Changing soil physicochemical properties, reducing net global warming potential and increasing maize silage yields by one-time high-dose incorporation of vegetable residue in drylands

Resumo Técnico: Incorporação de Dose Única de Alta Intensidade de Resíduos de Vegetais em Áreas Secas

Definição do Problema
A China gera anualmente mais de 340 milhões de toneladas de resíduos de vegetais, representando a segunda maior fonte de resíduos agrícolas após a palha de culturas básicas. Embora esses resíduos contenham reservas significativas de nutrientes (N, P, K) e matéria orgânica, seu alto teor de umidade (>85%) e baixo teor de matéria seca (<15%) dificultam a eficiência dos métodos tradicionais de incorporação no campo. O descarte inadequado em mercados de troca e regiões de produção causa poluição ambiental severa. Além disso, o Planalto de Loess, uma importante região de produção de vegetais, enfrenta a degradação do solo devido ao cultivo intensivo e fertilização inadequada, com rendimentos atuais frequentemente abaixo de 60% do seu potencial. Existe uma necessidade crítica de determinar estratégias ideais para a reciclagem de resíduos de vegetais que equilibrem a mitigação ambiental (emissões de gases de efeito estufa) com a produtividade agrícola em ecossistemas semiáridos.

Metodologia
Um experimento de campo de dois anos (2020–2022) foi conduzido na Estação Experimental de Ecossistemas Semiáridos no Planalto de Loess (Província de Gansu, China). O estudo utilizou um delineamento de blocos casualizados com milho silagem (Zea mays L.) como cultura de teste. Os tratamentos experimentais envolveram uma combinação fatorial de:

• Taxas de Incorporação (W): Três níveis de aplicação de dose única de alta intensidade de resíduos de vegetais: W1 (800 t·ha⁻¹), W2 (1600 t·ha⁻¹) e W3 (2400 t·ha⁻¹).
• Profundidades de Incorporação (D): Três profundidades: D1 (10 cm), D2 (20 cm) e D3 (30 cm).
• Controle: Um tratamento sem incorporação (NW) onde a camada superficial do solo foi arada sem a adição de resíduos.

Os resíduos de vegetais consistiam em uma mistura de couve de bebê, couve-flor, aipo e alface aspargo coletados de um centro de troca local. Em 2021, o milho foi cultivado sob condições de plantio direto; em 2022, a tecnologia de cobertura em sulco e elevação (ridge-furrow mulching) foi introduzida.

As principais medições incluíram:

• Propriedades Físico-Químicas do Solo: Temperatura, teor de umidade, pH, potencial redox (RP), carbono orgânico dissolvido (DOC) e nitrogênio inorgânico (NH₄⁺-N, NO₃⁻-N).
• Emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE): Os fluxos de CO₂, N₂O e CH₄ foram monitorados usando câmaras estáticas e cromatografia gasosa.
• Métricas de Impacto Climático: O Potencial de Aquecimento Global Líquido (NGWP) e a Intensidade de Gases de Efeito Estufa (GHGI) foram calculados, integrando emissões diretas do solo, emissões indiretas de operações agrícolas e o potencial de sequestro de carbono da incorporação de resíduos.
• Produtividade da Cultura: A biomassa da silagem de milho foi medida no estágio fisiológico do grão leitoso.
• Análise Estatística: Os dados foram analisados por meio de ANOVA, Modelagem de Equações Estruturais (SEM), correlação de Pearson e análise de Floresta Aleatória (Random Forest) para determinar a importância dos fatores.

Principais Resultados

• Propriedades Físico-Químicas do Solo: A incorporação de alta dose alterou significativamente as condições do solo. Tanto a taxa quanto a profundidade de incorporação correlacionaram-se positamente com a temperatura e o teor de umidade do solo. A incorporação de resíduos induziu uma resposta bifásica no pH do solo (aumento inicial seguido de declínio) e uma diminuição sustentada no potencial redox. As concentrações de DOC e NH₄⁺-N atingiram o pico entre 15 e 30 dias após a incorporação e foram fortemente dependentes da dose, aumentando até 4,8 vezes (DOC) e 139,9 vezes (NH₄⁺-N) em relação ao controle. Por outro lado, o acúmulo de NO₃⁻-N mostrou uma tendência inversa com a intensidade de incorporação.
• Emissões de GEE: O aumento da taxa de incorporação elevou significativamente as emissões de CO₂, N₂O e CH₄ (5,15–12,77, 25,54–70,67 e 0,92–2,24 vezes o controle, respectivamente). As emissões de CO₂ exibiram um padrão temporal trimodal, com pico no dia 20. As emissões de N₂O foram influenciadas principalmente pela profundidade de incorporação, com a incorporação profunda suprimindo as emissões em taxas menores (W1, W2), mas aumentando-as na taxa mais alta (W3). Os fluxos de CH₄ mudaram de positivos para negativos (sumidouro) após o dia 150.
• Potencial de Aquecimento Global Líquido (NGWP) e GHGI: Apesar do aumento das emissões de GEE, os tratamentos de alta dose resultaram em valores de NGWP negativos, indicando um efeito de sumidouro de carbono líquido. Houve uma forte correlação negativa entre a taxa de incorporação e o NGWP (r = -0,91, P < 0,01). Os benefícios de sequestro de carbono da massiva entrada de carbono orgânico superaram as emissões associadas.
• Produtividade da Cultura: Os rendimentos da silagem de milho responderam de forma parabólica à taxa de incorporação. Taxas moderadas (W1 e W2) aumentaram significativamente os rendimentos (até 112,4% em relação ao controle), enquanto a taxa mais alta (W3) causou reduções no rendimento (17,7–41,1% abaixo do controle), atribuídas à salinização secundária e ao acúmulo excessivo de nutrientes. O rendimento apresentou uma relação linear positiva com a profundidade de incorporação.
• Estratégia Ótima: A combinação da taxa de aplicação de 1600 t·ha⁻¹ (W2) e profundidade de incorporação de 30 cm (D3) foi identificada como a ótima. Este tratamento maximizou os benefícios de produtividade da cultura enquanto minimizava os impactos ambientais, alcançando um equilíbrio entre o sequestro de carbono e o rendimento.

Significância e Alegações
O artigo afirma que a incorporação de dose única de alta intensidade de resíduos de vegetais é uma estratégia viável para o Planalto de Loess semiárido para abordar tanto o gerenciamento de resíduos quanto a fertilidade do solo. O estudo demonstra que, embora tal incorporação estimule inicialmente as emissões de GEE, o substancial potencial de sequestro de carbono e o resultante aumento na produtividade das culturas (em tratamentos moderados) compensam efetivamente essas emissões, levando a uma redução líquida no potencial de aquecimento global.

Os autores sustentam que a prática pode aumentar a fertilidade do solo, substituir parcialmente os fertilizantes sintéticos e melhorar os rendimentos das culturas, promovendo assim o uso sustentável de recursos. No entanto, alertam que taxas de aplicação excessivas (ex: 2400 t·ha⁻¹) podem levar à salinização do solo e à queda do rendimento, destacando a necessidade de identificar taxas e profundidades ideais. O estudo fornece insights críticos para equilibrar os objetivos de sequestro de carbono com a produtividade agrícola, sugerindo que a incorporação controlada de resíduos de vegetais, particularmente quando combinada com intervenções agronômicas como a cobertura em sulco e elevação, representa uma estratégia de manejo sustentável para regiões áridas. Os autores observam que o monitoramento de longo prazo é necessário para avaliar plenamente a sustentabilidade dessas estratégias em relação à saturação de carbono do solo e às emissões contínuas de GEE.