Surface and subsurface decomposition of a desiccated grass pasture biomass related to erosion and its prediction with rusle

Abstract

Erosion is deleterious because it reduces the soil’s productivity capacity for growing crops and causes sedimentation and water pollution problems. Surface and buried crop residue, as well as live and dead plant roots, play an important role in erosion control. An efficient way to assess the effectiveness of such materials in erosion reduction is by means of decomposition constants as used within the Revised Universal Soil Loss Equation - RUSLE’s prior-land-use subfactor - PLU. This was investigated using simulated rainfall on a 0.12 m m-¹ slope, sandy loam Paleudult soil, at the Agriculture Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul, in Eldorado do Sul, State of Rio Grande do Sul, Brazil. The study area had been covered by native grass pasture for about fifteen years. By the middle of March 1996, the sod was mechanically mowed and the crop residue removed from the field. Late in April 1996, the sod was chemically desiccated with herbicide and, about one month later, the following treatments were established and evaluated for sod biomass decomposition and soil erosion, from June 1996 to May 1998, on duplicated 3.5 x 11.0 m erosion plots: (a) and (b) soil without tillage, with surface residue and dead roots; (c) soil without tillage, with dead roots only; (d) soil tilled conventionally every two-and-half months, with dead roots plus incorporated residue; and (e) soil tilled conventionally every six months, with dead roots plus incorporated residue. Simulated rainfall was applied with a rotating-boom rainfall simulator, at an intensity of 63.5 mm h-¹ for 90 min, eight to nine times during the experimental period (about every two-and-half months). Surface and subsurface sod biomass amounts were measured before each rainfall test along with the erosion measurements of runoff rate, sediment concentration in runoff, soil loss rate, and total soil loss. Non-linear regression analysis was performed using an exponential and a power model. Surface sod biomass decomposition was better depicted by the exponential model, while subsurface sod biomass was by the power model. Subsurface sod biomass decomposed faster and more than surface sod biomass, with dead roots in untilled soil without residue on the surface decomposing more than dead roots in untilled soil with surface residue. Tillage type and frequency did not appreciably influence subsurface sod biomass decomposition. Soil loss rates increased greatly with both surface sod biomass decomposition and decomposition of subsurface sod biomass in the conventionally tilled soil, but they were minimally affected by subsurface sod biomass decomposition in the untilled soil. Runoff rates were little affected by the studied treatments. Dead roots plus incorporated residues were effective in reducing erosion in the conventionally tilled soil, while consolidation of the soil surface was important in no-till. The residual effect of the turned soil on erosion diminished gradually with time and ceased after two years.

A erosão reduz a capacidade produtiva do solo para as culturas e causa problemas de sedimentação e poluição da água. Os resíduos culturais superficiais e incorporados ao solo, assim como as raízes vivas e mortas das plantas, são importantes no controle da erosão do solo. Uma forma eficiente de avaliar a eficácia de redução da erosão de tais materiais é por meio de constantes de decomposição como as usadas no subfator uso anterior da terra (“PLU”) da Equação Universal de Perda de Solo Revisada (“RUSLE”). Para investigar este assunto, foi utilizada chuva simulada sobre um solo Argissolo Vermelho distrófico típico, textura franco-arenosa, com 0,12 m m-¹ de declividade, na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em Eldorado do Sul (RS). A área experimental encontrava-se na condição de campo nativo com pastagem de gramíneas aproximadamente há quinze anos. Em meados de março de 1996, a pastagem foi roçada mecanicamente e seu resíduo cultural removido da área. Ao final de abril de 1996, a pastagem foi quimicamente dessecada por meio da aplicação de herbicida e, cerca de um mês após, foram estabelecidos e avaliados para decomposição de biomassa vegetal e erosão hídrica do solo, de junho de 1996 a maio de 1998, sobre pares de parcelas de erosão com dimensões de 3,5 x 11,0 m, os seguintes tratamentos: (a) e (b) solo sem preparo, com resíduo superficial e raízes mortas, (c) solo sem preparo, com raízes mortas somente, (d) solo com preparo convencional a cada dois meses e meio, com raízes mortas e resíduo superficial incorporado e (e) solo com preparo convencional a cada seis meses, com raízes mortas e resíduo superficial incorporado. As chuvas foram aplicadas com um simulador de chuva de braços rotativos, na intensidade de 63,5 mm h-¹ e duração de 90 min, oito a nove vezes durante o período experimental (aproximadamente a cada dois meses e meio). As quantidades de biomassa superficial e subsuperficial da pastagem nativa dessecada foram avaliadas antes de cada teste de chuva simulada, acompanhadas das medições de erosão relativas à taxa de enxurrada, concentração de sedimentos na enxurrada, taxa de perda de solo e perda total de solo. Análise de regressão não-linear com os dados observados foi efetuada por meio de um modelo exponencial e um modelo potencial. A decomposição da biomassa superficial da pastagem dessecada foi mais bem descrita pelo modelo exponencial, enquanto a da subsuperficial pelo modelo potencial. A biomassa subsuperficial decompô-se mais rapidamente e em maior quantidade do que a biomassa superficial, com as raízes mortas em solo não preparado e descoberto decompondose mais do que as raízes mortas em solo não preparado e coberto. O tipo e a freqüência de preparo do solo praticamente não influíram na decomposição da biomassa subsuperficial. As taxas de perda de solo aumentaram expressivamente tanto com a decomposição da biomassa vegetal superficial, quanto com a decomposição da biomassa subsuperficial, no solo preparado convencionalmente; todavia, elas foram pouco influenciadas pela decomposição da biomassa subsuperficial no solo não preparado. As taxas de enxurrada mostraram-se pouco influenciadas pelos tratamentos estudados. As raízes mortas mais o resíduo cultural incorporado foram importantes na redução da erosão no solo preparado convencionalmente, enquanto a consolidação da superfície do solo foi importante no solo não preparado. O efeito residual da pastagem nativa dessecada e incorporada ao solo sobre a erosão diminuiu gradualmente no tempo e cessou após dois anos.