Medium-term impact of tillage and residue retention on soil physical and biological properties in dry-seeded rice–wheat system in north-west India

Resumo

A formação de lama (puddling) repetida para o cultivo de arroz e o preparo extensivo do solo durante o cultivo do trigo no noroeste da Índia afetaram adversamente a saúde do solo. A adoção de tecnologias de conservação de recursos (RCTs) é necessária para a sustentabilidade de longo prazo dos sistemas convencionais arroz-trigo. No entanto, o comportamento dessas tecnologias é específico do local. Um estudo de campo foi conduzido em 2016 para avaliar o impacto de médio prazo do preparo do solo e da retenção de resíduos nas características físicas e biológicas do solo. Quatro tratamentos foram impostos a partir de 2011: arroz com preparo convencional (CT) seguido por trigo CT, todos sem retenção de palhada (–M); arroz em plantio direto (PD) seguido por trigo PD e –M; arroz CT seguido por trigo CT, todos com retenção de palhada (+M); e arroz de sequeiro em PD seguido por trigo PD e +M. Na camada superficial (0–15 cm) do PD, o estoque de carbono orgânico do solo (COS) foi maior em 15%, o diâmetro médio ponderado (MWD) em 31,8% e a densidade do solo (BD) em 4% em comparação com o CT, na média dos tratamentos com resíduo. Independentemente do preparo, o estoque de COS aumentou 19% e o MWD 39%, e a BD diminuiu 1,8% em +M comparado com –M na camada de 0–15 cm. A taxa de infiltração foi maior em +M do que em –M, independentemente do preparo. O carbono da biomassa microbiana, a respiração basal do solo e as atividades enzimáticas do solo foram maiores em PD e +M do que em CT e –M, respectivamente. Assim, a adoção de médio prazo de RCTs, como PD e retenção de resíduos, melhorou as propriedades físicas e biológicas do solo neste sistema arroz-trigo de sequeiro. No entanto, requer mais investigação se a retenção da palha de trigo melhora as propriedades físicas e biológicas do solo.

Abstract

Repeated puddling for rice cultivation and extensive tillage during wheat cultivation in the north-west of India has adversely affected soil health. Adoption of resource conservation technologies (RCTs) is required for long-term sustainability of conventional rice–wheat systems. However, the behaviour of these technologies is site-specific. A field study was conducted in 2016 to evaluate the medium-term impact of tillage and residue retention on soil physical and biological characteristics. Four treatments were imposed during 2011: conventionally-tilled (CT) rice followed by CT wheat all without residue retention (–M); zero-tilled (ZT) rice followed by ZT wheat and –M; CT rice followed by CT wheat and all with residue retention (+M); and ZT direct-seeded rice followed by ZT wheat and +M. In the surface layer (0–15 cm) of ZT, soil organic carbon (SOC) stock was higher by 15%, mean weight diameter (MWD) by 31.8% and bulk density (BD) by 4% compared to CT averaged across residue treatments. Irrespective of tillage, SOC stock was increased by 19% and MWD by 39% and BD decreased by 1.8% in +M compared with –M in the 0–15 cm soil layer. Infiltration rate was higher in +M than –M irrespective of tillage. Microbial biomass carbon, basal soil respiration and soil enzymatic activities were higher in ZT and +M than CT and –M respectively. Thus, medium-term adoption of RCTs such as ZT and residue retention enhanced soil physical and biological properties in this dry-seeded rice–wheat system. However, whether retaining wheat residue improves soil physical and biological properties requires further investigation.