materia organica dr. ing. agr. alejandro oscar costantini

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MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantin

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Page 1: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

MATERIA ORGANICA

Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

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•Formação de minerais argilosos secundários.

•Formação de húmus.

•Formação de complexos húmico-argilosos.

Dos processos que acontecem no solo, três são praticamente

exclusivos dele:

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MATÉRIA ORGÂNICA: componente essencial do solo• Favorece a transmissão de ar e água no

solo.

• É fonte é reservatório de nutrientes para plantas e organismos.

• Atenua os processos de compactação.

• Reduz os efeitos negativos do uso de agroquímicos.

• Estabiliza as partículas inorgânicas reduzindo o perigo de erosão.

• Ciclagem de carbono atmosférico.

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Términos Precisos:Materia orgánica en general:: comprende micro y meso comprende micro y meso organismos del suelo, raíces de plantas, todo material que organismos del suelo, raíces de plantas, todo material que provenga de organismos muertos y sus productos de provenga de organismos muertos y sus productos de transformación, descomposición y resíntesis.transformación, descomposición y resíntesis.Materia orgánica en sentido restringido: MO, igual al anterior : MO, igual al anterior excluyendo los organismos vivos y raíces. Aprox. 15% de la MO.excluyendo los organismos vivos y raíces. Aprox. 15% de la MO.

Residuo orgánico: restos de plantas y animales sin descomponer : restos de plantas y animales sin descomponer y sus productos de descomposición parcial.y sus productos de descomposición parcial.

Biomasa edáfica: materia orgánica presente como tejido : materia orgánica presente como tejido microbiano vivo.microbiano vivo.Edafón: conjunto de organismos que habitan el suelo.: conjunto de organismos que habitan el suelo.

Humus: Producto de la transformación, descomposición y : Producto de la transformación, descomposición y resíntesis de moléculas orgánicas en las cuales no quedan vestigios resíntesis de moléculas orgánicas en las cuales no quedan vestigios microscópicamente visibles de los tejidos o células originales.microscópicamente visibles de los tejidos o células originales.

Page 5: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini
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Composição média dos resíduos de plantas que se adicionam ao

solo

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Composição elementar da matéria orgânica do solo

Substancias Húmicas = 60-90%Sustancia não Húmicas = 40-10%

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Tasa de descomposición compuestos orgánicos

Azúcares, almidón y aminoácidos.

Proteínas

Hemicelulosa

Celulosa

Lípidos (ceras, grasas)

Lignina

Descomposición rápida

Descomposición lenta

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Descomposición de Compuestos Descomposición de Compuestos Orgánicos en el SueloOrgánicos en el Suelo

Tiempo (años)

Descom

posic

ión

(

%)

0

50

75

1 2

Lignina

Hemicelulosa

Celulosa

Hidrosolubles

3

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Ciclo do C na biosfera

Porta, 1994

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CICLO del CARBONO

ATMÓSFERA

3 t/ha FOTOSINTETIZADAS

2 t/haRESPIRADAS

GRANO

RESIDUOS(TALLOS Y RAÍCES)

2 t/ha AGREGADAS AL SUELO

SUELO

60 t/ha

30 cm

1 t/haCOSECHA

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MATERIA ORGÁNICA FRESCA PÉRDIDAS A LAATMÓSFERA: CO2

COMPUESTOSORGÁNICOSSENCILLOS

COMPUESTOS MINERALESSOLUBLES O GASEOSOS

NUTRIENTESMINERALES

PÉRDIDAS PORLAVADO

Mineralización

rápida

Descomposición ybiodegradación

BIOMASA MICROBIANA

HUMUS

humificación

Asimilación microbiana

Humificación directaMineralización lenta

Reorganizaciónmicrobiana

Transformações da MO.

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DECOMPOSIÇÃO: Partição e separação dos resíduos orgânicos incorporados ao solo nos seus componentes orgânicos básicos por ação mecânica da mesofauna.

Participação de enzimas extracelulares liberadas por vegetais e microorganismos

heterótrofos.

MINERALIZAÇÃO: Oxidação de unidades orgânicas básicas por meio de enzimas intracelulares.

AEROBIOSE = CO2, NO3-, SO4

-2, H2O, resíduos resistentes, grande quantidade de energia ANAEROBIOSE = CH4, H2, R- COOH, NH3, R-NH2, R-SH, H2S e resíduos resistentes

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Descomposición de la MO• Acción mecánica de la

mesofauna del suelo sobre los residuos orgánicos, particionandolos y separándolos en sus componentes orgánicos básicos.

• Mezcla con los componentes del suelo (arcillas, microorganismos)

Modificaciones químicas muy leves

Materiales orgánicos frescos

M.O. en proceso de descomposición

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O processo de decomposição e mineralização de restos orgânicos, é um processo exotérmico. A decomposição e mineralização libera 4-5 calorias por grama de material. Como resultado destes processos no solo produzem-se 5 frações de diferente estabilidade biológica:

• Resíduos carbonados de baixo peso molecular.

• Resíduos precursores do húmus.

• Lignina e produtos resistentes.

• Material orgânico adsorvido nos colóides do solo.

• Biomassa do solo (incluindo células e produtos de síntese microbiana).

Page 16: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini
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Magnitud del proceso de

mineralización

3-8% Compuestos no

húmicos

Residuos orgánicos

100g

60-80%

3-8%

Biomasa

HUMUS

10-30%

Complejo

Húmico

arcilloso

CO2

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Número deorganismosmicrobianos

Producción de CO2 y H2O

Compuestos orgánicos frescosaportados

Substancias húmicas edáficas(humus estable)

Contenido de C en el equilibrio (Co)

C.O

.S..

C

adid

o

Compuestos sintetizados por microorganismos

Tiempo

(CA )

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NO-3

CO2

C/N

Semanas (tiempo)0 5 10 15

60

20 N

NO-3

Mineralización neta

Inmobilización neta

N

C/N

Adición de abono orgánico

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O A

CRResiduos de

PlantasMateria Organica

del Suelo

CO2

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Razão C/N aproximada das substâncias húmicas

8 - 15

C = 45 - 65 %O = 27 - 50 %

H = 3 - 6 %N = 2 - 12 %

Composição elementar das substâncias húmicas

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Substâncias húmicas

Stevenson, 1982

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Son compuestos altamente

polimerizados cuyo peso molecular

puede ir de 10.000 a más de 100.000, su

estructura aromática es

complicada y muy variable.

Estructura de las sustancias húmicas

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núcleo

puente

Grupos funcionales

Monómero

Estructura de las sustancias húmicas

núcleos

Grupos funcionales

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HUMIFICACIÓN

BIÓTICA ABIÓTICA

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Humificacón biológica y abiológica

Humificación biológica

• Con participación de microorganismos

• Mayor velocidad• Humus muy polimerizado• Color oscuro• Levemente ácido• Adecuada saturación de

bases• C/N = < a14• Alto peso molecular• Baja solubilidad

Humificación abiológicaSin participación de

microorganismos• Menor velocidad• Menos polimerizadoMas claro• Muy ácido• Escasa saturación de

bases• C/N 15-30• Menor peso molecular• Más soluble

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Factores que influencianla humificación

Humedad

Acidez

TemperaturaAireación

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Fraccionamiento químico de la materia orgánica

Materia Orgánica

Materia Orgánica no humificadaMateria Orgánica humificada

Fracción Soluble

PrecipitadoACIDOS HÚMICOS

InsolubleHUMINAS

Fraccionamiento densimétrico

Tratamiento con álcali

Tratamiento con ácido

No precipitadoACIDOS FÚLVICOS

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Complexos Húmico - Argilosos

Posíveis formas de união• Interposição entre películas de sesquióxidos

entre a fração orgânica e o material silicatado.

• Interposição de cátions.

• Interação dipolo – dipolo.

• Pontes Hidrogênio.

• Forças de van der Waals.

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Estrutura dos complexos húmico-argilosos e formação de agregados do solo.

Bonneau, 1987

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Organismos del Suelo

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Tipo Fuente de Energía

Fuente de Carbono

Ejemplo

Fotoautótrofos Luz CO2

Plantas superiores, algas, cianobacterias

Fotoorganótrofos LuzSustancias orgánicas

Algunas algas y bacterias

QuimioautótrofosSustancias minerales

CO2Nitrificadores, Thiobacillus

QuimiorganótrofosSustancias orgánicas

Sustancias orgánicas

Animales, protozoos, hongos y la mayoría de las bacterias

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Arena 50-2000 m

Limo 2-50 m

Arcilla < 2 m

Bacterias 0.5-1.0 m

Actinomicetes 1.0-1.5 m

Hongos 0.3-10 m

Nematodes1-2 mm (algunos son microscópicos)

Moluscos > 20 mm

Lombrices > 20 mm

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Definição:• Animais que participam direta ou

indiretamente dos processos de ciclagem de nutrientes que ocorrem no solo.

• “Verdadeiros Animais do Solo”apresentam mobilidade limitada (redução de asas), redução visual, respiração cutânea, desenvolvimento de órgãos tácteis, baixa resistência à dessecação, pouca pigmentação, tamanho reduzido.

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Classificação da fauna do solo, com base na sua ocorrência no ambiente do solo, incluindo

horizontes minerais e orgânicos (Hole, 1981).

Categoria Características Fauna Representativa

Permanente Todos os estágios doanimal residem no solo

Symphyla, Diplopoda,Oligochaeta, Collembola

Temporário Um estágio ativo nosolo, outro não.

Larvas de muitos insetos

Periódicos O animal move-se paradentro e fora do solofrequentemente

Formas ativas de muitos insetos

Alternantes Uma ou mais geraçõesno solo, outras acima dosolo

alguns afídeos e vespas

Transientes Estágios inativos (ovos,pupas) no solo e ativosnão.

Muitos insetos

Acidentais O animal cai ou écarregado pela chuva.

Larvas de insetos que vivem nacopa das árvores.

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Funcionalidade:

• Quanto ao hábito alimentar:

-saprófagos

- predadores

- herbívoros

- fitófagos

- onívoros

- micrófagos

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• Quanto ao estágio de vida:

-larvas

-pupas

-adultos

-ninfas

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Funções da MO

Nas propriedades físicas • Favorece a agregação e estruturação.• Aumenta a retenção hídrica.• Porosidade e arejamento: a MO tende a equilibrar el sistema

poroso.• Regime térmico.• Ação contra a erosão.

Nas propriedades físico-químicas• Aumenta a capacidade de troca de cátions.• Aumenta a capacidade tampão.• Aumenta a estabilidade coloidal como gel.• Tende a acidificar os solos.• Influencia nos processos redox.

Nas propriedades bioquímicas• Fonte de nutrientes. Através da mineralización liberan-se em forma• inorgânica: N - P – S entre outros.• Fonte de energia para processos microbianos.

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Conteúdo de MO nos solos

•É muito variável segundo regiões, e numa mesma região segundo o uso do solo. Intervêm nesta variação um amplo leque de fatores.

•De maneira aproximada pode-se dar a seguinte classificaçãopara as condições do Pampa Argentino:

< 0,8 % muito pobre0,8 – 1,7 % pobre

1,7 – 3,0 % mediano3 -4 % bom

> 4 % muito bom

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RELEVO CLIMA VEGETAÇÃO

TEMPO ROCHA ORIGINAL HOMEM

Causas de variação do conteúdo de Matéria Orgânica

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Alvarez e Lavado, 1998

pp

++

Mapa de solos 1:500.000

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Conteúdo de MO em alguns solos da Argentina

Ordem Grande Grupo MO (%)

Aridisol Natrargid 0,9

Calciortid 1,2

Entisol Fluvacuent 4,8

Torrifluvent 1,9

Cuarpsisament 0,03

Udipsament 0,8

Molisol Argialbol 2,2 - 2,5

Argiacuol 2,0

Natracuol 1,5

Argiudol 2,0 - 4,0

Hapludol 1,0 – 3,5

Haplustol 1,0 - 2,0

Alfisol Natracualf 0,7 - 1

Natrustalf 0,7 - 3,0

Molisol Argiudoles SE Bs. As.

6,0 – 10,0

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Biomassa microbiana

• Pequena fração da matéria orgânica total do solo.

• Fundamental nas transformações químicas

• Fonte de nutrientes para as plantas devido ao rápido turnover

• Sua medição pode mostrar mudanças que acontecem no solo bem antes do que elas se apresentarem medindo carbono orgânico total

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Fonte: Echeverria et al., 1993

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BLOQUE 1

BLOQUE 2

BLOQUE 3

Lugar: Marcos Juárez, Córdoba

Solo: Argiudol típico

Cultivo: 6 anos de monocultura de milho

Amostragem: 0-5 y 5-15 cm.

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Costantini, 1997

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Costantini et al., 1996

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0 1 2 3 4 5 60

100

200

300

400

500

600

r2=0.67

COT (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o h

-1)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00

100

200

300

400

500

600

r2=0.614

COJ (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

100

200

300

400

500

600

r2=0.233

COV (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o)

Costantini et al., 2009

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Siembra Directa

Lab. Vertical

Lab. Convencional

0 20 40 60 80 100

Est. estructural relativa (%)

0 10 20 30 40 50

Agregados estables (%)

Est. Relat.

% agreg. estables

Cosentino et al. 1998

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El efecto del clima

Relação entre o CO dos solos pampianos de 0-50 cm com as precipitações médias anuais. Temperatura média da área 14-16°.

Alvarez e Lavado, 1998

precipitações

Page 54: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Relação entre o CO dos solos pampianos de 0-50 cm com a temperatura média anual. Precipitação da área 800-1000 mm.

Alvarez e Lavado, 1998.

El efecto del climatemperatura

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SALIDAS

El efecto del clima

temperatura

Relação entre a temperatura do solo a 10 cm e a respiração microbianaem experimentos do Pampa Ondulado.

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Conteúdo (%) de carbono orgânico para cada uma das cinco parcelas estudadas nas 7 profundidades amostradas.

Rotação Monocultura 10 anos 30 anos 100 anos

0-5 cm 1,45 a 1,43 a 2,47 b 4,21 c 3,00 b 5-10 cm 1,38 a 1,18 a 1,60 ab 2,40 c 2,09 bc

10-20 cm 1,16 NS 1.18 NS 1,63 NS 1,61 NS 1,88 NS 20-30 cm 0,65 ab 0,58 a 1,26 bc 1,24 bc 1,41 c 30-50 cm 0,55 NS 0,61 NS 0,55 NS 0,58 NS 0,77 NS 50-70 cm 0,37 NS 0,28 NS 0,39 NS 0,37 NS 0,44 NS 70-90 cm 0,23NS 0,40 NS 0,29 NS 0,33 NS 0,37 NS

Valores seguidos pela mesma letra não são significativamente diferentes dentro de uma mesma camada de solo (teste de Tukey, p<0,05). NS- indica que não houve diferença significativa.

Fonte: Costantini, 2003

Page 57: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Estoque de carbono orgânico (kg ha-1) para cada uma das cinco parcelas estudadas nas 7 profundidades amostradas.

Rotação Monocultura 10 anos 30 anos 100 anos

0-5 cm 8219 a 8101 a 11977 ab 21172 c 15707 c 5-10 cm 8826 a 7529 a 9902 ab 15238 c 13084 bc

10-20 cm 14637 NS 14837 NS 19008 NS 18630 NS 22594 NS 20-30 cm 8560 NS 7684 NS 14273 NS 14887 NS 14364 NS 30-50 cm 14063 NS 12949 NS 13458 NS 14517 NS 19891 NS 50-70 cm 8976 NS 6888 NS 9336 NS 8892 NS 10611NS 70-90 cm 5460 NS 6557 NS 6503 NS 7459 NS 8293 NS

Somatória 68741 a 64545 a 84457 ab 100795 b 104544 b

Valores seguidos pela mesma letra não são significativamente diferentes dentro de uma mesma camada de solo (teste de Tukey, p<0,05). NS- indica que não houve diferença significativa.

Fonte: Costantini, 2003

Page 58: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Comparações com as testemunhas…

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0-5 5-10 10-20

Profundidade de amostragem (cm)

Car

bono

org

ânic

o to

tal (

%)

Preparo Reduzido

Plantio Direto

Testemunha

Fonte: Costantini, 2003

Page 59: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

10 kg C m-210 kg C m-2

10 kg C m-210 kg C m-2

Como seqüestrar carbono com um rolo compressor!!

XX

+ X

Page 60: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Valores médios de estoque de C para os primeiros 20 cm e para os 2454 Mg ha-1 superficiais.

Estoque C na camada de 20

cm superficiais (Mg ha-1)

Estoque de C para os 2454 Mg ha-1 superficiais

(Mg ha-1) Preparo Reduzido 26.66 a 26.55 a Plantio Direto 27.99 b 27.53 a

Letras diferentes numa mesma coluna indicam diferenças significativas (Teste de Tukey, P<0,05)

Fonte: Costantini, 2003

Page 61: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Costantini et al, 2009

Page 62: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

COT 0-5 cm / COT 5-15 cm

SD LC ND0

1

2a

b

c

Sistema de Labranza

Tas

a d

e es

trat

ific

ació

n

COT 0-5 cm / COT 15-30 cm

SD LC ND0

1

2

3

bb

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

COJ 0-5 cm / COJ 5-15 cm

SL LC ND0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5 a

b

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

COJ 0-5 cm / COJ 15-30 cm

SD LC ND0

1

2

3

4

5

6

7

b b

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

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APORTES SAÍDAS

Emissão de C-CO2

C-Erodido

C-resíduos vegetais

Carbonoorgânicodo solo

DECOMPOSIÇÃOMINERALIZAÇÃO

EROSÃO

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APORTES SAÍDAS

Emissão de C-CO2

C-Erodido

C-resíduos vegetais

Carbonoorgânicodo solo

DECOMPOSIÇÃOMINERALIZAÇÃO

EROSÃO

< >

>

Page 65: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

Casanovas et al, 1995

Page 66: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

0

10

20

30

40

50

60

70

80

PAMPAARENOSA

SUDOESTEBONAERENSE

SUDESTEBONAERENSE

PAMPADEPRIMIDA

PAMPAONDULADA

Carb

ono

orgá

nic

o (t

/h

a)

Original - Century

Relevamiento

Álvarez R, 2001

História agrícola

% área agrícola

condição climática(t0 e precipitações)

CONTEÚDO DE CARBONO (t/ha) 0-20 cm

Mineralização

Erosão hídrica

Modelo CenturyLevantamento 1970

Page 67: MATERIA ORGANICA Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

EROSÃO HIDRICA

Pampa Ondulado

4.6 milhões de has.

Superfície erodida 1.6 milhões de ha.

35 % da superfície

PERDA DO HORIZONTE

A

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Principios siglo XX

Extratado de Casas, 2000

Variação do conteúdo de MO no Pampa ondulado

Década del 60

Década del 80

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ConclusõesManter ou acrescentar a MOS resulta da realização de um conjunto de “boas práticas” tendentes a lograr o melhor balanço entre os aportes e saídas de carbono.

Balanço de MO = Aporte-C – Saídas-C