Legumes as covers crops to improve soil quality

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18378/rvads.v16i4.8861

Keywords:

Phytomass, Carbon stock, Mucuna pruriens, Crotalaria juncea

Abstract

Legumes can be efficient to increase carbon (C) and nitrogen (N) contents in the soil. Based on this, the objective of this study was to select the legumes plants with the greatest potential to accumulate C and N in the soil. The experiment was conducted in 2018, in Redenção, Ceará. The experimental design was a randomized block with eight treatments and three repetitions. The treatments correspond to: control (soil without vegetation cover), straw, Mucuna pruriens, Mucuna pruriens, Dolichos lablab, Cajanus cajan, Crotalaria juncea and Canavalia ensiformis. At flowering (67 days after sowing), the legumes were cut and left on the area. At 78 days after cutting, soil samples were collected at depths of 0-5 and 5-10 cm. We determined bulk density, particle density, porosity, total organic carbon (TOC), carbon stock (C stock), total nitrogen (TN), nitrogen stock (N stock) and C:N ratio. The cover crops did not change bulk density, particle density, porosity, TN, N stock and the C:N ratio, due to the sandy soil texture and short experimental period. However, they contributed to the increase in TOC contents. Legume plants are able to increase soil carbon stock even in the short time. The mucuna cinza (Mucuna pruriens) is the leguminous plant with the greatest potential to accumulate C in the soil. However, to maintain organic residue in the soil, the use of Crotalaria juncea is recommended.

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Author Biographies

Rugana Imbana, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa

Mestre e Doutorando em Solos e Nutrição de Plantas, Programa de Pós-graduação em Solos e Nutrição de Plantas, Departamento de Solos, Universidade Federal de Viçosa, Rua Purdue, 392-486 – Santo Antônio, 36.570-000, Viçosa, Minas Gerais, Brasil.

Susana Churka Blum, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Redenção

Doutora em Solos e Nutrição de Plantas, Instituto de Desenvolvimento Rural, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Avenida da Abolição, 03 - centro, 62.790-000, Redenção, Ceará, Brasil.

Maria Ivanilda Aguiar, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Redenção

Doutora em Ecologia e Recursos Naturais, Instituto de Desenvolvimento Rural, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Avenida da Abolição, 03 - centro, 62.790-000, Redenção, Ceará, Brasil.

Geocleber Gomes de Sousa, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Redenção

Doutor em Engenharia Agrícola, Instituto de Desenvolvimento Rural, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Avenida da Abolição, 03 - centro, 62.790-000, Redenção, Ceará, Brasil.

Medna Ndami, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Redenção

Engenheiro Agrônomo, Instituto de Desenvolvimento Rural, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Avenida da Abolição, 03 - centro, 62.790-000, Redenção, Ceará, Brasil.

Ibraim Dabó, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Redenção

Engenheiro Agrônomo, Instituto de Desenvolvimento Rural, Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Avenida da Abolição, 03 - centro, 62.790-000, Redenção, Ceará, Brasil.

References

ALVARES, C. A.; STAPE, J. L.; SENTELHAS, P. C.; GONÇALVES, J. L. M.; SPAROVEK, G. Köppen’s climate classification map for Brazil. Meteorologische Zeitschrift, 22(6):711–728, 2013. https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0507.

BAYER, C.; MARTIN-NETO, L.; MIELNICZUK, J.; PAVINATO, A. Armazenamento de carbono em frações lábeis da matéria orgânica de um Latossolo Vermelho sob plantio direto. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 39(7):677-683, 2004. https://doi.org/10.1590/S0100-204X2004000700009.

BERENDSE, F.; VAN RUIJVEN, J.; JONGEJANS, E.; KEESSTRA, S. Loss of plant species diversity reduces soil erosion resistance. Ecosystems, 18(5):881–888, 2015. https://doi.org/10.1007/S10021-015-9869-6.

BHATTACHARYYA, R.; GOSH, B. N.; MISHRA, P. K.; MANDAL, B.; RAO, C. S.; SARKAR, D.; DAS, K.; ANIL, K. S.; LALITHA, M.; HATI, K. M.; FRANZLUEBBERS, A. J. Soil degradation in india: Challenges and potential solutions. Sustainability (Switzerland), 7(4):3528–3570, 2015. https://doi.org/10.3390/SU7043528.

BREMNER, J. M. Nitrogen total. In: SPARKS, D. L.; PAGE, A. L.; HELMKE, P. A.; LOEPPERT, R. H.; SOLTANPOUR, P. N.; TABATABAI, M. A.; JOHNSTON, C. T.; SUMNER, M. E. (Eds.). Methods of soil analysis. Madison, Wis. (USA): Soil Science Society of America and America Society of Agronomy, 1996, p. 1085–1121.

BÜNEMANN, E. K.; BONGIORNO, G.; BAI, Z.; CREAMER, R. E.; DEYN, G.; GOEDE, R.; FLESKENS, L.; GEISSEN, V.; KUYPER, T. W.; MÄDER, P.; PULLEMAN, M.; SUKKEL, W.; VAN GROENIGEN, J. W.; BRUSSAARD, L. Soil quality – A critical review. Soil Biology and Biochemistry, 120:105-125, 2018. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.01.030.

CASTRO, G. C.; VIEIRA, C. R.; WEBER O. L. S. Carbono orgânico e nitrogênio total nas frações granulométricas e húmicas em solos sob diferentes texturas. Nativa, 6(6):575-581, 2018. https://doi.org/10.31413/nativa.v6i6.5378.

DENG, L.; SHANGGUAN, Z. Afforestation Drives Soil Carbon and Nitrogen Changes in China. Land Degradation & Development, 28(1):151–165, 2017. https://doi.org/10.1002/LDR.2537.

DENG, L; LIU, S.; KIM, D. G.; PENG, C.; SWEENEY, S.; SHANGGUAN, Z. Past and future carbon sequestration benefits of China’s grain for green program. Global Environmental Change, 47:13–20, 2017. https://doi.org/10.1016/J.GLOENVCHA.2017.09.006.

FORTUNA, A.; HARWOOD, R.; KIZILKAYA, K.; PAUL, E. A. Optimizing nutrient availability and potential carbon sequestration in an agroecosystem. Soil Biology and Biochemistry, 35(8):1005–1013, 2003. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(03)00084-1.

FREITAS, B. B.; PAULETTO, D.; SOUSA, I. R. L. Crescimento inicial e biomassa de espécies utilizadas como adubo verde em sistemas de aleias. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, 15(1):20-27, 2020. https://doi.org/10.18378/rvads.v15i1.6458.

HE, Y. T.; ZHANG, W. J.; XU, M. G.; TONG, X. G.; SUN, F. X.; WANG, J. Z.; HUANG, S. M.; ZHU, P.; HE, X. H. Long-term combined chemical and manure fertilizations increase soil organic carbon and total nitrogen in aggregate fractions at three typical cropland soils in China. Science of the Total Environment, 532:635–644, 2015. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.06.011.

HU, X.; LI, Z.; CHEN, J.; NIE, X.; LIU, J.; WANG, L.; NING, K. Carbon sequestration benefits of the grain for Green Program in the hilly red soil region of southern China. International Soil and Water Conservation Research, 9(2):271–278, 2021. https://doi.org/10.1016/J.ISWCR.2020.11.005.

KARLEN, D. L.; RICE, C. W. Soil degradation: Will humankind ever learn? Sustainability (Switzerland), 7(9):12490–12501, 2015. https://doi.org/10.3390/su70912490.

KARLEN, D. L.; VEUM, K. S.; SUDDUTH, K. A.; OBRYCKI, J. F.; NUNES, M. R. Soil health assessment: Past accomplishments, current activities, and future opportunities. Soil and Tillage Research, 195:104365, 2019. https://doi.org/10.1016/J.STILL.2019.104365.

KJELDAHL, J. Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern. Zeitschrift für analytische Chemie 1883 22:1, 22(1):366–382, 1883. https://doi.org/10.1007/BF01338151.

LAL, R. Land degradation and pedological processes in a changing climate. Pedologist, 55, (03):315–325, 2012.

LI, Z.; LIU, C.; DONG, Y.; CHANG, X.; NIE, X.; LIU, L.; XIAO, H.; LU, Y.; ZENG, G. Response of soil organic carbon and nitrogen stocks to soil erosion and land use types in the Loess hilly-gully region of China. Soil & Tillage Research, 166:1–9, 2017. https://doi.org/10.1016/j.still.2016.10.004.

LIMA, I. M. O.; SILVA, M. F. G.; ENSINAS, S. C.; SILVA, J. R. M.; MARQUES-FILHO, W. C.; BARBOSA, G. F. Adubos verdes para o incremento dos estoques de carbono em Neossolo Quartzarênico de Cerrado. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 13(4):1-7, e5588, 2018. https://doi.org/10.5039/agraria.v13i4a5588.

MARQUES, J. D. O.; LUIZÃO, F. J.; TEIXEIRA, W. G.; SARRAZIN, M.; FERREIRA, S. J. F.; BELDINI, T. P.; MARQUES, E. M. A. Distribution of organic carbon in different soil fractions in ecosystems of Central Amazonia. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 39(1):232-242, 2015. https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150142.

MINASNY, B.; MALONE, B. P.; MCBRATNEY, A. B.; ANGERS, D. A.; ARROUAYS, D.; CHAMBERS, A.; CHAPLOT, V.; CHEN, Z-S.; CHENG, K.; DAS, B. S.; FIELD, D. J.; GIMONA, A.; HEDLEY, C. B.; HONG, S. Y.; MANDAL, B.; MARCHANT, B. P.; MARTIN, M.; MCCONKEY, B. G.; MULDER, V. L.; O'ROURKE, S.; RICHER-DE-FORGES, A. C.; ODEH, I.; PADARIAN, J.; PAUSTIAN, K.; PAN, G.; POGGIO, L.; SAVIN, I.; STOLBOVOY, V.; STOCKMANN, U.; SULAEMAN, Y.; TSUI, C-C.; VÅGEN, T-G.; VAN WESEMAEL, B.; WINOWIECKI, L. Soil carbon 4 per mille, Geoderma, 292:59–86, 2017. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.01.002.

OBOUR, P. B.; UGARTE, C. M. A meta-analysis of the impact of traffic-induced compaction on soil physical properties and grain yield. Soil and Tillage Research, 211:105019, 2021. https://doi.org/10.1016/J.STILL.2021.105019.

PÁDUA, E. J.; GUERRA, A. R.; ZINN Y. L. Modelagem da densidade do solo em profundidade sob vegetação nativa em minas gerais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 39(3):725-736, 2015. https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20140028.

PEREIRA, N. S.; SOARES, I.; MIRANDA, F. R. Decomposition and nutrient release of leguminous green manure species in the Jaguaribe-Apodi region, Ceará, Brazil. Ciência Rural, 46(6):970–975, 2016. https://doi.org/10.1590/0103-8478CR20140468.

POEPLAU, C.; DON, A. Carbon sequestration in agricultural soils via cultivation of cover crops - a meta-analysis. Agriculture, Ecosystems and Environment, 200:33–41, 2015. https://doi.org/10.1016/j.agee.2014.10.024.

RODRIGUES, M. S.; SOUZA, C.; LIMA, D. D.; SILVA, S. D. P.; ALVES, D. C.; MACHADO, N. S. Impacto do cultivo do coqueiro irrigado na qualidade física do solo na região semiárida brasileira. Ciencia del Suelo, 34(1):139-144, 2016.

ROSSET, J. S.; SCHIAVO, J. A.; ATANÁZIO, R. A. R. Atributos químicos, estoque de carbono orgânico total e das frações humificadas da matéria orgânica do solo em diferentes sistemas de manejo de cana-de-açúcar. Semina: Ciências Agrárias, 35(5):2351-2366, 2014. https://doi.org/10.5433/1679-0359.2014v35n5p2351.

RUEHLMANN, J.; KÖRSCHENS, M. Soil particle density as affected by soil texture and soil organic matter: 2. Predicting the effect of the mineral composition of particle-size fractions. Geoderma, 375:114543, 2020. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114543.

SALAZAR, M. P.; SORACCO, C. G.; VILLARREAL, R.; POLICH, N. G.; BELLORA, G. L.; TURINETTO, M. J.; LOZANO, L. A. Winter cover crops effects on soil organic carbon and soil physical quality in a typical argiudoll under continuous soybean cropping. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 44:e0200103, 2020. https://doi.org/10.36783/18069657rbcs20200103.

SANTOS, B. S. A.; MEURER, N. V. F. Liberação de NPK por leguminosas e gramíneas – Análise comparativa, Revista Pensar, 4:20-29, 2018.

SILVA, V. M.; TEIXEIRA, A. F. R.; SOUZA, J. L.; GUIMARAES, G. P.; BENASSI, A. C.; SÁ. E. M. Estoques de carbono e nitrogênio e densidade do solo em sistemas de adubação orgânica de café Conilon. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 39(5):1436-1444, 2015. https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20140520.

SOUSA, F. F.; SANTOS, R. H. S.; CARNEIRO, J. E. S.; URQUIAGA, S. Adubação verde de feijoeiro em consórcio com cafeeiro na agricultura familiar de Araponga, Minas Gerais. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, 12(4):674-679, 2017. https://doi.org/10.18378/rvads.v12i4.4939.

TEIXEIRA, P. C.; DONAGEMMA, G. K.; FONTANA, A.; TEIXEIRA, W. G. (eds.). Manual de métodos de análise de solo. 3ed. Brasília, DF: Empresa brasileira de pesquisa agropecuária (EMBRAPA), 2017, 577p.

TOLLEFSON, J. The 2 ° C dream. Nature, 527:436–438, 2015.

VELDKAMP, E. Organic Carbon Turnover in Three Tropical Soils under Pasture after Deforestation. Soil Science Society of America Journal, 58(1):175–180, 1994. https://doi.org/10.2136/sssaj1994.03615995005800010025x.

WANG, T.; KANG, F.; CHENG, X. Q.; HAN, H. R.; JI, W. Soil organic carbon and total nitrogen stocks under different land uses in a hilly ecological restoration area of North China. Soil & Tillage Research, 163(50):176–184, 2016.

YEOMANS, J. C.; BREMNER, J. M. A rapid and precise method for routine determination of organic carbon in soil1. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 19(13):1467–1476, 1988. https://doi.org/10.1080/00103628809368027.

ZHIYUAN, Y.; DABIN, Z.; NA, L.; PENGWEI, Y.; NA, Z.; YANGYANG, L.; SUIQI, Z.; BINGNIAN, Z.; DONGLIN, H.; ZHAOHUI, W.; WEIDONG, C.; ADL, S.; YAJUN, G. Dynamics and Sequestration Potential of Soil Organic Carbon and Total Nitrogen Stocks of Leguminous Green Manure-Based Cropping Systems on the Loess Plateau of China. Soil and Tillage Research, 191:108–116, 2019. https://doi.org/10.1016/J.STILL.2019.03.022.

Published

01-10-2021

How to Cite

IMBANA, R.; BLUM, S. C.; AGUIAR, M. I.; SOUSA, G. G. de; NDAMI, M.; DABÓ, I. Legumes as covers crops to improve soil quality. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentável, [S. l.], v. 16, n. 4, p. 351–357, 2021. DOI: 10.18378/rvads.v16i4.8861. Disponível em: https://www.gvaa.com.br/revista/index.php/RVADS/article/view/8861. Acesso em: 28 mar. 2024.

Issue

Section

AGRICULTURAL SCIENCES

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