Organic matter: a critical soil health indicator in agrosystems within the Cerrado of Bahia, Brazil and South Florida, USA

Resumo

Indicadores de saúde do solo (SS), como o teor de matéria orgânica (MO) e a atividade enzimática (AE), são fundamentais para avaliar a sustentabilidade de solos minerais em sistemas integrados e com plantas de cobertura. Considerando os objetivos de (i) avaliar a relação entre a MO e outros indicadores de SS, (ii) avaliar a evolução da SS por meio de dois modelos (abordagem de pontuação de indicadores de SS – SHI – e sistema de pontuação da Avaliação Abrangente da Saúde do Solo modificado para solos da Flórida – método CASH modificado) e (iii) apresentar sua efetividade no Brasil e nos EUA, foram conduzidos um estudo de médio prazo (2019–2023) no Brasil e um estudo sazonal de curto prazo (2022–2023) nos EUA, em diversos agroecossistemas. No Brasil, foram analisados quatro sistemas agrícolas: Cerrado (Cer), Convencional (Conv), Integração Lavoura-Pecuária (ILP) e Integração Lavoura-Pecuária-Floresta (ILPF). Nos EUA, foram avaliados dois sistemas de plantas de cobertura no sul da Flórida: sistema de cobertura dupla (DCCS) e sistema de cobertura múltipla (MCCS). Amostras de solo foram coletadas para análise das principais propriedades do solo. No Brasil, os resultados mostraram maior MO nos sistemas Cer (1,08 dag/kg) e ILP (1,12 dag/kg) e aumento da atividade enzimática em 2023, especialmente na ILP (arilsulfatase = 33,85 mg de p-nitrofenol/kg de solo/h e β-glicosidase = 54,65 mg de p-nitrofenol/kg de solo/h) e na ILPF (arilsulfatase = 21,07 mg de p-nitrofenol/kg de solo/h e β-glicosidase = 48,90 mg de p-nitrofenol/kg de solo/h). A atividade enzimática foi mais responsiva às práticas de manejo do que a MO. A Análise de Componentes Principais revelou correlações mais fortes entre MO, AE e macronutrientes nos sistemas mais sustentáveis, como ILP e ILPF. A abordagem de pontuação SHI captou melhor as mudanças no Brasil. Nos EUA, os sistemas de plantas de cobertura de curto prazo não apresentaram mudanças significativas na MO ou na AE, mas o método CASH indicou leves melhorias no MCCS. O estudo destaca a importância da MO e da AE como indicadores-chave para avaliar e melhorar a SS e sugere que, embora os sistemas integrados e de plantas de cobertura ofereçam benefícios potenciais, são necessários manejo de longo prazo e corretivos orgânicos para alcançar melhorias sustentadas na saúde do solo.

Abstract

Soil health (SH) indicators, such as organic matter (OM) content and enzymatic activity (EA), are critical for assessing the sustainability of mineral soils in integrated and cover cropping systems. Taking into account the following objectives: (i) to assess the relationship between OM and other SH indicators, (ii) to evaluate the evolution of SH using two models (SH indicators (SHI) scoring approach and A Modified Comprehensive Assessment of Soil Health scoring system developed for Florida soils (A modified CASH method)), and (iii) present their effectiveness in Brazil and the USA, a medium-term study (2019–2023) in Brazil and a short-term seasonal study (2022–2023) in the USA were conducted in diverse agroecosystems. In Brazil, four agricultural systems were analyzed: Cerrado (Cer), Conventional (Conv), Integrated Crop-Livestock (ICL), and Integrated Crop-Livestock-Forestry (ICLF). In the USA, two cover cropping systems in South Florida were assessed: double cover cropping system (DCCS) and multiple cover cropping system (MCCS). Soil samples were collected for analysis of key soil properties. Results in Brazil showed higher OM in the Cer (1.08 dag/kg) and ICL (1.12 dag/kg) systems, and increased enzymatic activity in 2023, particularly in ICL (AS = 33.85 mg de p-nitrofenol/kg soil/h and BG = 54.65 mg de p-nitrofenol/kg soil/h) and ICLF (AS = 21.07 mg de p-nitrofenol/kg soil/h and BG = 48.90 mg de p-nitrofenol/kg soil/h). Enzyme activity was more responsive to management practices than OM. Principal Component Analysis revealed stronger correlations between OM, EA, and macronutrients in more sustainable systems like ICL and ICLF. The SHI scoring approach better captured changes in Brazil. In the USA short-term cover cropping systems showed no significant changes in OM or EA, but CASH method suggested slight improvements in MCCS. This study highlights the importance of OM and EA as key indicators for assessing and improving SH and suggests that while integrated and cover cropping systems offer potential benefits, longer-term management and organic amendments are necessary to achieve sustained improvements in soil health.