or labile, C pools. A procedure is presented to determine the degree of lability of soil C. By treating a ground sample of soil with 333 mM potassium permanganate (KMnO4) to oxidize a proportion of the carbon and by determining the total carbon by combustion, two fractions of C can be measured. These fractions represent carbon of different lability, with fraction I representing the Labile C (CL), which is oxidized by 333 mM KMnO4, and fraction I1 representing the non-labile C (CNL), which is not oxidized by 333 mM KMnO4. On the basis of changes in total carbon (CT), a Carbon Pool Index (CPI) is calculated and, on the basis of changes in the proportion of labile C in the soil between a reference site and those subjected to agricultural practice or research treatments, a Lability Index (LI) is determined. These two indices are used to calculate a Carbon Management Index (CMI), with CMI = C Pool Index (CPI) xLability Index (LI) x 100. Analyses of paired samples (cropped and uncropped) from three sites in northern and central New South Wales, Australia, have shown a decline in CPI, a greater decline in LI and hence a decline in the CMI with cropping. Introduction of a legume into a wheat cropping system restored the CMI from 22 to 37 at the Warialda site. Analyses of paired samples from a sugarcane area in north Queensland have shown a decline in CMI in systems dominated by trash burning, but an increase in CMI in systems dominated by green cane trash management. Similar data from Brazil showed no increase in CT with mulching but a 48% increase in CMI due to an increase in the lability of C in the soil. The fractionation procedure and CMI outlined can be used to determine the state and rate of change in soil C of agricultural and natural systems.

Qualidade da matéria orgânica e estoques de carbono e nitrogênio em Latossolo tratado com biossólido e cultivado com eucalipto

“…De modo geral, os resultados de pesquisas com essas frações de C evidenciam que culturas agrícolas e, ou, sistemas de manejo que favorecem adições freqüentes de material orgânico ao solo tendem a apresentar maior proporção de C na fração lábil, em detrimento da fração resistente (Blair et al, 1995;Conteh et al, 1998;Chan et al, 2001), o que é consistente com a espécie florestal em questão e com o sistema de cultivo mínimo adotado na instalação do experimento. Em quatro anos de coleta, de setembro de 1999 a setembro de 2003, foram registrados valores entre 15 e 20 t ha -1 de biomassa seca de folhas depositada sobre o solo, uma quantidade substancial de MO reciclada no sítio florestal (Guedes, 2005 …”

“…Pequenas alterações no total de MO ou C do solo são dificilmente detectáveis em curto prazo, em parte, porque a variabilidade natural desses atributos do solo é geralmente elevada (Lefroy et al, 1993;Blair et al, 1995). Por isso, compartimentos da MO ou do C do solo, mais sensíveis ao manejo, podem ser utilizados como indicadores de mudanças na dinâmica do compartimento orgânico, como, por exemplo, frações de CO do solo.…”

Leaching is the dominant route for soil organic carbon lateral transport under crop straw addition on sloping croplands

“…The water samples of the surface runoff or leaching were passed through 0.45 µm filter membranes to analyze the DOC concentrations using AA3-Auto-analyzer (Bran + Lubbe, Norderstedt, Germany). The organic carbon (OC) content in the sediment was measured using the wet combustion method in 133 mmol/L K 2 Cr 2 O 7 at 180°C for 5 min, followed by titration of the digests with iron (II) sulfate (FeSO 4 ; Blair et al 1995). All of the material remaining on the screen was washed into a dry dish, oven-dried at 60°C for 48 h, and ground to determine the C content using the SOC analysis method.…”

Efeito da remoção de quantidades de palha de cana-de-açúcar na biomassa e na comunidade microbiana do solo

“…Uma maneira de estudar a dinâmica da matéria orgânica no solo é usar a facilidade de oxidação da matéria orgânica (BLAIR et al, 1995), este estudo se baseia na suposição de que a ação oxidativa do permanganato de potássio sobre a matéria orgânica do solo em condições neutras seja comparável à ação das enzimas microbianas do solo. Assim, o carbono que é oxidado é considerado como fração lábil do carbono orgânico do solo e as alterações que ocorrem nesta fração podem ser usadas para compreender a dinâmica do C no solo (CONTEH et al, 1997).…”

“…A fração do carbono lábil é considerada como os compostos orgânicos mais prontamente mineralizáveis pelos microrganismos do solo, sendo considerada sensível indicador da dinâmica do C no sistema, refletindo a qualidade do sistema em função do manejo (BLAIR et al, 1995).…”