Soil fauna as a bioindicator of soil quality in sugarcane crops: a theoretical framework

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i10.18741

Keywords:

Biological indicator; Soil fauna; Saccharum spp.

Abstract

In the mechanized harvesting system of sugar cane, a considerable amount of plant residues, called straw or straw (dry leaves, sheaths, pointers and stems), is accumulated in the soil. The accumulation of this straw causes physical and biological changes in the soil, improving soil fertility under these conditions. The inadequate management of agroecosystems leads to the degradation of the edaphic environment and, consequently, to the detriment of its functionality within biological systems. The impacts that occur on the soil due to changes in management must be evaluated. For this purpose, the edaphic fauna becomes an excellent bioindicator, due to its close relationship with the processes that come from the litter-soil compartment and its peculiar susceptibility to interference in the soil. environment, the composition of the edaphic fauna community reflects the functionality of the ecosystem and, together with the density, can explain the changes resulting from anthropic interference in the vegetation cover. Vegetable coverings and different cultivation systems act directly on the population of the edaphic fauna, reducing the density and diversity of communities in relation to a natural ecosystem. Through the study of edaphic fauna, in addition to assessing soil quality, having a greater understanding of the production system that this soil supports, since it is closely linked to the processes of nutrient cycling and decomposition of organic matter at the interface soil-plant.

References

Abreu, R. R. L., Lima, S. S., Oliveira, N. C. R., Leite, L. F. C. (2014). Fauna edáfica sob diferentes níveis de palhada em cultivo de cana-de-açúcar. Pesquisa Agropecuária, 44(4), 409–416.

Aguiar, N. O., Bührnheim, P. F. (2011). Pseudoscorpionida (Arachnida) em galerias de colônias de Passalidae (Coleoptera, Insecta) em troncos caídos em floresta de terra firme da Amazônia, Brasil. Acta Amazônica, 41(2), 311–320.

Aguilera Esteban, D. A., de Souza, Z. M., Tormena, C. A., Lovera, L. H., de Souza Lima, E., de Oliveira, I. N., & de Paula Ribeiro, N. (2019). Soil compaction, root system and productivity of sugarcane under different row spacing and controlled traffic at harvest. Soil and Tillage Research, 187, 60–71. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.11.015

Almeida, H. S., da Silva, R. F., Grolli, A. L., & Schied, D. L. (2017). Ocorrência e diversidade da fauna edáfica sob diferentes sistemas de uso do solo. Revista Brasileira De Tecnologia Agropecuária, 1(1), 15–23.

Aquino, A. M. de, & Correia, M. E. F. (2005). Invertebrados edáficos e o seu papel nos processos do solo. Embrapa Agrobiologia. Documentos, 201, 1–52.

Aquino, G. S. de, de Conti Medina, C., Shahab, M., Santiago, A. D., Cunha, A. C. B., Kussaba, D. A. O., Carvalho, J. B., & Moreira, A. (2018). Does straw mulch partial-removal from soil interfere in yield and industrial quality sugarcane? A long term study. Industrial Crops and Products, 111, 573–578. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.11.026

Baretta, D., Santos, J. C. P., Segat, J. C., & Geremia, E. V. (2011). Fauna edáfica e qualidade do solo. Tópicos Em Ciência Do Solo, October 2014, 119–170.

Bedano, J. C., Domínguez, A., Arolfo, R., & Wall, L. G. (2016). Effect of Good Agricultural Practices under no-till on litter and soil invertebrates in areas with different soil types. Soil and Tillage Research, 158, 100–109. https://doi.org/10.1016/j.still.2015.12.005

Benazzi, E. S., Bianchi, M. O., Correia, M. E. F., Lima, E., Zonta, E. (2013). Impactos dos métodos de colheita da cana-de-açúcar sobre a macrofauna do solo em área de produção no Espírito Santo – Brasil. Semina: Ciências Agrárias, 34(6), 3425–3442.

Bottinelli, N., Jouquet, P., Capowiez, Y., Podwojewski, P., Grimaldi, M., & Peng, X. (2015). Why is the influence of soil macrofauna on soil structure only considered by soil ecologists? Soil and Tillage Research, 146, 118–124. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.still.2014.01.007

Bueno, O., & Morini, M. (2017). Cana-de-açúcar e seus impactos: uma visão acadêmica. April 2018.

Bunemann, E. K., Bongiorno, G., Bai, Z., Creamer, R. E., Deyn, G. D., Goede, R., Fleskens, L., Geissen, V., Kuyper, T. W., Mäder, P., Pulleman, M., Sukkel, W., Groenigen, J. W. V., Brussaard, L. (2018). Soil quality – A critical review. Soil Biology and Biochemistry, 120(1), 105–125.

Camargo, A. S., Oliveira, M. M. B. (2011). Eficiência econômica no setor sucroalcooleiro: uma análise de algumas usinas do estado de São Paulo. Organizações Rurais & Agroindustriais, 13(3), 330–343.

Carvalho, J. L. N., Hudiburg, T. W., Franco, H. C. J., & DeLucia, E. H. (2017). Contribution of above- and belowground bioenergy crop residues to soil carbon. GCB Bioenergy, 9(8), 1333–1343. https://doi.org/10.1111/gcbb.12411

Castioni, G. A., Cherubin, M. R., Menandro, L. M. S., Sanches, G. M., Bordonal, R. de O., Barbosa, L. C., Franco, H. C. J., & Carvalho, J. L. N. (2018). Soil physical quality response to sugarcane straw removal in Brazil: A multi-approach assessment. Soil and Tillage Research, 184, 301–309. https://doi.org/10.1016/j.still.2018.08.007

Cerri, C. E. P., Galdos, M. V., Carvalho, J. L. N., Feigl, B. J., & Cerri, C. C. (2013). Quantifying soil carbon stocks and greenhouse gas fuxes in the sugarcane agrosystem: Point of view. Scientia Agricola, 70(5), 361–368. https://doi.org/10.1590/S0103-90162013000500011

Chaves, H. M. L., Lozada, C. M. C., Gaspar, R. O. (2017). Soil quality index of on Oxisol under different land in the Brazilian savannah. Geoderma, 10(1), 183–190.

Cherubin, M. R., Tormena, C. A., Karlen, D. L. (2017). Soil Quality Indexing Strategies for Evaluating Sugarcane Expansion in Brazil. Revista Brasileira de Ciencia Do Solo, 41(1), 1–19.

Cherubin, M. R., Eitelwein, M. T., Fabbris, C., Weirich, S. W., Silva, R. F., Silva, V. R., Bassp, C. J. (2015). Qualidade física, química e biológica de um latossolo com diferentes manejos e fertilizantes. Revista Brasileira de Ciência Do Solo, 39(2), 615–625.

Cherubin, M. R., Karlen, D. L., Franco, A. L. C., Cerri, C. E. P., Tormena, C. A., & Cerri, C. C. (2016). A Soil Management Assessment Framework (SMAF) Evaluation of Brazilian Sugarcane Expansion on Soil Quality. Soil Science Society of America Journal, 80(1), 215–226. https://doi.org/10.2136/sssaj2015.09.0328

CONAB. (2020). Companhia Nacional de Abastecimento. Safra Brasileira de Cana-de-Açúcar 2020.

Correia, M. E. F. (2002). Relações entre a Diversidade da Fauna de Solo e o Processo de Decomposição e seus Reflexos sobre a Estabilidade dos Ecossistemas. Seropédica: Embrapa Agrobiologia, Documentos 156, 33.

Culliney, T. (2013). Role of Arthropods in Maintaining Soil Fertility. Agriculture, 3(4), 629–659. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/agriculture3040629

De Souza, S. T., Cassol, P. C., Baretta, D., Bartz, M. L. C., Klauberg Filho, O., Mafra, Á. L., & Da Rosa, M. G. (2016). Abundance and diversity of soil macrofauna in native forest, eucalyptus plantations, perennial pasture, integrated crop-livestock, and no-tillage cropping. Revista Brasileira de Ciencia Do Solo, 40, 1–14. https://doi.org/10.1590/18069657rbcs20150248

FIESP. (2013). Outlook Fiesp 2023: projeções para o agronegócio brasileiro. 37–45.

Franco, A. L. C., Cherubin, M. R., Cerri, C. E. P., Six, J., Wall, D. H., & Cerria, C. C. (2020). Linking soil engineers, structural stability, and organic matter allocation to unravel soil carbon responses to land-use change. Soil Biology and Biochemistry, 107998. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107998

Franco, A. L. C., Bartz, M. L. C., Cherubin, M. R., Baretta, D., Cerri, C. E. P., Feigl, B. J., Wall, D. H., Davies, C. A., & Cerri, C. C. (2016). Loss of soil (macro)fauna due to the expansion of Brazilian sugarcane acreage. Science of the Total Environment, 563–564, 160–168. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.04.116

Frouz, J. (2018). Effects of soil macro- and mesofauna on litter decomposition and soil organic matter stabilization. Geoderma, 332, 161–172. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.08.039

GIL, A. C. (2008). Como elaborar projetos de pesquisa (4a ed.). Atlas.

Goldemberg, J., Mello, F. F. C., Cerri, C. E. P., Davies, C. A., & Cerri, C. C. (2014). Meeting the global demand for biofuels in 2021 through sustainable land use change policy. Energy Policy, 69, 14–18. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.enpol.2014.02.008

Grandy, A. S., Wieder, W. R., Wickings, K., & Kyker-Snowman, E. (2016). Beyond microbes: Are fauna the next frontier in soil biogeochemical models? Soil Biology and Biochemistry, 102, 40–44. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.08.008

John, K., Zaitsev, A. S., & Wolters, V. (2021). Soil fauna groups respond differentially to changes in crop rotation cycles in rice production systems. Pedobiologia, 84, 150703. https://doi.org/10.1016/j.pedobi.2020.150703

Joly, C. A., G Padgurschi Autores, M. C., F Pires, A. P., Antonio Agostinho, A., Carlos Marques, A., Amaral, A., & Dias Loyola, R. (2018). CAPÍTULO 1 _ Apresentando o diagnóstico brasileiro de biodiversidade e serviços ecossistêmicos. In Retrieved from.

Larson, W. E., & Pierce, F. J. (1994). The Dynamics of Soil Quality. Defining Soil Quality for a Sustainable Environment, SSSA Spec. Publ. 35, 37–51.

Lavelle, P., Decaëns, T., Aubert, M., Barot, S., Blouin, M., Bureau, F., & Rossi, J. P. (2006). Soil invertebrates and ecosystem services. European Journal of Soil Biology, 42. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2006.10.002

Lavelle, P. (1997). Faunal Activities and Soil Processes: Adaptive Strategies That Determine Ecosystem Function. Advances in Ecological Research, 27(C), 93–132. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(08)60007-0

Lima, S. S., Pereira, M. G., Lima, E. , Zonta, E. (2020). Funcionalidade da fauna edáfica em áreas com difrentes manejos da cana-de-açúcar:. In: Robson José de Oliveira. (Org.). Funcionalidade da fauna edáfica em áreas com diferentes manejos da cana-de-açúcar. Editora Científica, 3, 48–59.

Lopes, M. C., Taques, F. H. (2016). O desafio da energia sustentável no Brasil. Revista Cadernos Da Economia, 20(36), 71–96.

Manhaes, C. M. C., & Francelino, F. M. A. (2012). Estudo Da Inter-Relação Da Qualidade Do Solo E Da Serapilheira Com a Fauna Edáfica Utilizando Análise Multivariada. Nucleus, 9(2), 21–31. https://doi.org/10.3738/1982.2278.701

Melo, F. V. De, Brown, G. G., Luizão, F. J., & Zanetti, R. (2009). A importância da meso e macrofauna do solo na fertilidade e como biondicadores. Boletim Informativo Da SBCS, 1(May 2014), 38–41.

Menandro, L. M. S., de Moraes, L. O., Borges, C. D., Cherubin, M. R., Castioni, G. A., & Carvalho, J. L. N. (2019). Soil Macrofauna Responses to Sugarcane Straw Removal for Bioenergy Production. Bioenergy Research, 12(4), 944–957. https://doi.org/10.1007/s12155-019-10053-2

Menta, C., & Remelli. (n.d.). Soil Health and Arthropods: From Complex System to Worthwhile Investigation. Insects, 11(1), 54. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/insects11010054

Moço, M. K. S., Gama-Rodrigues, E. F., Gama-Rodrigues, A. C., Correia, M. E. (2005). Caracterização da fauna edáfica em diferentes coberturas vegetais na região norte fluminense. Revista Brasileira de Ciência Do Solo, 29(4), 555–564.

Oliveira, D. M. S., Cherubin, M. R., Franco, A. L. C., Santos, A. S., Gelain, J. G., Dias, N. M. S., … Cerri, C. E. P. (2019). Is the expansion of sugarcane over pasturelands a sustainable strategy for Brazil’s bioenergy industry? Renewable and Sustainable Energy Reviews. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.012

Oliveira, F. E. R., Oliveira, J. M., Xavier, F. A. S. (2016). Changes in soil organic carbon fractions in response to cover crops in an orange orchard. Revista Brasileira de Ciência Do Solo, 40.

Oliveira, A. P. P. (2013). Atributos Edáficos e Adubação Nitrogenada em. Curso de Pós-Graduação Em Agronomia.

Pant, M., Negi, G. C. S., & Kumar, P. (2017). Macrofauna contributes to organic matter decomposition and soil quality in Himalayan agroecosystems, India. Applied Soil Ecology, 120, 20–29. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.07.019

Parron, L. M., Garcia, J. R., Oliveira, E. B. De, Brown, G. G., & Prado, R. B. (2015). Biodiversidade da fauna do solo e sua contribuição para os serviços ambientais. Serviços Ambientais Em Sistemas Agrícolas e Florestais Do Bioma Mata Atlântica, 122–154.

Paz-Ferreiro, J., & Fu, S. (2016). Biological Indices for Soil Quality Evaluation: Perspectives and Limitations. Land Degradation and Development, 27(1), 14–25. https://doi.org/10.1002/ldr.2262

Pereira, J. de M., Segat, J. C., Baretta, D., Vasconcellos, R. L. de F., Baretta, C. R. D. M., & Cardoso, E. J. B. N. (2017). Soil macrofauna as a soil quality indicator in native and replanted Araucaria angustifolia forests. Revista Brasileira de Ciencia Do Solo, 41, 1–15. https://doi.org/10.1590/18069657rbcs20160261

Pereira, M. G., Cabreira, W., Lima, S. S. De, & Santos, R. N. (2018). Manual de coleta e identificação da fauna edafica 2018. May.

Portilho, I. I. R., Borges, C. D., Costa, A. R., Salton, J. C., Mercante, F. M. (2011). Resíduos da cultura da cana-de-açúcar e seus efeitos sobre a fauna invertebrada epigeica. Semina: Ciências Agrárias, 32(3), 959–970.

Rosa, M. G., Filho, O. K., Bartz, M. L. C., Mafra, Á. L., De Sousa, J. P. F. A., & Baretta, D. (2015). Macrofauna edáfica e atributos físicos e químicos em sistemas de uso do solo no planalto catarinense. Revista Brasileira de Ciencia Do Solo, 39(6), 1544–1553. https://doi.org/10.1590/01000683rbcs20150033

Rovedder, A. P. M., Eltz, F. L. F., Drescher, M. S., Schenato, R. B., Antoniolli, Z. I. (2009). Organismos edáficos como bioindicadores da recuperação de solos degradados por arenização no Bioma Pampa. Ciência Rural, 39(4), 1061–1068.

Roy, S., Roy, M. M., Jaiswal, A. K., & Baitha, A. (2018). Soil Arthropods in Maintaining Soil Health: Thrust Areas for Sugarcane Production Systems. In Sugar Tech (Vol. 20, Issue 4, pp. 376–391). Springer India. https://doi.org/10.1007/s12355-018-0591-5

Santoro, E., Soler, E. M., & Cherri, A. C. (2017). Route optimization in mechanized sugarcane harvesting. In Computers and Electronics in Agriculture (Vol. 141, pp. 140–146). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.07.013

Schultz, N., Lima, E., Pereira, M. G., & Zonta, E. (2010). Efeito residual da adubação na cana-planta e da adubação nitrogenada e potássica na cana-soca colhidas com e sem a queima da palhada. Revista Brasileira de Ciência Do Solo, 34(3), 811–820. https://doi.org/10.1590/s0100-06832010000300023

Segnini, A., Carvalho, J. L. N., Bolonhezi, D., Milori, D. M. B. P., da Silva, W. T. L., Simões, M. L., Cantarella, H., de Maria, I. C., & Martin-Neto, L. (2013). Carbon stock and humification index of organic matter affected by sugarcane straw and soil management. Scientia Agricola, 70(5), 321–326. https://doi.org/10.1590/S0103-90162013000500006

Silva, R., Aquino, A., Mercante, F., & Guimarães, M. (2008). No Title. Acta Scientiarum - Agronomy, 30(5), 725–731. https://doi.org/https://doi.org/10.1590/S1807-86212008000500018

Simões, V. J. L. P., Leite, M. L. V., Souza, E. S., Lucena, L. R. R, Izidro, J. L. P. S. (2018). Indicadores de sustentabilidade com base na qualidade do solo e acúmulo de fitomassa em pastagens degradadas. Journal Agrarian Academy, 5(9), 253–274.

Torquato, S. A., & Ramos, R. C. (2012). Protocolo Agroambiental do setor sucroalcooleiro paulista: ações visando à preservação ambiental. Analise e Indicadores Do Agronegócio, 7(6), 1.

Trentini, C. P., Villagra, M., Gómez Pámies, D., Bernava Laborde, V., Bedano, J. C., & Campanello, P. I. (2018). Effect of nitrogen addition and litter removal on understory vegetation, soil mesofauna, and litter decomposition in loblolly pine plantations in subtropical Argentina. Forest Ecology and Management, 429, 133–142. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2018.07.012

UNICA. (2013). Etanol e bioletricidade: Vitais para diversificação da matriz energética nacional. UNICA - União Da Indústria De Cana-De-Açúcar. http://www.unica.com.br/noticia/3809058592036840361/etanol-e-bioeletricidade-por-cento3A-vitais-para-diversificacao-da-matriz-energetica-nacional-/

Velásquez, E., Fonte, S. J., Barot, S., Grimaldi, M., Desjardins, T., & Lavelle, P. (2012). Soil macrofauna-mediated impacts of plant species composition on soil functioning in Amazonian pastures. Applied Soil Ecology, 56, 43–50. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2012.01.008

Published

09/08/2021

How to Cite

SILVA, R. M. da; SILVA, R. M. da; SOUZA, J. R. . M. de; GEDGESKI, T. P. .; LIMA , S. S. de; LIMA, E. Soil fauna as a bioindicator of soil quality in sugarcane crops: a theoretical framework. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 10, p. e239101018741, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i10.18741. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/18741. Acesso em: 29 nov. 2024.

Issue

Section

Review Article