Biological processes driving soil carbon stabilization and multifuncionality in tropical integrated agricultural systems
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-06032026-095508/ |
Resumo: | Soil health is fundamental to aligning agricultural productivity with climate resilience and ecological sustainability. This thesis investigates how soil biological activity, expressed through structural and functional indicators, regulates aggregation, carbon stabilization, and ecosystem functioning in tropical integrated agricultural systems (IAS). Along a clay gradient in Brazil, we demonstrate that biogenic aggregation enhances soil organic carbon (SOC) retention in sandy soils, whereas in clay-rich environments, SOC stabilization is primarily governed by organo-mineral associations. Biogenic aggregates, formed through the interaction between roots and soil organisms, act as structural and biochemical microsites for organic matter transformation and stabilization, though they exhibit short-term trade-offs between carbon input and mineral protection. In degraded sandy soils, crop-livestock integration (CLI) systems improved chemical, physical, and biological indicators of soil health, although the magnitude of these benefits varied with management and depth. Multifunctionality analyses revealed that IAS enhance biologically mediated nutrient cycling but do not always improve structural and carbon-related functions, underscoring the need for management strategies that reinforce belowground biological processes. Finally, a field-ready visual guide for assessing biogenic soil structures is presented as a practical tool for monitoring soil health in tropical agroecosystems. Collectively, these findings demonstrate that carbon fractions and soil resilience in IAS are governed by the synergistic interactions among biological activity, soil structure, and mineral associations, underscoring the importance of function-oriented, context-specific management strategies for climate-resilient tropical agriculture |
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Biological processes driving soil carbon stabilization and multifuncionality in tropical integrated agricultural systemsProcessos biológicos que regulam a estabilização do carbono e a multifuncionalidade do solo em sistemas agrícolas integrados tropicaisAgroecossistemas tropicaisCarbono orgânico do soloCrop-livestock integrationIndicadores de saúde do soloIntegração lavourapecuáriaInterações organo-mineraisMacrofauna do soloMultifuncionalidade do soloOrgano-mineral interactionsSoil health indicatorsSoil macrofaunaSoil multifunctionalitySoil organic carbonTropical agroecosystemsSoil health is fundamental to aligning agricultural productivity with climate resilience and ecological sustainability. This thesis investigates how soil biological activity, expressed through structural and functional indicators, regulates aggregation, carbon stabilization, and ecosystem functioning in tropical integrated agricultural systems (IAS). Along a clay gradient in Brazil, we demonstrate that biogenic aggregation enhances soil organic carbon (SOC) retention in sandy soils, whereas in clay-rich environments, SOC stabilization is primarily governed by organo-mineral associations. Biogenic aggregates, formed through the interaction between roots and soil organisms, act as structural and biochemical microsites for organic matter transformation and stabilization, though they exhibit short-term trade-offs between carbon input and mineral protection. In degraded sandy soils, crop-livestock integration (CLI) systems improved chemical, physical, and biological indicators of soil health, although the magnitude of these benefits varied with management and depth. Multifunctionality analyses revealed that IAS enhance biologically mediated nutrient cycling but do not always improve structural and carbon-related functions, underscoring the need for management strategies that reinforce belowground biological processes. Finally, a field-ready visual guide for assessing biogenic soil structures is presented as a practical tool for monitoring soil health in tropical agroecosystems. Collectively, these findings demonstrate that carbon fractions and soil resilience in IAS are governed by the synergistic interactions among biological activity, soil structure, and mineral associations, underscoring the importance of function-oriented, context-specific management strategies for climate-resilient tropical agricultureA saúde do solo é fundamental para conciliar produtividade agrícola, resiliência climática e sustentabilidade ecológica. Esta tese investiga como a atividade biológica do solo, expressa por indicadores estruturais e funcionais, regula a agregação, a estabilização do carbono e as funções ecossistêmicas em sistemas integrados de produção agropecuária (SIPAs) sob condições tropicais. Ao longo de um gradiente de textura em solos brasileiros, demonstrou-se que a agregação biogênica favorece a retenção de carbono orgânico do solo (COS) em solos arenosos, enquanto em ambientes argilosos a estabilização é dominada por associações organo-minerais. Os agregados biogênicos, formados pela interação entre raízes e organismos do solo, atuam como microssítios estruturais e bioquímicos de transformação e estabilização da matéria orgânica, embora apresentem compensações de curto prazo entre aporte de carbono e proteção mineral. Em solos arenosos degradados, sistemas de integração lavourapecuária (ILP) promovem melhorias nos indicadores químicos, físicos e biológicos de saúde do solo, ainda que a magnitude desses benefícios varie conforme o manejo e a profundidade. As análises de multifuncionalidade indicam que os SIPAs ampliam processos biológicos associados à ciclagem de nutrientes, mas nem sempre favorecem as funções estruturais e relacionadas ao carbono, evidenciando a necessidade de estratégias de manejo que reforcem a atividade biológica do solo. Por fim, apresenta-se um guia visual de campo para avaliação de estruturas biogênicas como ferramenta prática para o monitoramento da saúde do solo em agroecossistemas tropicais. De forma integrada, estes resultados demonstram que as frações de carbono e a resiliência do solo em SIPAs são governadas pelas interações sinérgicas entre a atividade biológica, a estrutura do solo e as associações minerais, ressaltando a importância de estratégias de manejo orientadas por funções e específicas ao contexto para uma agricultura tropical resiliente ao clima.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPCherubin, Maurício RobertoVanolli, Beatriz da Silva2025-12-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11140/tde-06032026-095508/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPReter o conteúdo por motivos de patente, publicação e/ou direitos autoriais.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2026-03-09T19:29:02Zoai:teses.usp.br:tde-06032026-095508Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212026-03-09T19:29:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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Soil health is fundamental to aligning agricultural productivity with climate resilience and ecological sustainability. This thesis investigates how soil biological activity, expressed through structural and functional indicators, regulates aggregation, carbon stabilization, and ecosystem functioning in tropical integrated agricultural systems (IAS). Along a clay gradient in Brazil, we demonstrate that biogenic aggregation enhances soil organic carbon (SOC) retention in sandy soils, whereas in clay-rich environments, SOC stabilization is primarily governed by organo-mineral associations. Biogenic aggregates, formed through the interaction between roots and soil organisms, act as structural and biochemical microsites for organic matter transformation and stabilization, though they exhibit short-term trade-offs between carbon input and mineral protection. In degraded sandy soils, crop-livestock integration (CLI) systems improved chemical, physical, and biological indicators of soil health, although the magnitude of these benefits varied with management and depth. Multifunctionality analyses revealed that IAS enhance biologically mediated nutrient cycling but do not always improve structural and carbon-related functions, underscoring the need for management strategies that reinforce belowground biological processes. Finally, a field-ready visual guide for assessing biogenic soil structures is presented as a practical tool for monitoring soil health in tropical agroecosystems. Collectively, these findings demonstrate that carbon fractions and soil resilience in IAS are governed by the synergistic interactions among biological activity, soil structure, and mineral associations, underscoring the importance of function-oriented, context-specific management strategies for climate-resilient tropical agriculture |
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