Misc soil attributes as quality indicators
- 1. ATRIBUTOS FÍSICOS, QUÍMICOS E BIOLÓGICOS COMO INDICADORES DA QUALIDADE DO SOLO Rhuanito Soranz Ferrarezi USO, OCUPAÇÃO E CONSERVAÇÃO DO SOLO I
- 2. 1. O sistema de produção agrícola O sistema de produção agrícola é constituído de três partes: • vegetal – potencial genético • solo – contato apenas com o sistema radicular da planta e serve como suporte mecânico ao vegetal, fornecendo água, oxigênio, energia na forma de calor e nutrientes na forma de íons e substâncias. fertilidade do solo é proporcional ao seu conteúdo de materiais e energia e à sua capacidade de liberá-los para as plantas. • Clima –capacidade do ambiente externo de oferecer oxigênio, CO2, calor, luz e água ao vegetal e ao solo. Não há nenhuma combinação de clima e solo capaz de forçar uma produção superior à alcançada pelo potencial genético.
- 3. 2. Degradação do solo Fatores envolvidos na degradação dos solos (40% das terras cultivadas): • Uso intenso do solo (manejo intensivo, monocultura, pesticidas e fertilizantes) - sem sustentabilidade • Perda da MO, erosão e contaminação das águas, danos aos organismos e seus processos bioquímicos. A rápida degradação do solo sob exploração agrícola no mundo, especialmente nos países tropicais em desenvolvimento, despertou nas últimas décadas a preocupação com a qualidade do solo e a sustentabilidade da exploração agrícola.
- 4. 3. Definição de qualidade do solo A qualidade do solo é a sua capacidade de manter a produtividade biológica, a qualidade ambiental e a vida vegetal e animal saudável na face da terra. Ou seja, devemos produzir, mas utilizando sistemas de manejo que observem esses aspectos. REFORÇANDO: é a sua capacidade de funcionar dentro dos limites dos ecossistemas para: 1- sustentar a produtividade biológica; 2- manter a qualidade da água e do ar; 3- promover a saúde humana, de plantas e animais.
- 5. OUTRO CONCEITO - qualidade do solo é a capacidade do mesmo em exercer determinadas funções em ecossistemas naturais ou manejados pelo homem. Desta forma, fica claro que o solo exerce determinadas funções e, quando essas são comprometidas afeta a qualidade do solo. São funções do solo: •sustentar a atividade biológica, diversidade e produtividade •regular o fluxo de água e solutos •filtrar e tamponar, degradando, imobilizando e detoxificando resíduos •armazenar e ciclar nutrientes e outros elementos dentro da biosfera terrestre •prover o suporte de estruturas socioeconômicas e proteção para tesouros arqueológicos associados com habitações humanas
- 6. 3.1 Qualidade: inerente x dinâmica • Qualidade inerente - propriedades como textura e mineralogia são inatas ao solo e determinadas pelos fatores de formação (clima, material de origem, relevo, tempo e organismos). Por exemplo: um solo argiloso tem uma maior capacidade de retenção de água do que um arenoso. Assim o argiloso é um solo de maior qualidade inerente. • Qualidade dinâmica - definida como modificações naturais nas características do solo em função de atividades humanas e manejo. Algumas práticas de manejo (utilização de restos de cultura como cobertura morta no sistema de plantio direto, aumentando o teor de matéria orgânica) pode ter um efeito positivo na qualidade dinâmica do solo.
- 7. 4. Indicadores utilizados na avaliação da qualidade dos solos A avaliação da qualidade dos solos é feita através de indicadores - características físicas, químicas e biológicas e processos que ocorrem no solo (associações simbióticas - micorrizas e rizóbios), além de características morfológicas e visuais de plantas. Os indicadores são mensurados para monitorar sistemas de manejo que induzem modificações no solo.
- 8. 4.1 Características dos indicadores • Devem ser fáceis de mensurar; • Devem ser capazes de medir modificações nas funções básicas do solo; • Devem ser sensíveis às variações de manejo; • Podem ser aplicáveis às condições de campo; • Devem ser representativos dos atributos físicos, químicos e biológicos do solo; • Podem ser avaliados por métodos qualitativos e quantitativos .
- 9. 4.2 Definição de indicadores Para avaliação da qualidade do solo, de forma que possam ser sugeridas modificações nos sistemas de manejo em utilização pelos agricultores a tempo de evitar a sua degradação, é necessário definir atributos do solo e do ambiente sensíveis ao manejo e de fácil determinação. A proposta atual é a definição de um conjunto mínimo de atributos químicos, físicos e biológicos, que, acompanhados ao longo do tempo, são capazes de detectar as alterações da qualidade do solo em função do manejo.
- 10. 4.3 Atributos químicos do solo
- 11. a)Matéria orgânica do solo Pode ser avaliada pelo teor de carbono orgânico total, sendo considerada como um indicador chave da qualidade do solo. A maioria dos atributos do solo relacionados às suas funções básicas têm estreita relação com a MO tais como: •estabilidade dos agregados, •estrutura, •infiltração e retenção de água, •resistência à erosão, •atividade biológica, •capacidade de troca de cátions (CTC), •disponibilidade de nutrientes para as plantas, •lixiviação de nutrientes, •liberação de CO2 e outros gases para a atmosfera Nos primeiros anos de cultivo, mais de 50% da matéria orgânica previamente acumulada é perdida por diversos processos, entre esses a decomposição microbiana e a erosão.
- 12. b) Conceito de húmus O Húmus é um dos produtos finais resultante da atuação dos organismos do solo (macro e micro) através de processos de degradação e síntese nos restos vegetais e animais presentes no solo. O húmus origina-se da degradação química e biológica de resíduos orgânicos (animais e vegetais) e da atividade sintética da biota do solo. Mas geralmente as pessoas utilizam o termo matéria orgânica como sinônimo de húmus, o que não é verdadeiro.
- 13. c) As substâncias húmicas As substâncias húmicas caracterizam-se pela: • Polifuncionalidade – existência de vários grupamentos funcionais, com ampla faixa de reatividade, característica de misturas heterogêneas de polímeros que interagem entre si. • Carga molecular – desenvolve caráter aniônico na estrutura macromolecular • Hidrofilicidade – tendência em formar pontes de hidrogênio fortes com moléculas de água • Flexibilidade estrutural – capacidade de associar-se intermolecularmente e mudar a configuração molecular em resposta a variação do pH por exemplo.
- 14. As substâncias húmicas podem ser subdivididas em ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e humina em função de suas solubilidades em soluções aquosas a diferentes valores de pH.: •Os ácidos fúlvicos são solúveis em qualquer valor de pH. •Os ácidos húmicos são solúveis em bases, mas precipitam em pH menor que 2.
- 15. ÁCIDO HÚMICO - Fração escura solúvel em meio alcalino, precipitando-se em forma de produto escuro e amorfo em meio ácido. - Possuem grande capacidade de troca catiônica. - Solução ácida resultante da extração de componentes orgânicos do solo ou do subsolo, por soluções aquosas. Os ácidos húmicos são importantes nos processos de intemperismo e em vários outros processos, afetando o solo por onde migram. - Combina-se com elementos metálicos formando humatos, que podem precipitar (humatos de cálcio, magnésio, etc.) ou permanecer em dispersão coloidal (humatos de sódio, potássio, amônio). ÁCIDO FÚLVICO - Fração colorida que se mantém solúvel em meio alcalino ou em meio ácido diluído. Quimicamente são constituídos, sobretudo, por polissacarídeos, aminoácidos, compostos fenólicos - Combina-se com óxidos de Fe, Al, argilas e outros compostos orgânicos. Possuem propriedades redutoras e formam complexos estáveis com Fe, Cu, Ca e Mg. - Possuem cor escura.
- 16. d) Capacidade de troca de cátions A CTC dos colóides do solo (orgânicos e inorgânicos) está relacionada com a presença de cargas negativas na superfície desses colóides (apresenta atividade de superfície). A origem das cargas nos colóides inorgânicos (minerais de argila) pode ser permanente ou dependente de pH. •É permanente quando da formação do mineral: Se o silício (tetravalente) é substituído pelo alumínio (trivalente) há um superávit de carga negativa, gerando uma carga permanente. Se o alumínio (trivalente) é substituído pelo magnésio (divalente) também há superávit de carga negativa.
- 17. •É dependente do pH:
- 18. Um solo com alta CTC apresenta maior capacidade de reter íons como cálcio, magnésio, amônio etc (nutrientes das plantas). As perdas por lixiviação desses cátions são menores. Outro aspecto importante da CTC dos solos é que: • As cargas negativas atraem íons H+: funcionando desta forma como reservatório desses íons que estão em equilíbrio com o H+ da solução do solo. Desta forma, aumentam o poder tampão do solo, influenciando na menor variação do pH deste solo. • Apresenta maior capacidade de retenção de água: em solos tropicais e subtropicais a CTC da matéria orgânica pode representar um grande percentual da CTC total do solo. Nesses solos, a manutenção ou o aumento dos teores de matéria orgânica é fundamental na retenção de nutrientes e na diminuição de sua lixiviação. • Determinação do carbono orgânico: uma das formas para determinar-se o C-orgânico é através da combustão seca e determinação do CO2 liberado (após remoção dos carbonatos). O CO2 liberado é capturado em um reagente e determinado titulometricamente ou gravimetricamente.
- 19. e) pH O pH do solo afeta: • Disponibilidade de nutrientes e, consequentemente, a nutrição da planta • A população microbiana: os microrganismos do solo são muito sensíveis às variações de pH. Geralmente as bactérias e actinomicetos preferem pH de neutro à alcalino e os fungos pH ácido. Neste último caso há diminuição da competição com as bactérias. • A decomposição da matéria orgânica e, consequentemente a velocidade do processo. Considerando que esta decomposição ocorre pela ação de microrganismos na sua maioria heterotróficos (utilizam como fonte de C e energia substâncias orgânicas complexas), se esta população é afetada pelo pH, compromete o processo.
- 21. 4.4 Atributos físicos do solo a) Estrutura Principal atributo afetado pela presença do húmus. A partir do seu efeito sobre a agregação do solo, indiretamente são afetadas as demais: densidade aparente, porosidade, aeração, retenção e infiltração (transporte) de água e nutrientes que são fundamentais na capacidade produtiva do solo. b) Aeração, taxa de infiltração e capacidade de retenção de água Esses atributos são indiretamente governados pela estrutura do solo.
- 22. 4.5 Atributos biológicos do solo • Influência todos os fatores de degradação da MO e transformação dos nutrientes. • Microrganismos são fontes e depósitos de nutrientes: – Estruturação do solo – Fixação de nitrogênio – Solubilização e ciclagem de nutrientes – Redução de patógenos e pragas – Degradação de compostos persistentes • Solo de alta qualidade possuem atividade biológica e altas populações microbianas • Avaliações: – Quantificação da biomassa microbiana – Atividade microbiana – Enzimas (Ciclos do C, N, P e S) – Pop. específicas ou grupos funcionais
- 23. a) Biomassa microbiana (C e N) A biomassa microbiana é definida como a parte viva da matéria orgânica do solo, incluindo bactérias, fungos, actinomicetos, protozoários, algas e microfauna A manutenção da produtividade dos ecossistemas agrícolas e florestais depende, em grande parte, do processo de transformação da matéria orgânica e, por conseguinte, da biomassa microbiana do solo. Esta representa um importante componente ecológico, pois é responsável pela decomposição e mineralização de resíduos vegetais do solo, utilizando esses materiais como fonte de nutrientes e energia para a formação e desenvolvimento de suas células, bem como para a síntese de substâncias orgânicas no solo. Os microrganismos imobilizam temporariamente C, N, P, K, Ca, Mg, S e micronutrientes, que são liberados após sua morte e decomposição, podendo tornar-se disponíveis para as plantas.
- 24. b) Respiração do solo (reflete a atividade microbiana) Quanto à fonte de carbono e energia, os microrganismos do solo podem ser classificados em: Autotróficos: utilizam o carbono proveniente do CO2. • fotoautotróficos obtém carbono do CO2 e energia da luz (ex; algas verde-azuladas – cianobactérias que fazem fotossíntese). • quimioautotróficos obtém carbono do CO2 e energia da oxidação de substâncias inorgânicas simples. Exemplos clássicos são as bactérias que fazem nitrificação – nitrosomonas e nitrobacter (NH4 ---> NO2 ----> NO3) e das bactérias oxidantes do enxofre – Thiobacillus thiooxidans (SO + ½ O2 + H2O ------> H2SO4). Heterotróficos: obtêm carbono e energia da oxidação de substâncias orgânicas complexas. A maioria dos microrganismos do solo são heterotróficos, como por exemplo, microrganismos que fazem amonificação (Pseudomonas, Bacillus mycoides etc.) • heterotróficos saprofíticos se alimentam da matéria orgânica morta – os amonificadores por exemplo. • parasíticos se alimentam de matéria orgânica viva. Ex. Fungo Fusarium graminearum causador da giberela do trigo.
- 25. Como medir a atividade microbiana A atividade metabólica dos microrganismo pode ser medida através de indicadores como: •CO2 liberado •O2 consumido •atividades enzimáticas – Fosfatase – Urease – desidrogenase (correlacionada com a respiração microbiana quando fontes externas de C são adicionadas ao solo) –celulase
- 26. Figura – Porcentagem acumulada de 14CO2 desprendido, resultante da aplicação de 14C-atrazina (herbicida), durante 63 dias de incubação. A variação da intensidade de desprendimento de 14CO2 nos dois solos pode estar relacionada às diferenças no teor de matéria orgânica: no LE este valor é de 8,0 g.kg-1 e no GH 65,8 g.kg-1.
- 27. Atualmente o grande desafio da ciência do solo é demonstrar a relação entre os níveis de atividade biológica do solo e o funcionamento sustentável do ecossistema. Nesse sentido, uma maioria de pesquisadores considera que a medida mais prática do “status biológico” do solo seja a da biomassa microbiana. Assim a biomassa e atividade microbiana devem fazer parte dos estudos de ciclagem de nutrientes, tendo como enfoque a sua contribuição na decomposição e mineralização da matéria orgânica e, consequentemente, na fertilidade do solo, por meio da ciclagem microbiana, que torna os nutrientes disponíveis para as plantas. Além disso, esses dados quando associados aos valores de pH, teores de C orgânico, N total, umidade e argila do solo permitem uma avaliação sistêmica do manejo adotado e a obtenção de índices de aferição da sustentabilidade.
- 28. 5. Considerações práticas No Brasil - sistema de Plantio Direto tem contribuído significativamente para o avanço quantitativo e qualitativo da agricultura de grande parte da região tropical brasileira. Consagrado como o sistema conservacionista mais efetivo na resolução dos problemas de degradação dos frágeis solos dos trópicos, reduzindo os custos de proteção ambiental, o Plantio Direto tem representado o melhor caminho para a diminuição dos custos de produção e sustentabilidade da produtividade agropecuária, sendo adaptado a todos os tamanhos e tipos de exploração.
- 29. PESQUISAS ATUAIS DESENVOLVIDAS PELA EMBRAPA Tanto no Plantio Direto quanto no convencional, avalia-se a contribuição de diferentes adubos verdes na qualidade da matéria orgânica e o efeito disto na melhoria das propriedades físicas e químicas do solo. Estudos de fracionamento físico da matéria orgânica também servem como indicadores de degradação do solo (partículas maiores – menos degradadas, e menores – mais degradadas). Procura-se checar se existe um indicador de degradação da matéria orgânica do solo que forneça uma espécie de aviso antecipado da degradação antes que ela se consolide, alertando ao agricultor de que determinado manejo de solo acarretará sua degradação completa em cinco ou dez anos.
- 30. Hoje, no mundo inteiro, procura-se descobrir o quanto os sistemas agrícolas contribuem para o sequestro de carbono. Na Embrapa Solos são efetuadas medições da quantidade de carbono no solo de zero até sessenta centímetros, buscando quantificar a massa de carbono em tonelada por hectare em diferentes ecossistemas do Brasil a fim de medir o estoque de carbono sob Plantio Direto, plantio convencional e sob solo não cultivado.
- 31. O Plantio Direto criou uma situação na qual é vital testar ferramentas de agricultura de precisão para aumento da produtividade, consonante com limitações do meio- ambiente. Está sendo testada a hipótese de que, para aperfeiçoar a recomendação de adubação do solo em Plantio Direto, é necessário combinar mapa de colheita, teores de nutriente no solo georeferenciados e os teores de nutrientes na planta também georeferenciados. Combinando esses três mapas, testa-se a possibilidade de identificar o que está causando a diminuição da produtividade. Também é realizado o monitoramento meteorológico nestas áreas para verificar se o efeito clima altera os resultados obtidos.
- 32. As ferramentas da agricultura de precisão podem ser imprescindíveis não só no aperfeiçoamento da recomendação de fertilizantes para o aumento da produtividade, como também para evitar a aplicação excessiva de adubo, fator de poluição ambiental. Existe uma tendência de o Plantio Direto ter uma diversidade microbiana diferenciada em relação ao plantio convencional. Está sendo desenvolvida na Embrapa Solos uma nova metodologia para avaliar essa diversidade, baseada em extração de DNA do solo e a caracterização desse DNA microbiano. Nesta metodologia não é necessário isolar o microorganismo, ou seja, trabalha-se com o material genético puro.
- 33. Dados obtidos pela Embrapa Soja e IAPAR, utilizando técnicas convencionais de isolamento de microorganismos, mostram que o Plantio Direto realmente causa um aumento considerável da biodiversidade do solo. Isso já era esperado, uma vez que o Plantio Direto cria condições mais favoráveis ao crescimento de organismos e fauna do solo (minhocas, formigas etc) que praticamente são ausentes das áreas de plantio convencional em virtude da desagregação e da compactação do solo nestas áreas. Nas áreas de Plantio Direto ocorre um aumento da vida no solo, ao aumentar-se a quantidade de palha e carbono.
- 34. 6. Conclusões A matéria orgânica tem uma importância muito grande na sustentabilidade dos ecossistemas, influenciando sobremaneira nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo.
- 35. FIM DA NOVELA Mas fique de olho...
- 36. FOI MUITO BOM TE VER!