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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE AGRONOMIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA SOLUÇÃO DE SOLO NO SISTEMA
PLANTIO DIRETO E RELAÇÃO ENTRE ALUMÍNIO E SILÍCIO EM
GENÓTIPOS DE MILHO.
VANDERLISE GIONGO PETRERE
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(Tese)
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE AGRONOMIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA SOLUÇÃO DE SOLO NO SISTEMA
PLANTIO DIRETO E RELAÇÃO ENTRE ALUMÍNIO E SILÍCIO EM
GENÓTIPOS DE MILHO.
VANDERLISE GIONGO PETRERE
(Engenheira Agrônoma, M.Sc.)
Tese apresentada como um dos requisitos à obtenção do Grau de
Doutor em Ciência do Solo
Porto Alegre (RS), Brasil
Julho, 2002
3
4
AGRADECIMENTOS
Ao professor Humberto Bohnen, pela sua orientação, seu exemplo
profissional.
Aos professores do Departamento de Solos/FA-UFRGS, pelo
aprendizado e experiências transmitidas.
Aos funcionários do Departamento de Solos/FA-UFRGS pelo auxílio
ao longo deste período.
À todos os amigos do curso pelo agradável convívio e pela
oportunidade de trocar idéias e experiências.
À CAPES pela concessão da bolsa de estudos.
À Iracirema pelo companheirismo e auxílio na condução dos
trabalhos.
À Ana Cristina pela realização da análises citogenéticas.
Ao Adão Luiz, pela amizade e a sua pronta disponibilidade no
laboratório.
À FUNDACEP FECOTRIGO e ao produtor Urben Waihrich Banholas
(in memorian) pela liberação das áreas experimentais, sem as quais não seria
possível a execução do presente trabalho.
À PIONEER Sementes pelo fornecimento dos genótipos de milho e
pelo auxílio financeiro para a realização dos estudos.
Aos meus pais Nelson e Alieti pelo carinho.
Aos meus avós Modesto e Maria (in memorian) por me fazer sentir
tão profundo AMOR...
Dedico este trabalho as duas pessoas mais importantes na minha
vida que estão ao meu lado neste momento, CIRO e JÚLIA.
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CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DA SOLUÇÃO DE SOLO NO SISTEMA PLANTIO DIRETO E RELAÇÃO ENTRE ALUMÍNIO E SILÍCIO EM GENÓTIPOS DE MILHO(1)
Autor: Vanderlise Giongo Petrere Orientador: Prof. Humberto Bohnen
RESUMO
Os sistemas de manejo de solo podem alterar as características químicas do solo. O grau destas alterações podem ser uma função dos sistemas de culturas adotados. Este trabalho teve por objetivo estudar as relações que ocorrem entre alumínio e silício na solução de solo e na planta. Para tal, foram realizados dois estudos. O primeiro estudo foi realizado a campo, onde envolveu a caracterização química da fase sólida e da solução de solo, em amostras de 0-5,0 cm de profundidade, e análise química de tecido foliar de plantas de milho. Foram analisados os teores de alumínio, silício, fósforo e cálcio de dois experimentos com diferentes sistemas de preparo e de culturas. Os sistemas de preparo e de culturas alteraram os teores de silício na solução de solo e na planta. O segundo estudo foi realizado em casa de vegetação, onde foi conduzido um bioensaio com tratamentos que envolveram a presença e ausência de alumínio e silício em genótipos de milho. Foram avaliados o comprimento de raiz, peso fresco e peso seco de parte aérea e raízes, os teores de silício, alumínio e cálcio, no tecido e no extrato aquoso, na parte aérea e raízes e o índice mitótico de células meristemáticas de raízes. O silício reduziu o efeito tóxico do alumínio em genótipos de milho avaliado pelo comprimento de raízes. A redução na toxidez de alumínio devido a presença de silício está relacionada ao aumento do transporte de cálcio para a parte aérea e ao efeito positivo no índice mitótico, principalmente no genótipo sensível ao alumínio.
(1) Tese de Doutorado em Ciência do Solo. Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do
Rio Grande do Sul, Porto Alegre (RS) – Brasil, (87p.) – Julho de 2002.
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SOIL SOLUTION CHEMICAL CHARACTERISTICS UNDER NO-TILLAGE AND THE RELATION BETWEEN ALUMINUM AND SILICON IN CORN GENOTYPES (1)
Author: Vanderlise Giongo Petrere Adviser: Prof. Humberto Bohnen ABSTRACT
Soil management systems can modify soil chemical characteristics. The degree of the modifications may be a function of the crop systems adopted. This research work aimed to study the relations that occur between aluminum and silicon both in the soil solution and in the plant. This was done through two experiments. The first was carried out in the field and involved the chemical characterization of both the soil and the soil solution using soil samples collected at 0-5,0 cm depth and corn plants foliar tissue chemical analysis. Aluminum, silicon, phosphorus and calcium contents were analysed in two experiments under two different tillage and crop systems. The tillage and crop systems altered silicon concentrations in soil solution and in the plant. The second experiment was carried out in the greenhouse and involved a bioassay which included the treatments presence and absence of aluminum and silicon in corn genotypes. Root length, fresh and dry weight and the contents of aluminum, silicon and calcium of the aboveground parts of the plants and of the roots, and the mitotic index of the meristematic roots were evaluated. Silicon reduced the toxic effect of aluminum in corn genotypes as evaluated through root length. The reduction in aluminum toxicity due to the presence of silicon is related to the increase in calcium transportation to the aboveground parts of the plant and to the positive effect in the mitotic index, mainly in the genotype with aluminum sensibility.
(1) Soil Science Doctorate Thesis. Faculdade de Agronomia, Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Porto Alegre (RS) – Brazil, (87p.) – July 2002.
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SUMÁRIO
Página
1. INTRODUÇÃO ............................................................................. 01
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................ 03
2.1.Acidez como limitação química ao crescimento e desenvolvimento das plantas................................................................................ 03
2.2. Toxidez de alumínio .............................................................. 05 2.3. Silício e alumínio no sistema solo-planta ............................. 06 2.4. Fósforo e alumínio no sistema solo-planta ........................... 08 2.5. Cálcio,alumínio e silício no sistema solo-planta ................... 09
3. TESTES PRELIMINARES ............................................................. 12
3.1. Metodologia para extração de solução de solo ............... 12 3.1.1. Introdução ...................................................................... 12 3.1.2. Hipótese ......................................................................... 14 3.1.3. Objetivo .......................................................................... 14 3.1.4. Material e métodos ........................................................ 14 3.1.5. Resultados e discussão ................................................ 16 3.1.6. Conclusões .................................................................... 18
3.2. Absorção de silício por genótipos de milho em solução
nutritiva ..................................................................................... 19 3.2.1. Introdução ........................................................................ 19 3.2.2. Hipótese ........................................................................... 20 3.2.3. Objetivo ............................................................................ 21 3.2.4. Material e métodos .......................................................... 21 3.2.5. Resultados e discussão .................................................. 22 3.2.6. Conclusões ...................................................................... 25
8
3.3. Teor de cálcio e alumínio para testes de toxidez de alumínio com genótipos de milho em bioensaios .......... 25 3.3.1 Introdução ......................................................................... 25 3.3.2. Hipóteses ......................................................................... 27 3.3.3. Objetivos .......................................................................... 27 3.3.4. Material e métodos ........................................................... 27 3.3.5. Resultados e discussão ................................................... 29 3.3.6. Conclusões ....................................................................... 32
3.4. Toxidez de alumínio em genótipos de milho ........................ 32 3.4.1. Introdução ......................................................................... 32 3.4.2. Hipótese ............................................................................ 33 3.4.3. Objetivo ............................................................................. 33 3.4.4. Material e métodos ........................................................... 33 3.4.5. Resultados e discussão ................................................... 34 3.4.6. Conclusões ....................................................................... 37
4. ESTUDO 1. Caracterização química de solo e solução de solo em diferentes sistemas de manejo ........................... 38
4.1. Introdução ............................................................................ 38 4.2. Hipóteses ............................................................................. 39 4.3. Objetivo................................................................................. 39 4.4. Metodologia de estudo ........................................................ 39 4.5. Resultados e discussão ...................................................... 43 4.6. Conclusões .......................................................................... 55
5. ESTUDO 2. Relação entre alumínio, cálcio e silício no crescimento e desenvolvimento de plântulas de milho ......................................................................... 56
5.1. Introdução ............................................................................ 56 5.2. Hipótese................................................................................ 57 5.3. Objetivo ................................................................................ 58 5.4. Metodologia de estudo ........................................................ 58 5.5. Resultados e discussão. ..................................................... 60 5.6.Conclusões........................................................................... 77
6. CONCLUSÕES GERAIS .......................................................... 78 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................... 79
9
RELAÇÃO DE TABELAS
Página
1. Composição química da solução de solo de um PLANOSSOLO por
dois métodos de extração de solução .............................................. 17 2. Composição química parcial da solução de solo de um PLANOSSOLO em diferentes tempos de equilíbrio entre solo e solução obtida através do método de amostras deformadas. .................................................. 18 3. Teor de silício no extrato aquoso da parte aérea de quatro genótipos de milho cultivados em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições. ................................................................................ 23 4. Matéria seca de raízes de quatro genótipos de milho cultivados em
em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições ..... 24 5. Matéria seca da parte aérea de quatro genótipos de milho cultivados em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições .... 24 6. Características químicas e físicas dos solos no início da implantação dos experimentos .................................................................................. 40 7. Seqüência de culturas utilizada no sistema de rotação de culturas no experimento 1......................................................................................... 41 8. Seqüência de culturas utilizada no sistema de rotação de culturas no experimento 2. ........................................................................................ 41 9. Caracterização química do solo LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico, localizado na FUNDACEP - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999. .................................................................................. 44 10. Caracterização química da solução de LATOSSOLO VERMELHO
10
Distrófico típico, localizado na FUNDACEP - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999. ............................................... 44
11. Caracterização química do solo LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico, localizado em Três Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999. .................................................................. 45 12. Caracterização química da solução de LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico, localizado em Três Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999. .............................................. 45 13. Teores de nutrientes e de silício no tecido vegetal da cultura de milho no experimento de Três Capões – Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo. ..................................................................................... 52 14. Acúmulo de nutrientes e de silício absorvido no tecido vegetal da cultura de milho no experimento de Três Capões – Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo. ................................................................................ 52 15. Especiação química e atividade de alumínio na solução de LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico localizado em Três- Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo ..................................................... 54 16. Crescimento de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al). .................................................................................... 60 17. Peso fresco e peso seco (g/amostra) da parte aérea de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol .dm-3 de alumínio (Al) .............................. 62 18. Peso fresco e peso seco (g/amostra) de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al)......................................... 63 19. Teores de silício (mg.kg-1) no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al). ........ 64 20. Teor de silício (mmol dm-3) no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al) ..........
66 21. Teores de alumínio (mg.kg-1) no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al) ........
67
11
22. Teor de alumínio (mmol dm-3) no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).......... 69 23. Teores de cálcio (%) no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al) ..........
71 24. Teor de cálcio (mmol dm-3) no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al) ........... 74 25. Índice mitótico em células meristemáticas de raízes dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol. dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol. dm-3 de alumínio (Al) ................................ 76
RELAÇÃO DE FIGURAS
Página
1. Crescimento de raiz principal de
genótipos de milho cultivados por 48 horas em solução contendo diferentes concentrações de cálcio. A linha reta tracejada corresponde a média do crescimento de raízes dos genótipos de milho cultivados em solução nutritiva (SN).Médias de quatro repetições ................................... ........................................ 29 2. Crescimento de raiz principal de genótipos de milho em solução com
2,0 mmol dm-3 de cálcio e diferentes concentrações de alumínio. Média de quatro repetições. ........................................................................... 31
3. Recrescimento de raiz principal de genótipos de milho em solução com 2,0 mmol dm-3 de cálcio e diferentes concentrações de alumínio. Média de quatro repetições ............................................................................. 31
4. Crescimento de raiz principal de genótipos de milho cultivados em solução sem e com 0,025 mmol dm-3 de alumínio e 2,00 mmol dm-3 de cálcio. Média de três repetições. ............................................................ 35
5. Recrescimento de raiz principal de genótipos de milho cultivados em
12
solução com 2,00 mmol dm-3 de cálcio, após cultivados nos tratamentos sem e com alumínio. Média de três repetições. ...................................... 36
6. Visualização da superfície do solo no sistema de preparo convencional, no experimento 1. ................................................................................... 50 7. Visualização da superfície do solo no sistema de plantio direto, no experimento 1. ....................................................................................... 50 8. Visualização da superfície do solo no sistema de preparo convencional, no experimento 2. ................................................................................... 51 9. Visualização da superfície do solo no sistema de plantio direto, no
experimento 2. ........................................................................................ 51
1. INTRODUÇÃO
Estima-se que no Brasil cerca de 14 milhões de hectares de solo
são cultivados sob o sistema plantio direto, enquanto no Estado do Rio Grande
do Sul a área agrícola sob este sistema é de 3,6 milhões de hectares. Diante
destas evidências, é necessário gerar o maior número de informações
possíveis a respeito deste sistema de cultivo.
O plantio direto é um sistema de manejo de solo que teve
inicialmente o objetivo de evitar perdas de solo por erosão e,
consequentemente, perdas de nutrientes e outros insumos. Além de evitar
perdas de insumos, como adubos, corretivos e sementes, os produtores obtêm
vantagens econômicas, devido à redução dos custos das lavouras. Com o
monitoramento deste sistema, ao longo do tempo, também foram sendo
observadas alterações benéficas de ordem química, física e biológica no solo,
13
o que o levou a ser conduzido como uma prática que pode auxiliar na
preservação ambiental, garantir a produtividade das culturas e a
sustentabilidade dos agroecosistemas.
A mudança do sistema de preparo convencional de solo para o
sistema plantio direto provoca alterações nos aspectos químicos do solo,
podendo-se salientar alterações nas concentrações de íons, no teor de matéria
orgânica e nas frações que a compõem. O grau destas alterações também
pode ser uma função dos sistemas de culturas adotadas, devido à quantidade
e à qualidade dos resíduos adicionados, bem como à variabilidade de toda
atividade metabólica de diferentes espécies de plantas. Isto tudo se reflete em
mudanças no ambiente do sistema radicular de plantas.
No sistema plantio direto pode ocorrer redução da toxidez de
alumínio devido ao aumento nos teores de matéria orgânica, cálcio e fósforo.
O silício também pode contribuir com a redução da toxidez de alumínio neste
sistema. O silício não é considerado um elemento essencial às plantas, porém
pode ser considerado um elemento benéfico atuando na redução de estresses
bióticos e abióticos, incluindo o estresse provocado pela toxidez de alumínio.
O objetivo geral deste trabalho é estudar as interrelações que
ocorrem entre alumínio e silício na solução de solo e na planta, conhecer
melhor os mecanismos que influenciam o desenvolvimento das culturas e
como o componente genético de diferentes cultivares responde ao ambiente
do sistema radicular.
Para o desenvolvimento deste trabalho, foram realizados dois
estudos. O primeiro, realizado no campo, teve o objetivo de verificar como os
sistemas de preparo e de culturas influenciam a composição da solução de
solo, enfocando principalmente a relação silício-alumínio. O segundo estudo,
em casa de vegetação,visou verificar a relação silício-alumínio no crescimento
de genótipos de milho.
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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
No sistema de preparo convencional ocorre uma periódica
uniformização da camada arável do solo até a profundidade de 15 a 20 cm.
Esta uniformização ocorre devido à utilização de implementos agrícolas para o
preparo do solo com consequente incorporação de adubos e corretivos.
No sistema plantio direto, ocorre o acúmulo de resíduos, adubos e
corretivos na camada superficial do solo, devido à sua não mobilização,
determinando a formação de gradientes, no sentido vertical, no teor de
elementos e matéria orgânica.
15
Os sistemas de preparo do solo, associados aos sistemas de
culturas, provocam alterações nas concentrações de íons, que podem
influenciar a toxidez de alumínio às plantas.
Nesta revisão será dada ênfase às alterações químicas que os
sistemas de manejo provocam na dinâmica de alumínio e silício no sistema
solo-planta e os efeitos do cálcio, alumínio e silício no crescimento e
desenvolvimento das plantas.
2.1. Acidez como limitação química ao crescimento e
desenvolvimento das plantas
A acidez é a maior limitação química para a produtividade de muitos
solos (McBride, 1994). A baixa produtividade das culturas que crescem em
solos ácidos é devido à combinação da toxidez de alumínio, manganês ou
ferro e a deficiência de nitrogênio, fósforo, cálcio, magnésio, potássio ou de
alguns micronutrientes. Muito deste estresse mineral está relacionado ao
material de origem do solo. Os processos de formação de solo e fatores
climáticos também contribuem para este problema. Práticas de manejo como
aplicação de fertilizantes nitrogenados, remoção de cátions pela retirada de
culturas, cultivos de leguminosas também resultam no abaixamento natural do
pH do solo (Baligar & Fageria, 1997).
O sistema plantio direto promove a formação de uma frente de
acidificação, caracterizada pelo menor pH da camada superficial do solo
(Kochhann, 1990). Alterações de pH no solo em sistema plantio direto afetam a
solubilidade de alumínio, alterando sua absorção pelas plantas (Blenvins et al.,
1983). Por outro lado, o incremento de matéria orgânica, neste sistema, pode
promover a redução da toxidez de alumínio devido ao fenômeno de
complexação de superfície (Sposito, 1989) e de complexação na solução de
solo (Hue et al.,1986). O alumínio interage com os ácidos orgânicos de baixo
peso molecular, ácidos húmicos e ácidos fúlvicos para formar complexos
orgânicos solúveis ou insolúveis, dependendo do tipo e natureza do ácido e do
pH do meio (Huang, 1988).
Outras características do sistema plantio direto, como aumento do
teor de fósforo (Muzilli, 1983), estratificação dos cátions cálcio e magnésio no
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perfil do solo, com maiores teores nas camadas superficiais (Ismail et al.,
1994) e aumento do teor de silício, podem estar atuando como mecanismos
complementares na redução da toxidez de alumínio para as plantas. Estes
íons podem apresentar um menor efeito na complexação do alumínio na
solução de solo, mas podem ter efeito complementar importante na redução da
toxidez na planta, bem como influenciar outros processos fisiológicos.
O estresse nutricional decorrente da deficiência ou do excesso de
nutrientes ou de elementos químicos que interferem com o metabolismo
vegetal é importante fator na redução da produtividade agrícola mundial,
notadamente em solos de baixa fertilidade e elevada acidez. A busca por
plantas adaptadas aos solos ácidos tem sido justificada pela ampla
variabilidade inter e intra-específica existente para a maioria dos estresses
nutricionais que interferem nos processos de absorção, transporte e utilização
de nutrientes pelas plantas. Existem exemplos de bons resultados no
melhoramento genético de milho, sorgo e trigo, envolvendo a adaptação de
plantas aos estresses nutricionais, ou seja, a eficiência a nutrientes,
principalmente ao fósforo, ou a tolerância ao alumínio (Dechen et al., 1999).
Além da aplicação de corretivos da acidez e a utilização racional de adubos, o
emprego de genótipos adaptados é uma estratégia para o manejo integrado
dos cultivos em solos ácidos.
2.2. Toxidez de alumínio
O alumínio, ao ser liberado dos minerais para a solução de solo,
causa problemas de fitotoxidez às plantas. A toxidez de alumínio tem sido
identificada como um dos mais importantes fatores limitantes do crescimento e
desenvolvimento das plantas em solos ácidos (Foy & Brown, 1964). Os
sintomas de toxidez de alumínio não são claramente diagnosticados na parte
aérea das plantas, pois são similares às deficiências de nutrientes.
Provavelmente isto ocorre porque o alumínio pode interferir na absorção,
translocação e uso de fósforo, cálcio e magnésio (Fageria et al., 1988 e
Furlani, 1989). A absorção de alumínio pelas plantas afeta as células e suas
organelas, morfologicamente, citogeneticamente e fisiologicamente,
prejudicando principalmente o crescimento do sistema radicular (Wagatsuma
et al. 1995).
17
O sintoma mais visível de toxidez de alumínio às plantas é a
redução do crescimento do sistema radicular. As raízes apresentam um
desenvolvimento característico nas extremidades, região meristemática,
tornando engrossadas, com coloração marrom, quebradiças, curtas e com o
aspecto coralóide.
A redução do crescimento do sistema radicular pode ser causada
por mecanismos diferentes, onde o alumínio pode atuar fora ou no interior das
células das plantas. O alumínio atinge a superfície das raízes por difusão ou
por fluxo de massa. Pode entrar no espaço livre aparente das células corticais
e se concentrar nas células epidérmicas do ápice das raízes (Taylor, 1988).
Neste caso, o alumínio pode se ligar às cargas negativas da parede celular,
originadas da desprotonação de grupos carboxílicos da pectina, aumentando a
rigidez da matriz de pectina, impedindo que ocorra a expansão celular,
podendo ocorrer o rompimento das células da epiderme das raízes devido a
pressão que as demais células exercem.
O alumínio pode se ligar às cargas negativas da membrana
plasmática, originadas da desprotonação de grupamentos hidroxílicos e
carboxílicos das proteínas e de grupos fosfatos dos fosfolipídios. Assim, o
alumínio pode alterar a estrutura e o funcionamento da membrana plasmática.
O alumínio também pode penetrar no interior da célula, no
simplasto, alterando processos fisiológicos e bioquímicos das plantas. A
metade do alumínio total encontrado no ápice das raízes pode estar localizada
no simplasto (Ryan et al., 1995). A entrada de alumínio para o interior da
célula pode ocorrer por diferentes mecanismos. Um dos mecanismos
propostos é a endocitose de Al+3 ligado à membrana plasmática ou a
endocitose de complexos com alumínio. Outro mecanismo proposto é sua
entrada pelos canais de íons, onde o transporte de alumínio ocorre através de
proteínas carregadoras da membrana plasmática (Rengel, 1992). A enzima
ATPase reduz o ATP e ocorre a extrusão de prótons das células criando um
gradiente de potencial eletroquímico na membrana plasmática, sensibilizando
as proteínas carregadoras de íons. O alumínio se liga a estas proteínas e é
carregado para o interior da célula. O alumínio também pode penetrar por
lesões provocadas por estresse (Delhaize & Ryan, 1995).
18
No simplasto, onde o pH está ao redor de 6,5 a 7,5 e associado a
grande quantidade de ligantes, a concentração de Al+3 pode ser muito baixa.
Portanto, se o alumínio no simplasto pode ser tóxico, pode-se supor que a
causa da toxidez resulta da formação de complexos alumínio-ligante, ou seja,
o alumínio pode inibir as funções vitais dos ligantes aos quais se liga
(enzimas, calmodulina, ATP ou DNA), ou também o complexo alumínio-ligante
pode influenciar outros processos metabólicos.
2.3. Silício e alumínio no sistema solo-planta
O silício é o mais abundante e estável elemento na litosfera, mas
sob condições específicas pode ser dissolvido e transportado. Todos os
minerais silicatados possuem tetraedros de SiO4. Quartzo (SiO2) é o mais
resistente mineral do solo, no entanto formas mal crislalizadas de silicato
contribuem para a capacidade de troca de ânions (Pais & Jones, 1997).
Na solução de solo, quando o pH situa-se abaixo de 9,0, o silício
prevalece na forma de ácido monosilísico (Si (OH)4). A solubilidade do silício
em água é em torno 2 mmol dm-3. A sua concentração na solução de solo varia
entre 0,1 a 0,6 mmol dm-3. Altas concentrações de Si indicariam a
supersaturação de Si (OH)4 ou a parcial polimerização do ácido monosilísico
(Marschner, 1995).
A solubilidade de silício no solo não é afetada apenas pela
presença de polimorfos de sílica, mas também por complexos orgânicos, íons
metálicos, filossilicatos, sesquióxidos e pela química da interface solo-solução.
Na presença de moléculas orgânicas, tem sido demonstrado um aumento na
dissolução de silício, em contrapartida também é comentado o efeito protetor
de compostos orgânicos na dissolução de sílica (Drees et al., 1989).
Mudanças na umidade do solo pode influenciar a concentração de
silício na solução do solo mais prontamente que outros processos. A
significância deste processo pode ser no microambiente, ao redor de
partículas individuais, ou em relação ao contato particula-particula. As reações
de dessorção e adsorção são cineticamente mais favoráveis do que reações
de dissolução e precipitação (Drees et al., 1989).
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Browne & Driscoll (1992) descreveram a formação de três
complexos solúveis entre silício e alumínio e demonstraram que em águas
naturais 95% do total do alumínio mononuclear inorgânico estava formando
complexos com o silício, evidenciando que na solução de solo também pode
ocorrer a formação de complexos entre silício e alumínio.
As plantas diferem na sua capacidade de absorver silício. De acordo
com o teor de silício nas plantas, estas podem ser divididas em dois
grupos.Um grupo de plantas, onde estão incluídas as gramíneas, apresentam
de 7 a 8% de silício. Outro grupo, onde estão incluídas as leguminosas,
apresentam menos de 0,25% de silício. Outra classificação divide as plantas
em acumuladoras, intermediárias e não acumuladoras de silício (Marschner,
1995). Alguns estudos (Galvez et al., 1987 e Clark & Gourley, 1988) foram
realizados sobre o efeito do silício no crescimento de plantas sob condições de
toxidez de alumínio. Estes estudos indicaram que o silício diminui a toxidez de
alumínio, não somente por diminuir a atividade do Al3+ na solução, mas
também por reduzir a sua toxidez. É possível que ocorra a formação de
compostos de aluminosilicatos na parede celular de córtex de raízes, inibindo
a absorção de alumínio ao protoplasma. O silício pode provocar alterações no
balanço de ânions absorvidos pelas plantas, consequentemente provocando
liberação de OH- e aumentando o pH rizosférico. Além do mais, como foi
demonstrado por Barcelo et al. (1993), a presença de alumínio e silício em
solução pode provocar alterações nas concentrações de ácidos orgânicos no
interior de raízes de teosinto (Zea mays L. ssp. mexicana ), diminuindo a
toxidez de alumínio devido à sua complexação interna por ácidos orgânicos.
2.4. Fósforo e alumínio no sistema solo-planta
A quantidade total de fósforo no solo tem pouca ou nenhuma
relação com a disponibilidade de fósforo para as plantas. Com isso, o
entendimento das relações e interações de várias formas de fósforo no solo e
os fatores que influenciam a disponibilidade deste elemento para as plantas é
essencial para um eficiente manejo deste nutriente.
A manutenção do teor de fósforo na solução de solo ocorre por
frações orgânicas e inorgânicas de fósforo (Tisdale et al.,1993). Os minerais
20
de fósforo se dissolvem liberando H2PO4- e HPO4
2-. Este fósforo inorgânico
liberado pode se ligar diretamente com óxidos de ferro e alumínio, e
indiretamente através da formação de pontes com cátions, ou pode ser
liberado para controlar a concentração na solução de solo. O fósforo orgânico
é produto da decomposição microbiana de resíduos de plantas contendo
fósforo. Permanecendo em solução, alguns destes compostos orgânicos de
fósforo podem ser absorvidos pelas plantas, ou também pode ocorrer nova
decomposição microbiana liberando íons fosfatos.
Na solução de solo, os complexos com fosfato são pouco
estudados, pois é difícil sua caracterização. Devido à forte afinidade entre
alumínio e fósforo em solução, íons fosfatos podem ser rapidamente
convertidos a formas insolúveis de fosfato de alumínio. Este processo é
especialmente importante em solos ácidos, onde ocorrem altas concentrações
de alumínio em solução. O alumínio também pode atuar como ponte de ligação
de ácidos orgânicos e argilominerais com os ânions fosfato, podendo
insolubilizá-lo e torná-lo indisponível para a absorção pelas plantas (Lindsay &
Walthall, 1995).
A maior concentração de fósforo disponível no sistema plantio direto
ocorre devido à ciclagem de nutrientes, onde os resíduos são deixados na
superfície do solo, e, principalmente, porque os adubos são adicionados
continuamente na superfície do solo.
A maior solubilidade de fosfato de alumínio e a maior absorção de
fósforo por plantas de milho foram obtidas em soluções que continham ácidos
húmicos e fúlvicos, sendo que na ausência destes ácidos o fósforo
permaneceu complexado com alumínio e as plantas apresentaram deficiência
de fósforo (Lombartini et al., 1998). No sistema plantio direto, além da
presença de ácidos orgânicos, a presença de ácido silícico pode influenciar o
estabelecimento de um equilíbrio para os fosfatos de alumínio insolúveis.
Luciuk & Huang (1974) demonstraram o efeito do silício na solubilização de
hidróxido de alumínio. Estes autores comentaram a necessidade de verificar a
relação entre silício e alumínio e o efeito na liberação ou fixação de fósforo e
compostos orgânicos.
21
2.5. Cálcio, alumínio e silício no sistema solo-planta
A quantidade de cálcio disponível para as plantas na solução de
solo é regulada pelo equilíbrio estabelecido com o cálcio trocável. Os teores
de cálcio na solução de solo são determinados pelas interações de fatores
como o grau de saturação de cálcio nos sítios de troca, presença de outros
cátions, natureza das ligações com o sítio de troca e presença de ânions em
solução (Barber, 1995).
O cálcio é absorvido na forma de íon Ca2+. Na planta o cálcio tem
funções importantes como componente da parede celular, envolvimento na
permeabilidade de membrana celular, divisão e expansão celular e como
cofator de enzimas. O cálcio combina-se com o ácido péctico na lamela média
da parede celular vegetal e tem efeito direto nas propriedades físicas das
membranas celulares. Quando ha uma deficiência de cálcio, as membranas
perdem sua integridade e os solutos extravasam (Ryan et al., 1997).
Além de sua função como componente estrutural, o cálcio tem uma
função importante como mensageiro secundário na condução de sinais de
fatores do ambiente (McAinsh & Hetherington,1998), e respostas das plantas
em termos de crescimento e desenvolvimento. Por isso, alterações nas
concentrações de cálcio no ambiente podem influenciar significativamente o
desenvolvimento de plantas.
No apoplasto, parte do cálcio está firmemente ligado nas estruturas,
outra parte se encontra na superfície de troca na parede celular e na superfície
exterior da membrana plasmática. A concentração de cálcio no citosol é muito
baixa, pois a maior parte permanece armazenada em vacúolos. As
concentrações baixas de cálcio no citosol são importantes para evitar a
formação de sais insolúveis a partir de ATP e fosfatos orgânicos e também
para evitar a inibição da atividade de certas enzimas presentes neste meio
(Rengel, 1992).
No sistema plantio direto, pode ocorrer maior concentração de
cálcio nas camadas superficiais do solo (Ismail et al., 1994). A maior
concentração de cálcio assume um papel importante na redução do efeito da
toxidez de alumínio para as plantas. O alumínio diminui o influxo de cálcio. A
inibição do influxo ocorre em poucos minutos e pode ser atribuída ao efeito
22
direto do alumínio sobre as proteínas carregadoras, bloqueando os canais de
cálcio, ou pela interrupção de processos enzimáticos (Marschner, 1995). Como
um dos mecanismos de toxidez de alumínio está relacionado com sua ação
nas cargas negativas da parede celular e membrana plasmática, Kinraide &
Parker (1987) demonstraram que cátions divalentes, como o Ca+2, são efetivos
na redução dos efeitos tóxicos do alumínio.
É possível que o silício reduza a toxidez de alumínio indiretamente
através de seu efeito na absorção e transporte de cálcio. Hodson & Sangster
(1993) observaram que a concentração de cálcio na parede celular do córtex
das raízes de Sorghum bicolor foi reduzida quando as plantas cresceram em
solução tratamento contendo 0,1 mmol dm-3 de alumínio. Quando as plantas
cresceram em uma solução tratamento contendo 0,1 mmol dm-3 de alumínio e
2,8 mmol dm-3 de silício, a concentração de cálcio na parede celular foi
superior ao controle. O mecanismo pelo qual o silício promove o aumento da
absorção de cálcio não está claro.
Diante dos aspectos abordados, este trabalho propõe estudos que
visam o maior esclarecimento dos mecanismos que influenciam o crescimento
e desenvolvimento de plantas de milho no sistema plantio direto, no que diz
respeito às relações estabelecidas entre alumínio, silício e cálcio.
A primeira hipótese deste trabalho é que no sistema plantio direto,
devido ao acúmulo de resíduos na superfície e a utilização de culturas que
incluem gramíneas, ocorre aumento nos teores de cálcio,fósforo e silício e
alterações nos teores de alumínio na solução de solo, em relação ao sistema
de preparo convencional. As alterações das características químicas de solo
podem promover a redução da toxidez de alumínio. Com isso a segunda
hipótese deste trabalho é que o aumento da concentração de silício contribui
para a redução dos sintomas de toxidez de alumínio. Esta redução ocorre
porque o silício ao formar complexos com o alumínio aumenta a relação
cálcio/alumínio reduzindo o efeito deste elemento nos processos de divisão
celular na região meristemática das raízes.
23
24
3. TESTES PRELIMINARES
Foram necessários desenvolver testes preliminares que
possibilitassem responder questões determinantes para o desenvolvimento
deste trabalho. O primeiro teste preliminar foi realizado para verificar a
metodologia adequada para a extração de solução de solo se aproximasse às
condições de campo. O segundo teste preliminar foi realizado para verificar se
os genótipos de milho absorviam e acumulavam silício, visto que a maior parte
dos estudos que envolvem silício e alumínio foram realizados com arroz e
cana-de-açúcar, plantas que acumulam grandes quantidades de silício. O
terceiro teste preliminar foi realizado para verificar as concentrações
adequadas de cálcio e alumínio para a realização de bioensaios. O quarto e
ultimo teste preliminar foi realizado com o objetivo de selecionar genótipos
tolerantes e sensíveis à toxidez de alumínio para realização dos estudos para
verificar a relação silício alumínio.
3.1. Metodologia para extração de solução de solo
3.1.1. Introdução
O solo é composto por três fases, sólida, líquida e gasosa. A
solução de solo é a fase líquida do solo, a qual está ligada às fases gasosa e
sólida, transportando energia e matéria (Suarez, 1998). Outra definição de
solução de solo (Soil Society of América, 1965) diz que é a fase aquosa do
solo, e seus solutos consistem de íons dissociados de partículas de solo e
outros materiais solúveis. A solução de solo é uma solução diluída de íons e
moléculas em equilíbrio com as fases sólida e gasosa, onde ocorre a maioria
das reações químicas do solo.
As plantas devem ser supridas adequadamente com nutrientes
durante o seu período de crescimento e desenvolvimento. Por isso as
concentrações de nutrientes na solução de solo devem ser mantidas em níveis
satisfatórios para as plantas. A disponibilidade de nutrientes para as plantas
depende de suas concentrações na solução de solo, da capacidade que o solo
25
tem de reposição destes nutrientes (Mengel & Kirkby, 1987) e das reações que
possam ocorrer entre íons e moléculas presentes na solução de solo.
Adams (1974) discorre amplamente a respeito dos diferentes
métodos de obtenção da solução de solo. Nesta revisão, o autor aborda o
método de deslocamento em colunas, como o método de extração de solução
de solo que mais se aproximaria da verdadeira solução de solo. Porém este
método consome muito tempo, é difícil, porque exige experiência no
adensamento do solo nas colunas, requer que o solo se encontre em uma
umidade adequada de campo (Sparks, 1995), e deve ser realizado
rapidamente, em um período que não ultrapasse de 8 a 10 horas, para que a
atividade microbiana não altere a composição da solução de solo (Adams,
1972). Quando é necessário realizar amostragens de camadas superficiais de
solo, como de 0,0 a 5,0 cm, em experimentos de campo, sua utilização se
torna bastante difícil por necessitar uma grande quantidade de solo. Como o
método de deslocamento em colunas tem desvantagens operacionais, outros
métodos têm sido desenvolvidos e calibrados a partir deste. Um método de
extração de solução de solo utilizado para determinações analíticas de
parâmetros químicos é o método descrito por Elkahatib et. al. (1987), adaptado
por Fernandes (1989). Neste método as amostras de solo são coletadas,
secas, moídas, reumidecidas e após são centrifugadas para a extração da
solução de solo. Este método tem a vantagem de ser rápido, de fácil execução
e de necessitar menores quantidades de solo. Para os estudos de
caracterização de solução de solo que envolvem a determinação de elementos
químicos, como o carbono, silício e alumínio procurou-se utilizar um método
prático, como o método de centrifugação, e que fosse o mais próximo possível
às condições de campo. Para isso, utilizou-se um método que envolve a coleta
de amostras indeformadas e comparou-o com o método de centrifugação
adaptado por Fernandes (1989).
3.1.2. Hipótese
26
A manipulação das amostras de solo realizadas na metodologia
descrita por Elkahatib et al. (1987), adaptada por Fernandes (1989),(amostra
deformada) promove alterações em parâmetros químicos, quando comparada
com metodologia de extração de solução de solo por centrifugação de
amostras indeformadas, provenientes diretamente de uma condição de campo.
3.1.3. Objetivo
Comparar dois métodos de extração de solução de solo, onde o
método de extração de solução de solo descrita por Elkahatib et al. (1987),
adaptado por Fernandes (1989),(amostra deformada) a partir de amostras de
solo seco, foi comparado com metodologia desenvolvida a partir da extração
de solução por centrifugação de amostras indeformadas de solo úmido em
condição de campo.
3.1.4. Material e métodos
O solo utilizado foi um planossolo arenoso localizado na área
experimental do Departamento de Plantas de Lavoura no Campus da
Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Logo após uma precipitação de 40 mm, foram demarcadas três área
a experimentais de 1 m2 cada, sendo posteriormente cobertas com uma lona
plástica preta durante 24 horas para estabelecer o equilíbrio solo-solução. As
áreas foram divididas em quatro quadrantes para compor quatro repetições.
As amostras foram coletadas na profundidade de 0,0 - 5,0 cm, pois
esta profundidade foi utilizada para efetuar as amostragens no estudo
subsequente. Para o método de amostra indeformada foi utilizado um calador
de aço inóx de 25 mm de diâmetro por 100 mm de altura possuindo um êmbolo
interno para auxiliar a retirada das amostras indeformadas. As amostras de
solo foram retiradas em número de 20 subamostras por quadrante, compondo
uma repetição. Cada amostra retirada foi colocada diretamente em tubos de
PVC de 25 mm de diâmetro por 70 mm de altura com o fundo de papel filtro
analítico (nº 42). Os tubos foram levados imediatamente para o laboratório de
Química do Solo do Departamento de Solos, para extração de solução de solo.
As amostras indeformadas apresentaram umidade gravimétrica de 20%. No
27
método de amostras deformadas, foi utilizada uma pá de corte para coleta das
amostras de solo na mesma profundidade que no método de amostras
indeformadas. Foi retirada uma subamostra por quadrante, compondo uma
repetição. As amostras foram acondicionadas em bandejas plásticas e
colocadas para secar ao ar, na sombra. Após secas foram moídas em graal de
porcelana e peneiradas em peneiras de 2 mm. As amostras secas e moídas
foram acondicionadas em sacos plásticos para proceder a extração da solução
de solo e análises químicas.
A extração da solução de solo, no método de amostras
indeformadas, foi realizada por centrifugação a 4.000 rpm durante 30 minutos.
A solução extraída foi colocada em tubos de ensaio para realização das
análises químicas. No método 2 a extração da solução de solo foi realizada
segundo a metodologia descrita por Elkahaitib et al. (1987), adaptada por
Fernandes (1989). O procedimento consiste em colocar 28 g de solo em tubos
de PVC de 20 mm de diâmetro por 70 mm de altura com fundo de papel
analítico (nº 42). Estes tubos foram colocados em copos de 50 ml, com água
destilada o que permitiu o solo atingir 20% de umidade gravimétrica, com
absorção por capilaridade. Os tubos foram deixados 12 horas para equilibrar, e
em seguida foi extraída a solução por centrifugação a 4.000 rpm durante 30
minutos. Com o objetivo de comparar o efeito do tempo de equilíbrio entre solo
e solução de solo sobre os parâmetros químicos, outras baterias de tubos
foram deixadas em equilíbrio por 24, 48 e 96 horas. As soluções extraídas
foram colocadas em tubos de ensaio para realização de análises químicas.
Foram extraídas soluções de oito subamostras por repetição.
Para comparação dos métodos de extração de solução de solo
foram avaliados os seguintes parâmetros químicos na solução: pH,
condutividade elétrica, cálcio, magnésio, sódio, potássio, carbono e silício.
Para a comparação do efeito do tempo sobre o equilíbrio entre solo
e solução de solo foram avaliados os seguintes parâmetros químicos na
solução: pH, carbono e silício.
Imediatamente após a extração da solução de solo, determinou-se o
pH com eletrodo de vidro e a condutividade elétrica (C.E).
28
Os teores de cálcio e magnésio foram determinados por
espectofotômetro de absorção atômica, e de sódio e potássio por fotômetro de
emissão, segundo metodologia descrita por Tedesco et al. (1985).
O carbono orgânico solúvel foi determinado por colorimetria,
segundo metodologia descrita por Fernandes (1989) e calibrado pelo método
de Tinsley (1950) para os solos do Rio Grande do Sul. O silício foi
determinado por colorimetria conforme Hallmark, et al., 1982.
O delineamento experimental foi de blocos casualizado com três
blocos e quatro repetições. Os parâmetros foram avaliados e as médias
comparadas através da análise de variância complementada pelo teste de
comparações múltiplas deTukey, ao nível de 5% de significância. O programa
estatístico utilizado foi SANEST.
3.1.5. Resultados e discussão
O método de amostras indeformadas de extração de solução de
solo teve como característica favorável a rapidez e praticidade na coleta das
amostras indeformadas com o calador de inóx. O calador de inóx foi eficiente
para a retirada de monolitos indeformados de solo de 50 mm de profundidade
por 25 mm de diâmetro. Cabe salientar como desvantagem deste método, a
necessidade de umidade adequada do solo (capacidade de campo) para que
não ocorram deformações na retirada da amostra e para permitir a extração da
solução de solo.
Os resultados dos dois métodos de extração de solução de solo
estão descritos na Tabela 1. Para os parâmetros químicos avaliados na
solução de solo, pelos dois métodos, houve diferenças significativas para os
valores de pH, sódio, silício, e carbono. Para os demais parâmetros não houve
diferenças significativas. O método de amostras deformadas foi desenvolvido e
calibrado a partir do método clássico de extração de solução de solo por
deslocamento em coluna (Elkahaitib et al. ,1987; Fernandes, 1989) e não seria
esperada maior diferença em relação ao método de amostras indeformadas,
que se baseia em verificar o verdadeiro equilíbrio que ocorre em condições de
campo, com a menor interferência e mobilização possível das amostras.
29
TABELA 1. Composição química da solução de solo de um planossolo por dois métodos de extração de solução.
Método pH CE Ca Mg Na K Si COS ds m-1 ................ mmol dm-3 ............... mg L-1
Amostras indeformadas
4,6ab 0,19a 0,23a 0,36a 0,19a 0,42a 0,47a 50,0 a
Amostras deformadas
5,6a 0,16a 0,22a 0,43a 0,10 b 0,41a 0,29 b 28,1 b
Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível de significância de 5% pelo teste de Tukey.
As diferenças nos valores de pH, silício e carbono devem ter
ocorrido devido à secagem do solo, no método de amostras deformadas,
seguido do reumedecimento das amostras para só então após estabelecer um
novo equilíbrio e proceder a extração da solução de solo. Esta manipulação
das amostras também pode ter possibilitado o aumento da oxidação de
carbono, provocando redução de suas concentrações na solução de solo.
No método de amostras indeformadas, o equilíbrio entre o solo e a
solução de solo é pouco alterado em relação à condição de campo no
momento da coleta das amostras indeformadas. Em relação às diferenças de
pH entre os métodos de extração de solução de solo, estas não explicam as
diferenças no teor de silício, pois a solubilidade da sílica, tanto amorfa como
cristalina são essencialmente constantes entre a faixa de pH de 2,0 à 8,5
(Drees et al., 1989). Por outro lado, as diferenças nos teores de carbono
podem explicar, em parte, as diferenças nos teores de silício na solução de
solo. Na presença de moléculas orgânicas, tem se verificado aumento na
dissolução de sílica (Drees et al., 1989). Além de promover a liberação de
silício para a solução de solo, os compostos orgânicos podem retardar a
adsorção de silício aos componentes do solo. A dissolução de silício é maior
na zona de raízes, onde a produção de complexos orgânicos aumenta a taxa
de dissolução de silício (Drees et al., 1989). Por outro lado à taxa de
dissolução de silício pode ser diminuída na presença de carbono orgânico,
pelo fato de recobrir a superfície das partículas de sílica, formando uma capa
30
de proteção. Com isso pode-se dizer que não é somente a presença de
carbono orgânico que influencia, mas principalmente a espécie de carbono,
que irá influenciar diretamente na energia das ligações. Neste estudo (Tabela
1), o maior teor de silício encontrado no método de amostras indeformadas
pode estar relacionada com o maior teor de carbono, que, por sua vez, pode
estar influenciando no equilíbrio do silício entre a fração sólida e solução de
solo.
O tempo de equilíbrio de 24 horas foi o tempo necessário para o
solo atingir o equilíbrio entre solo e solução de solo para os teores de silício
obtidos através do método de amostras deformadas. Para os tempos de
equilíbrio acima de 24 horas não foram observadas alterações nos teores de
silício e nos valores de pH na solução de solo, mas houve um decréscimo nos
teores de carbono (Tabela 2). A solubilidade de silício pode não ser afetada
somente pela presença de carbono orgânico, mas também pode ser função da
composição química da solução, da área superficial das partículas, do
conteúdo de água no solo e do tempo de equilíbrio entre a fração sólida e
solução de solo.
Neste estudo ha evidências que as diferenças nos parâmetros
químicos avaliados ocorreram devido à manipulação das amostras.
TABELA 2. Composição química parcial da solução de solo de um Planossolo em diferentes tempos de equilíbrio entre solo e solução, obtida através do método de amostras deformadas.
Tempo pH Si COS (horas) mmol dm-3 mg L-1
12 5,6 a 0,29 b 28,1 a 24 5,4 a 0,65 a 25,9 a 48 5,2 a 0,72 a <0,00 b 96 5,2 a 0,67 a <0,00 b Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível de significância de 5% pelo teste de Tukey.
3.1.6. Conclusões
Para as avaliações dos cátions cálcio, magnésio e potássio, não
houve diferenças entre os métodos de extração de solução de solo. Houve
31
diferenças entre os métodos para os parâmetros químicos de pH, silício e
carbono na solução de solo.
Para o método de amostras deformadas, com destruição da
estrutura do solo, o tempo de equilíbrio entre solo e solução de solo
necessário para o teor de silício apresentar um valor constante foi de 24 horas.
O método de amostras indeformadas, sem destruição da estrutura
do solo, é o mais adequado para a realização dos estudos de caracterização
de solução de solo a campo, atendendo os critérios de fácil operacionalização.
3.2. Absorção de silício por genótipos de milho em solução
nutritiva
3.2.1. Introdução
O silício é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre,
superado apenas pelo oxigênio. Na solução do solo, se encontra na espécie
de ácido monosilícico (Si(OH)4), a qual é absorvida pelas plantas (Marschner,
1995). Depois de absorvido o silício é translocado, juntamente com a água,
através do xilema, das raízes para as folhas, e a taxa de transpiração pode
afetar a quantidade de silício translocada para as folhas (Jones & Handreck,
1965). Com a saída da água pela transpiração, o silício polimeriza na parte
externa da parede celular na forma de um mineral amorfo de sílica,
denominada de opala biogênica (SiO2,nH2O) (Lanning et al.,1958).
As plantas diferem na sua capacidade de absorver silício.
Dependendo da sua quantidade na massa seca, podem ser classificadas em
plantas acumuladoras e não acumuladoras de silício. Entre as acumuladoras,
têm-se as gramíneas, como o arroz, que acumula de 5 a 8% de silício, e o trigo
que acumula de 0,5 a 1,5%. As leguminosas são um exemplo de plantas não
acumuladoras de silício, com menos de 0,25% do silício na massa seca
(Werner & Roth, 1983 e Menguel & Kirkby, 1987).
Miyake & Takahashi (1985) caracterizaram as plantas em três tipos
quanto à absorção de silício: - acumuladoras, com um teor bastante elevado
de silício, sendo o arroz e a cana-de-açúcar exemplos típicos deste grupo de
plantas; - intermediárias, que apresentam uma quantidade considerável de
silício, quando a concentração no meio é alta, onde as curcubitáceas e a soja
32
se enquadram, pois translocam o Si livremente das raízes para a parte aérea; -
não acumuladoras, que se caracterizam por um baixo teor de silício, mesmo
em altas concentrações deste elemento no meio, indicando a existência de um
mecanismo de exclusão.
Embora até hoje o mecanismo de absorção do silício não tenha sido
bem esclarecido, o fato das plantas acumularem silício além de sua taxa de
transpiração indica o envolvimento de um mecanismo de transporte ativo,
podendo envolver carregadores específicos (Marschner, 1995). Neste sentido,
Van Der Vorm (1980) mediu a absorção de silício em arroz, cana-de-açúcar,
trigo, girassol e soja, que cresceram em solução nutritiva variando a
concentração de silício. O autor verificou que com o aumento da concentração
de silício na solução nutritiva também aumentou a absorção de silício em todas
as plantas, e o fato de monocotiledôneas absorverem maiores quantidades de
silício que as calculadas por fluxo de massa (principalmente em baixas
concentrações, como 0,012 mmol dm-3) e as dicotiledôneas excluírem silício
(principalmente em altas concentrações, 2,67 mmol dm-3) indica um processo
de absorção ativo.
Devido à sua abundância na biosfera, a essencialidade deste
elemento como nutriente é difícil de ser determinada, além de que os próprios
conceitos de essencialidade esbarram nos avanços da microquímica, com
técnicas cada vez mais refinadas na remoção de contaminantes dos sais
nutrientes, e na própria natureza destes conceitos que são tão rígidos
(Epstein, 1994; Marschner, 1995). Porém, de acordo com os critérios de
essencialidade, o silício não é considerado um elemento essencial às plantas,
mas apresenta efeito benéfico no crescimento de plantas. Principalmente em
gramíneas, tem demonstrado aliviar estresses bióticos e abióticos (Epstein,
1994).
Estudos demonstram o efeito benéfico do silício, que atua na
modulação da biossíntese de lignina, também estando envolvido no
metabolismo de aminoácidos e proteínas. O silício, além de contribuir para a
rigidez da parede celular, também aumenta a elasticidade da parede celular
primária durante o crescimento das plantas. Outros efeitos associados ao
aumento de silício estão relacionados aos aumentos de ATP, ADP, açúcares,
33
clorofila e, consequentemente, da taxa fotossintética (Marschner, 1995). Estes
aspectos do efeito do silício podem favorecer o maior crescimento e
desenvolvimento de plantas, que pode ser mensurado através do aumento de
massa seca.
3.2.2. Hipótese
As plântulas de milho podem absorver silício e aumentar a produção
de matéria seca.
3.2.3. Objetivo
O objetivo deste trabalho foi o de verificar se o silício em solução
nutritiva é absorvido pelas plântulas de milho e se há efeito na produção de
matéria seca.
3.2.4. Material e métodos
O trabalho foi realizado em casa de vegetação no Departamento de
Solos da Faculdade de Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande do
Sul.
Foram utilizados quatro genótipos de milho Pionner: P3037, P3072,
P3069 e P3081. As sementes foram selecionadas e colocadas para germinar
em papel filtro, envoltas por duas placas de espuma e duas placas de isopor,
ambas com 1,0 cm de espessura por 8,0 x 10,0 cm. Estas placas foram unidas
por elástico e os conjuntos foram imersos em uma bandeja contendo uma
lâmina de água de 2,0 cm de altura. Ao apresentarem 3,0 cm de comprimento
de raiz, as plântulas foram selecionadas quanto à uniformidade de tamanho e
transplantadas para vasos de polietileno de 7,0 litros de capacidade, em
número de 14 plantas por vaso. Os vasos foram envoltos em papel alumínio e
conectados através de mangueiras de latex a um sistema de aeração. Utilizou-
se solução nutritiva contendo as seguintes concentrações (mol dm-3): Ca:
1000; Mg: 1000; K: 2000; NH4: 1000; NO3: 3000; P: 500; S: 1000; B: 23,0; Mn:
5,5; Zn: 1,5; Cu: 0,5; Mo: 0,1 e Fe: 90,0. O Fe foi adicionado na forma de
quelato (Fe - EDTA). Os tratamentos foram constituídos de solução nutritiva
com e sem silício. No tratamento com silício foi adicionado 1,0 g/7,0 L de
34
solução de sílica gel moída e peneirada em malha menor que 0,1 mm,
correspondendo a uma concentração total de 0,14 mmol dm-3 de Si. O pH
inicial dos tratamentos foi de 6,0 0,3. O pH foi mantido com adições de
NaOH, e a solução foi mantida sob arejamento constante durante o período
experimental de 20 dias.
Após 20 dias de cultivo foram coletadas a parte aérea e as raízes,
que foram acondicionadas em sacos de papel e postas para secar em estufa a
60°C por 72 horas. Após a secagem, foi determinado o peso seco da parte
aérea e das raízes. A seguir foi obtido o extrato aquoso da parte aérea para
posterior leitura de silício. O extrato aquoso foi obtido através da moagem da
parte aérea de cada amostra, de onde após a homogeneização foi retirada 1,0
g de matéria seca e acondicionada em copo plástico de 50,0 ml, onde foram
adicionados 4,0 ml de água destilada. Após a absorção da água pelo material
vegetal, este foi acondicionado em tubos de PVC de 7,5 cm de altura por 2,5
cm de diâmetro, sendo que, previamente, na base dos tubos foi colado papel
filtro Wattman 42. As amostras foram postas para equilibrar em geladeira por
24 horas, sendo após centrifugadas a 5.000 rpm por 30 minutos.
No extrato aquoso foram feitas as determinações do silício pelo
método de Hallmark, et al., 1982 adaptado. Foi colocado 1,0 ml de extrato
aquoso em copo plástico de 50,0 ml, adicionado-se 1,0 ml da solução H2SO4 -
0,5M, e misturado e adicionado 1 ml solução de molibdato de amônio 0,3M
ajustada com NaOH para pH 7,0. Após 2 minutos, foi adicionado 1,0 ml de
ácido tartárico a 20%. As amostras foram agitadas e após cinco 5 minutos foi
realizada leitura de absorbância a 400 nm. Os padrões utilizados para leitura
da curva de calibração foram de: 0, 1, 2, 4 e 8 mg.L -1 de silício em água.
O delineamento estatístico utilizado foi o de blocos completamente
casualizados, com duas repetições. Os dados de massa seca de raízes, parte
aérea e teores de silício foram submetidos à análise de variância e as médias
comparadas pelo teste de Duncan a 5%.
3.2.5. Resultados e discussão
A adição de silício na solução nutritiva aumentou significativamente
o teor de silício no extrato aquoso dos quatro genótipos de milho, sendo que a
35
cultivar P3037 apresentou valor significativamente superior aos demais
(Tabela 3.). A presença de silício no tratamento sem silício ocorreu devido à
abundância deste elemento na natureza e à dificuldade de se montar um
sistema onde o silício esteja totalmente ausente, pois a água destilada e
partículas presentes no próprio ar apresentam pequenas quantidades de
silício. Isto demonstra que mesmo sem adição de silício e a utilização de
materiais plásticos na condução do experimento podem ocorrer
contaminações. Esta questão sobre a dificuldade de se montar um sistema
sem a presença de silício é discutida por Epstein (1994), onde o autor comenta
a dificuldade de verificar a essencialidade do silício, pois é difícil criar e manter
um ambiente sem a presença deste elemento.
TABELA 3. Teor de silício no extrato aquoso da parte aérea de quatro genótipos de milho cultivados em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições.
Genótipos Teor Sem silício Com silício ..................... mg kg-1 .................... P3037 6,50 a B 35,89 a A P3072 5,81 ab B 28,78 b A P3069 5,10 ab B 27,40 b A P3081 3,97 b B 25,82 b A
Média 5,34 B 29,47 A Médias seguidas por letras distintas diferem entre si pelo teste Duncan (P<0,05), onde as minúsculas referem-se a diferença entre os genótipos e as maiúsculas entre os tratamentos sem e com silício. CV= 9,98 %.
Não houve diferenças (P<0,05) entre os tratamentos para os
diferentes genótipos e nem entre os genótipos na produção de matéria seca de
raízes (Tabela 4). Para a matéria seca da parte aérea, porém, houve
diferenças (P<0,05) entre as cultivares P3069 e P3081, que produziram mais
matéria seca em presença de silício. No tratamento sem silício, a cultivar
P3072 produziu maior quantidade de matéria seca que a cultivar P3037, não
se diferenciando das demais cultivares. No tratamento com silício, houve
diferença (P<0,05) somente em relação a cultivar P3037, que apresentou
36
menor produção de matéria seca em relação às demais cultivares (Tabela 5),
apesar de ser a cultivar que apresentou maior concentração de silício no
extrato aquoso (Tabela 3).
Estes resultados demonstram que os diferentes genótipos de milho,
na presença de silício, aumentam a concentração de silício no extrato aquoso.
Isso confirma que a planta de milho, como uma gramínea, pode ser
classificada também como uma planta acumuladora de silício (Werner & Roth,
1983), ou seja, aumentando a concentração de silício em solução, ocorre um
aumento na concentração de silício na planta. Barcelo et al. (1993), utilizando
teosinto (Zea mays L. ssp mexicana), Anderson et al. (1987), com cana de
açúcar e Barbosa et al. (1998), com arroz, verificaram que a adição de silício
provocou maior crescimento, desenvolvimento e produtividade das culturas.
TABELA 4. Matéria seca de raízes de quatro genótipos de milho cultivados em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições.
Genótipos Matéria seca Sem silício Com silício ........................... g ........................... P3037 0,86 aA 1,26 aA P3072 0,98 aA 0,96 aA P3069 1,06 aA 1,36 aA P3081 1,05 aA 1,11 aA
Média 0,99 A 1,17 A Médias seguidas por letras distintas diferem entre si pelo teste Duncan (P<0,05), onde as minúsculas referem-se a diferença entre os genótipos e as maiúsculas entre os tratamentos sem e com silício. CV= 25,0%. TABELA 5. Matéria seca da parte aérea de quatro genótipos de milho
cultivados em solução nutritiva sem e com silício. Média de quatro repetições.
Genótipos Matéria seca Sem silício Com silício .......................... g ......................... P3037 2,94 bA
3,23 bA
37
P3072 3,86 a A
4,27 a A P3069 3,50 ab B 4,24 a A P3081 3,37 ab B 3,98 a A
Média 3,42 B 3,93 A Médias seguidas por letras distintas diferem entre si Duncan (P<0,05), onde as minúsculas referem-se a diferença entre os genótipos e as maiúsculas entre os tratamentos sem e com silício. CV = 6,67%.
Embora todos os genótipos cultivados na solução nutritiva com
silício apresentaram maior teor de silício no extrato aquoso, somente dois
genótipos apresentaram maior produção de matéria seca. A variabilidade
genética entre indivíduos da mesma espécie pode não ter afetado o
mecanismo de absorção e transporte de silício; porém, pode ter afetado a
resposta ao teor de silício em termos de maior produção de matéria seca.
Como o aumento da produção de matéria seca, pelo aumento da concentração
de silício, pode envolver a influência de vários fatores (Snyder et al., 1987),
como as atuações em rotas metabólicas, precursores de constituintes da
parede celular, taxa fotosintética e taxa de transpiração (Marschner, 1995),
seria possível considerar que as influências do silício sejam diferentes entre
genótipos de uma mesma espécie.
3.2.6. Conclusões
Todos os genótipos de milho, quando cultivados em solução
nutritiva contendo silício, absorveram este elemento em quantidades
significativas, mas somente nos genótipos P 3069 e P 3081 o maior teor de
silício no extrato aquoso resultou em aumento da matéria seca da parte aérea
das plantas.
3.3. Concentração de cálcio e alumínio para testes de toxidez
de
alumínio com genótipos de milho em bioensaios
38
3.3.1 Introdução
O milho (Zea mays, L.) é uma planta C4 de origem tropical. É uma
das mais importantes culturas para a alimentação humana e animal. Na
América do Sul e América Central, geralmente o milho é cultivado em solos
ácidos. A baixa produtividade de milho em tais solos é devido à toxidez de
alumínio e manganês e deficiência de fósforo, cálcio e magnésio (Fageria et
al., 1988).
Os genótipos de milho diferem em relação à tolerância à acidez e
toxidez de alumínio, bem como na absorção e eficiência de utilização dos
nutrientes, resultando em diferenças na produtividade. Estas diferenças podem
ser relacionadas com o crescimento e desenvolvimento do sistema radicular
(Baligar et al., 1997). Pesquisas têm indicado que há uma relação entre
toxidez de alumínio e nutrição de cálcio. A variabilidade genética pode
influenciar esta relação, em função da sensibilidade e tolerância a alumínio e
respostas a nutrientes, com isso cabe enfatizar alguns aspectos do cálcio e do
alumínio na planta, bem como os mecanismos que se interrelacionam.
O cálcio é importante para a divisão e elongação celular, além de
ter importância na estrutura da parede celular e atuar como mensageiro
secundário em várias cascatas de reações bioquímicas. A absorção de cálcio
pelas raízes das plantas tem sido muito estudada e constatou-se ser restrita à
região da extremidade inferior da raiz, nos pontos de crescimento, onde ainda
não ocorreu a formação da faixa de Caspari, permitindo maior facilidade do
transporte radial do Ca via simplasto. O movimento através do apoplasto
também é mais favorecido em raízes jovens não suberizadas (Mengel & Kirkby,
1985).
A necessidade de cálcio para o crescimento de plantas pode ser
facilmente demonstrada pela interrupção do suprimento de cálcio para as
raízes. A taxa de crescimento das raízes das plantas é reduzida em poucas
horas (Marschner, 1995).
O alumínio provoca alterações na parede celular, desorganização
da membrana plasmática, inibição da absorção de íons, diminuição na divisão
e elongação celular e alterações nos processos fisiológicos da célula
(Kochiam, 1995). O principal sintoma de toxidez de alumínio é a redução do
39
crescimento do sistema radicular. As raízes tornam-se grossas, marrons e
quebradiças.
Ha uma interação entre cálcio e alumínio (Rengel,1992). O alumínio
pode bloquear os canais de cálcio na membrana plasmática. O bloqueio dos
canais de cálcio ocorre devido o alumínio apresentar uma ligação mais forte
com as proteínas da membrana plasmática do que o cálcio, provocando
mudanças na conformação protéica da membrana. Em estudos realizados por
Huang et al. (1996), o alumínio bloqueou os canais de cálcio tanto em
cultivares sensíveis de trigo quanto tolerantes. A diferença no transporte de
cálcio entre as cultivares, segundo o autor, ocorreu devido a um mecanismo da
planta que permitiu a exclusão do alumínio no ápice das raízes.
O uso de genótipos tolerantes ao alumínio é uma estratégia
freqüentemente utilizada para solos ácidos com alto teor de alumínio (Dellaize
& Ryan, 1995), e as técnicas de bioensaios, observando o crescimento do
sistema radicular em soluções nutritivas, são eficientes para selecionar estes
genótipos (Menosso, 1994) e estudar os mecanismos de toxidez de alumínio.
Determina-se como nível crítico de toxidez de alumínio para as
plantas a concentração de alumínio que provoca uma diminuição mínima de
10% no crescimento do sistema radicular (Pavan & Bingham, 1982). Estas
concentrações são consideradas tóxicas para as plantas. Por extensão,
qualquer concentração de cálcio que provoque uma restrição de no mínimo
10% do crescimento do sistema radicular é considerada deficiente.
3.3.2. Hipóteses
Deficiências de cálcio podem provocar sintomas semelhantes aos
de toxidez de alumínio em diferentes genótipos de milho.
Existe uma concentração de alumínio adequada para realizar
estudos de tolerância ao alumínio com diferentes genótipos de milho.
3.3.3. Objetivos
Os objetivos deste teste preliminar foram determinar a concentração
de cálcio que promove o máximo crescimento de raízes de milho e determinar
a concentração de alumínio que provoca restrição do crescimento de raízes,
40
possibilitando verificar diferenças entre os genótipos de milho quanto à toxidez
de alumínio e deficiência de cálcio, para que não ocorra confundimento dos
sintomas, garantindo que os efeitos de restrição do crescimento radiculares
sejam devido à presença de alumínio. Embora este efeito possa se dar por
restrição na absorção de cálcio.
3.3.4. Material e métodos
O trabalho constou de dois testes realizados em casa de vegetação
no Departamento de Solos da Faculdade de Agronomia da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul. Foram cultivados os genótipos de milho (Zea
Mays, L.) Pionner 3069 e 3072.
As sementes foram pré-germinadas e as plântulas transplantadas
conforme descrito no item 3.2.4.
Os tratamentos utilizados para o teste 1 foram 0,00; 0,25; 0,50; 1,00;
2,00; 4,00 mmol dm-3 de cálcio, adicionado na forma de CaCl2, e um tratamento
com solução nutritiva completa com as seguintes concentrações (mol.dm-3):
Ca: 1000; Mg: 1000; K: 2000; NH4: 1000; NO3: 3000; P: 500; S: 1000; B: 23,0;
Mn: 5,5; Zn: 1,5; Cu: 0,5; Mo: 0,1; Cl 0,1 e Fe: 90,0.
O teste 2 consistia na adição de concentrações de alumínio em
solução contendo uma concentração definida de cálcio. Os tratamentos
utilizados foram 0,000; 0,025 e 0,050 mmol dm-3 de alumínio, adicionado na
forma de AlCl3. Os tratamentos foram adicionados em solução de 2,00 mmol
dm-3 de cálcio (CaCl2).
Em todos os testes as soluções tiveram o pH ajustado e mantido em
4,00 0,05 com a adição de NaOH e/ou HCl. Nesta faixa de pH, o alumínio se
encontra predominantemente na espécie toxica Al+3.
Os cultivos dos genótipos de milho foram conduzidos por 48 horas,
sendo que o teste 2 apresentou uma segunda fase de condução por mais 48
horas. Esta fase consistia na retirada dos tratamentos e cultivo dos genótipos
em solução de 2,00 mmol dm-3 de cálcio, desprovida de alumínio.
Na instalação dos testes foi medido o comprimento inicial da raiz
principal (Ci) e, após 48 horas de cultivo, foi medido o comprimento final da
41
raiz principal (Cf1). Diminuindo o comprimento inicial do final obteve-se 1
comprimento, denominado de crescimento (Cf1 -Ci.= 1).
No teste 2, os genótipos continuaram por mais 48 horas em solução,
onde ao final foi medido o comprimento da raiz principal (CF2). Subtraindo o
comprimento final (CF2) do comprimento final (CF1) obteve-se 2 comprimento,
denominado de recrescimento (Cf2 -Cf1= 2).
O critério de seleção para determinar a concentração adequada de
cálcio para o crescimento de raiz principal foi a concentração de cálcio que
provocou uma restrição do crescimento da raiz principal menor do que 10% em
relação ao máximo crescimento. Para determinar a concentração de alumínio
adequada para os estudos os critérios foram os seguintes: (1) que a
concentração de alumínio tenha sido suficientemente alta para provocar uma
restrição de no mínimo 10% do crescimento da raiz principal, e (2) que tenha
sido suficientemente baixa para permitir o recrescimento da raiz principal e a
diferenciação entre os genótipos.
As unidades experimentais constituíram-se de vasos de polietileno
contendo 7 litros de solução tratamento e 15 plantas. O delineamento
experimental foi completamente casualizado com quatro repetições.
Ao final dos testes foram calculados os parâmetros estatísticos, que
caracterizaram a denominada população filial, para obtenção do número
adequando de plantas por repetição, conforme a equação:
n = [Z./d]2
onde: n= número de plantas por repetição; Z= distribuição normal;
= desvio padrão; d = semiamplitude do intervalo de confiança.
3.3.5. Resultados e discussão
No teste 1, os dois genótipos testados tiveram crescimento igual nos
níveis de cálcio de 0,00 até 4,00 mmol dm-3, mas houve diferenças entre as
concentrações de cálcio (Figura 1).
0
20
40
60
80
100
120
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Cálcio, mmol.dm-3
Cre
scim
ento
, %
P3069P3072
42
FIGURA 1. Crescimento de raiz principal de genótipos de milho cultivados por 48 horas em solução contendo diferentes concentrações de cálcio. A linha reta tracejada corresponde a média do crescimento de raízes dos genótipos de milho cultivados em solução nutritiva (SN).Médias de quatro repetições.
Considerando como 100% o valor do crescimento radicular de raiz
principal correspondente ao tratamento 4,00 mmol dm-3 de cálcio, a
concentração de 2,00 mmol dm-3 de cálcio já atingiu a fase de platô da curva
promovendo crescimento maior que 90% para ambos os genótipos. Abaixo da
concentração de 2,00 mmol dm-3, o cálcio foi limitante para o desenvolvimento
do sistema radicular das plantas. As raízes das plantas cultivadas em solução
com 0,00 e 0,25 mmol dm-3 de cálcio apresentaram aspectos de raízes
engrossadas, marrons e retorcidas, semelhantes aos efeitos provocados pela
toxidez de alumínio. Os sintomas de deficiência de cálcio na parte aérea, para
estas concentrações, consistiram na não expansão das folhas, com clorose
internerval e à medida que as plantas cresciam as pontas das folhas
permaneciam presas.
Para o teste 2, o crescimento de raízes de milho durante 48 horas
em solução com 2,00 mmol dm-3 de cálcio sem a presença de alumínio é
considerando como 100% do crescimento. A adição de 0,025 mmol dm-3 de
alumínio provocou redução no crescimento de 42 % para o genótipo P3069 e
52% para o genótipo P3072. A adição de 0,050 mmol dm-3 de alumínio
provocou uma redução de 66 e 65%, respectivamente, para o P3069 e P3072
(Figura 2). Houve redução do crescimento nos tratamentos com alumínio para
os dois genótipos de milho quando cultivados em solução de 2,00 mmol dm-3
de cálcio. Houve diferença entre os genótipos na concentração de 0,025 mmol
dm-3 de alumínio, onde o genótipo P3069 obteve menor redução no
crescimento em relação ao P3072. Esta menor sensibilidade do genótipo
P3069 pode também ser verificada no recrescimento, que foi maior nos
tratamentos com alumínio (Figura 3). Ma et al. (1997), observaram que 0,02
mmol dm-3 de alumínio provocou redução de 67% do crescimento de raízes de
milho com uma concentração de 0,10 mmol dm-3 de cálcio, ou seja, vinte vezes
menor do que a utilizada para este trabalho, demonstrando, que se deve
S N P3069
S N P3072
43
estabelecer uma concentração de cálcio e alumínio adequada para estudos
com os genótipos de milho utilizadas nos solos do estado do Rio Grande do
Sul.
Com o cálculo de parâmetros estatísticos obteve-se que o número
adequado de plantas por repetição é de 15.
FIGURA 2. Crescimento de raiz principal de genótipos de milho em solução com 2,00 mmol dm-3 de cálcio e diferentes concentrações de alumínio. Média de quatro repetições.
0
20
40
60
80
100
120
0 0,02 0,05Alumínio, mmol.dm -3
Cre
scim
ento
, %
P3069P3072
0
20
40
60
80
100
120
0 0,02 0,05Alumínio, mmol.dm-3
Rec
resc
imen
to, %
P3069P3072
44
FIGURA 3. Recrescimento de raiz principal de genótipos de milho em solução
com 2,00 mmol dm-3 de cálcio e diferentes concentrações de alumínio. Média de quatro repetições.
3.3.6. Conclusões
A concentração de 2,00 mmol dm-3 de cálcio é adequada para
realização de bioensaios para os genótipos de milho estudados, não
apresentando restrições no crescimento de raízes e nem sintomas na parte
aérea das plantas.
A concentração 0,025 mmol dm-3 de alumínio permitiu diferenciar os
genótipos, promovendo maior crescimento e recrescimento no genótipo P3069
em relação ao P 3072 para uma concentração de cálcio de 2,00 mmol dm-3.
Os resultados permitiram concluir que as unidades experimentais
devem ser constituídas de 14 a 15 plantas para estimar a média com 95 % de
confiança.
3.4. Toxidez de alumínio em genótipos de milho.
3.4.1. Introdução
O milho é uma das mais importantes culturas para a alimentação
humana e animal. Na América do Sul e América Central, geralmente o milho é
cultivado em solos ácidos. A baixa produtividade de milho em tais solos é
devido à toxidez de alumínio e manganês e à deficiência de fósforo, cálcio e
magnésio (Fageria et al., 1988). Porém, a grande variabilidade genética do
milho permitiu selecionar indivíduos de uma população que possam se
desenvolver em condições de acidez associada à presença de níveis tóxicos
de alumínio.
Dentre os diferentes genótipos de milho tem aqueles que diferem
em relação à tolerância à acidez e toxidez de alumínio, bem como na absorção
e eficiência de utilização dos nutrientes, resultando em diferenças na
produtividade. Estas diferenças podem ser relacionadas com o crescimento e
desenvolvimento do sistema radicular (Baligar et al., 1997).
O uso de genótipos tolerantes ao alumínio é uma estratégia
freqüentemente utilizada para solos ácidos com alto teor de alumínio. As
técnicas de bioensaios, observando o crescimento do sistema radicular em
45
soluções nutritivas, permitem avaliar o efeito isolado do alumínio sobre as
plantas, sendo eficientes para selecionar estes genótipos e estudar os
mecanismos de toxidez de alumínio.
O desenvolvimento da produção de milho em solos ácidos necessita
de cultivares tolerantes ao alumínio, para que, juntamente com práticas de
manejo adequadas, possibilitem o desenvolvimento de cultivos
economicamente sustentáveis e ecologicamente equilibrados. Com isso,
práticas de manejo que promovam menor toxidez de alumínio ao sistema de
cultivo, associadas a cultivares tolerantes, são os caminhos para o
desenvolvimento desta cultura em solos ácidos.
Para a cultura do milho, são necessários trabalhos para verificar e
conhecer a variabilidade existente no germoplasma quanto à sensibilidade ao
alumínio e com isso estabelecer diferenças no grau de tolerância entre os
genótipos. Para isto, as técnicas de bioensaios, observando o crescimento do
sistema radicular em soluções nutritivas, são eficientes para selecionar os
genótipos e estudar os mecanismos de tolerância à toxidez de alumínio.
3.4.2. Hipótese
O crescimento do sistema radicular é influenciado pela presença de
alumínio em solução, permitindo separar genótipos de milho em uma escala de
tolerância.
3.4.3. Objetivo
Estabelecer uma escala de tolerância à toxidez de alumínio de um
grupo de genótipos de milho, utilizando parâmetros de concentrações de
alumínio e cálcio previamente selecionados como mais adequados para estes
materiais.
3.4.4. Material e métodos
O trabalho constou de experimento realizado em casa de vegetação
no Departamento de Solos da Faculdade de Agronomia da Universidade
Federal do Rio Grande do Sul. No experimento foram cultivados os genótipos
46
de milho (Zea Mays, L.) fornecidos pela empresa Pionner e descritos como:
P21Y, P33M, P45D, 6P3X, 7P1J, P750, 2P1E, 4P1H, 6P9W e 8POA.
As sementes foram pré-germinadas e cultivadas de acordo com o
experimento do estudo preliminar 3.3.
Na instalação do experimento, foi medido o comprimento inicial da
raiz principal (Ci), e, após 48 horas de cultivo, nos tratamentos sem e com
alumínio, foi medido o comprimento final da raiz principal (Cf1). Diminuindo o
comprimento inicial do final obteve-se 1 comprimento, denominado de
crescimento de raiz principal (Cf1 -Ci.= 1).
Após 48h, foram retiradas as soluções tratamentos e substituídas
por uma solução de 2,00 mmol dm-3 de cálcio (CaCl2). Os genótipos
continuaram por mais 48 horas em solução, onde ao final foi medido o
comprimento de raiz principal (CF2). Subtraindo o comprimento final (CF2) do
comprimento final (CF1) obteve-se 2 comprimento, denominado de
recrescimento de raiz principal em solução com cálcio (Cf2 -Cf1= 2). Os
resultados foram apresentados em percentagem, considerando a média do
crescimento de cada cultivar no tratamento sem alumínio como 100% de
crescimento de raiz principal.
O critério para a elaboração de uma escala de tolerância à toxidez
de alumínio dos genótipos foi estabelecido através de uma ordem decrescente,
iniciando com os genótipos que quando cultivados em solução contendo
alumínio tiveram a menor redução do crescimento de raiz principal até os
genótipos mais sensíveis ao alumínio, aqueles que cultivados em solução
contendo alumínio tiveram a maior redução do crescimento de raiz principal,
quando comparados com o tratamento sem alumínio.
As unidades experimentais constituíram-se de vasos de polietileno
contendo 15 plantas. O delineamento experimental foi completamente
casualizado com três repetições. As médias foram comparadas através do
teste de Tukey, a 5% de significância. O programa estatístico utilizado foi o
SANEST.
3.4.5. Resultados e discussão
47
Para os dez genótipos testados, a disposição em crescente quanto
a redução do comprimento relativo no tratamento com alumínio foi: P21Y,
6P3X, P45D, P33M, 7 P1J, 6P9W, 4P1H, P750, 2P1E e 8POA (Figura 4).
Para estes genótipos, o alumínio provocou redução do crescimento
de 9, 14, 18, 21, 28, 32, 33, 38, 55 e 71%, respectivamente. Apenas os
genótipos P21Y e 6P3X não apresentaram reduções significativas no
crescimento, quando cultivados no tratamento com alumínio. Os genótipos
diferiram quanto à tolerância ao alumínio. Isto ocorre porque as raízes são
submetidas a mecanismos de regulação, cuja resultante vai determinar o seu
crescimento ou não crescimento. Esta regulação, por sua vez, é função das
características genéticas, condições de ambiente e da interação entre estes
fatores. Quando a interação genótipo/ambiente é desfavorável para tolerância
ao alumínio, há um gasto de energia por parte da planta para tentar manter a
integridade da membrana e a taxa de renovação de células e tecidos,
provocando uma situação de estresse, que pode ser refletido no
desenvolvimento do sistema radicular e da parte aérea. Neste estudo, onde as
condições de ambiente foram iguais, o determinante pela diferenciação no
crescimento de raiz principal entre os genótipos foi a relação
ambiente/genótipo modulada pelas diferenças genéticas. Os genótipos com
maiores reduções no crescimento de raiz principal, 2P1E e 8POA,
apresentaram evidências morfológicas típicas da toxidez de alumínio no
sistema radicular, como engrossamento na porção apical, coloração mais
escura e aspecto quebradiço.
Genótipos
P21Y 6P3X P45D P33M 7P1J 6P9W 4P1H P75O 2P1E 8POA
Com
prim
ento
rela
tivo,
%
0
20
40
60
80
100
120sem Alcom AlDMS= P<0,05
Cre
scim
ento
, %
48
FIGURA 4. Crescimento de raiz principal de genótipos de milho cultivados em solução sem e com 0,025 mmol dm-3 de alumínio e 2,00 mmol dm-
3 de cálcio. Média de três repetições.
O recrescimento de raízes principais dos genótipos de milho
cultivados em solução somente com cálcio, após tratamento com alumínio,
estão apresentados na Figura 5.
FIGURA 5. Recrescimento de raiz principal de genótipos de milho cultivados em solução com 2,00 mmol dm-3 de cálcio, após cultivados nos tratamentos sem e com alumínio. Média de três repetições.
Esta circunstância demonstrou que quando as plantas foram
retiradas dos tratamentos sem e com alumínio e passaram a ser cultivadas em
solução de cálcio, o alumínio afetou a capacidade de recuperação do
desenvolvimento de raízes destes genótipos. Quando os genótipos foram
cultivados em solução com cálcio, após uma exposição ao alumínio, o
crescimento de raiz principal diminuiu 27, 38, 40, 43, 49, 49, 50, 55, 61 e 85%,
respectivamente para os genótipos P21Y, 6P9W, P33M, 4P1H, 6P3X, P750,
P45D, 7P1J, 2P1E e 8POA em relação às plantas que não receberam
G e n ó tip o s
P 2 1 Y 6 P 9 W P 3 3 M 4 P 1 H 6 P 3 X P 7 5 O P 4 5 D 7 P 1 J 2 P 1 E 8 P O A
Com
prim
ento
rela
tivo,
%
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0s e m A l
c o m A lD M S = P < 0 ,0 5
Rec
resc
imen
to, %
49
alumínio. Isto ocorreu, porque, segundo Camargo & Felicio (1984), a partir do
ponto de injúria característico da toxidez de alumínio, as raízes podem
restringir seu crescimento ou até não crescerem mais. Nos genótipos 2P1E e
8POA, que apresentaram as maiores reduções no crescimento de raiz
principal, as injúrias típicas de toxidez de alumínio permaneceram registradas
na raiz quando estas foram cultivadas em solução com cálcio. Foi verificado
que entre os genótipos localizados nas posições intermediárias houve uma
inversão de posições, demonstrando que pode ocorrer um efeito lento ao
alumínio, alterando as posições dos genótipos na escala de toxidez. Com isso,
além de avaliar o efeito direto da toxidez ao alumínio, um efeito tardio também
pode ser observado através do recrescimento em solução contendo somente
cálcio Os resultados obtidos demonstraram que a toxidez de alumínio, medida
através da capacidade de recuperação do crescimento de raiz principal de
plantas cultivadas em solução com cálcio, recrescimento, apresentou
variações em função dos genótipos, sendo assim mais um parâmetro para
destinguir a tolerância e a sensibilidade dos genótipos de milho ao alumínio.
3.4.6. Conclusões
Existe variabilidade genética na tolerância ao alumínio.
Os genótipos que apresentaram maiores reduções no crescimento
de raiz principal no tratamento com alumínio (2P1E e 8POA), também
apresentaram a menor capacidade de recuperarem o crescimento das raízes
quando cultivados em solução com cálcio.
A técnica de bioensaio, com o cultivo dos genótipos de milho em
soluções tratamentos, foi eficiente para estabelecer uma escala de tolerância à
toxidez de alumínio.
50
4. ESTUDO 1- CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DE SOLO E
SOLUÇÃO DE SOLO EM DIFERENTES
SISTEMAS DE MANEJO
4.1. Introdução
O solo como o ambiente ao qual o sistema radicular das plantas se
desenvolve é heterogêneo tanto no tempo quanto no espaço. Esta
heterogeneidade pode aumentar em função dos sistemas de manejo de solo
adotados. Variações em suas características químicas podem influenciar o
crescimento e desenvolvimento das plantas.
O sistema plantio direto provoca alterações nas características
químicas do solo na forma de gradientes verticais que iniciam nas camadas
superficiais e ao longo do tempo deslocam-se em profundidade (Muzzili, 1983;
Ismail et al., 1994). A formação de gradientes verticais ocorre devido à não
mobilização do solo, acompanhada pelo acúmulo de resíduos culturais,
adubos e corretivos na superfície. Podem ser salientadas as alterações nas
concentrações de íons, como alumínio, cálcio e fósforo, nos teores de matéria
orgânica e nas frações que a compõem (Bayer, 1992; Salet, 1994). O grau
destas alterações também pode ser uma função dos sistemas de culturas
adotados, devido à quantidade e à qualidade dos resíduos adicionados, bem
como à variabilidade de toda atividade metabólica de diferentes espécies de
plantas (Burle, 1995). Isto tudo se reflete em mudanças do ambiente do
sistema radicular de plantas. Diante disto, no sistema plantio direto, como os
51
resíduos são mantidos na superfície do solo e devido às gramíneas terem
maior teor de silício em sua composição, a decomposição desses resíduos
pode aumentar o teor de silício na solução de solo da camada superficial.
Também ocorre aumento no teor de matéria orgânica no sistema
plantio direto (Pavinato, 1993; Bayer, 1996). Este incremento de matéria
orgânica pode manter altos teores de silício na solução de solo no sistema
plantio direto devido a dois processos. O primeiro diz respeito à presença de
compostos orgânicos que podem impedir a precipitação de silício e o segundo,
é que estes compostos orgânicos podem aumentar a taxa de dissolução de
silicatos.
O silício pode diminuir os sintomas de toxidez de alumínio nas
plantas. Os mecanismos envolvidos neste processo podem ocorrer tanto no
solo quanto na planta, e alterações nos teores de alumínio, cálcio e fósforo na
solução do solo podem afetar direta ou indiretamente o efeito do silício sobre
as plantas em relação à toxidez de alumínio.
Este estudo tem a finalidade de realizar um diagnóstico das
alterações químicas no solo causadas pelos sistemas de manejo para
fundamentar os estudos com plantas em bioensaios.
4.2. Hipóteses
No sistema plantio direto, devido ao acúmulo de resíduos na
superfície e à utilização de sistemas de culturas que incluem gramíneas,
ocorre aumento nos teores de cálcio, fósforo e silício e alterações nos teores
de alumínio na solução de solo, em relação ao sistema de preparo
convencional.
4.3. Objetivo
Verificar as principais alterações nas características químicas, com
ênfase nos teores de alumínio, cálcio, fósforo e silício na solução de solo do
ambiente radicular no sistema plantio direto em relação ao sistema
convencional de preparo.
4.4. Metodologia de estudo
52
Foram coletadas amostras de solos, em dois locais: LATOSSOLO
VERMELHO Distrófico típico localizado no Centro de Experimentação e
Pesquisa FUNDACEP FECOTRIGO, no município de Cruz Alta (RS),
(experimento 1); LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico, localizado em
Três Capões, a 60 km do município de Cruz Alta (RS), (experimento 2).
O experimento 1 iniciou no ano de 1985 e o experimento 2 iniciou
no ano de 1993. Os experimentos têm como parcelas principais dois sistemas
de preparo de solo: sistema de preparo convencional e sistema plantio direto.
As características químicas iniciais dos solos estão descritas na tabela 6.
TABELA 6. Características químicas e físicas dos solos no início da implantação dos experimentos.
Solo Argil
a pH MO Ca Mg K Al P
% g kg-1 ….……... cmolcdm-3….…........ mg Kg-1 Experimento 1 (1985) 57 4,5 32 2,7 1,5 0,20 1,2 19,0 Experimento 2 (1993) 25 4,7 32 2,8 1,5 0,08 1,0 5,2
O experimento 1 foi instalado em uma área de lavoura que estava
sendo cultivada há aproximadamente 30 anos no sistema de preparo
convencional, principalmente com a cultura de trigo, e posteriormente com a
sucessão trigo/soja. Antes de sua implantação, teve a acidez corrigida em
função da necessidade de calagem pelo Índice SMP para elevar o pH do solo
a 6,5; para isso foram aplicadas 5,0 t ha-1 de calcário dolomítico com PRNT de
70%. Para sua incorporação, foram utilizadas duas gradagens a 12 cm de
profundidade e mais uma gradagem niveladora a 8 cm. O preparo do solo no
sistema de preparo convencional foi realizado com uma operação com grade
aradora e duas operações com grade leve. Para as adubações, foi seguida a
recomendação oficial (COMISSÃO, 1994).
As culturas de aveia e trigo foram adubadas nos primeiros três anos
do experimento com 100 kg ha-1 da fórmula 00-20-20.
O experimento 2 foi instalado em uma área de campo nativo. Não foi
aplicado corretivo de acidez em nenhum momento da condução do
experimento. O preparo do solo para o sistema de preparo convencional foi
53
realizado com uma operação com arado de disco e com duas operações com
grade leve. As adubações foram realizadas de acordo com as necessidades
das culturas (COMISSÃO, 1994).
As seqüências de culturas utilizadas no sistema de rotação, nos
experimentos 1 e 2, são descritas nas tabelas 7 e 8.
TABELA 7. Seqüência de culturas utilizada no sistema de rotação de culturas no experimento 1.
Seqüência Inverno Verão Ano 1 Aveia Soja Ano 2 Aveia Soja Ano 3 Trigo Soja
TABELA 8. Seqüência de culturas utilizada no sistema de rotação de culturas no experimento 2.
Seqüência/Ano Inverno Verão 1993 Campo Nativo Soja 1994 Aveia Soja 1995 Aveia + ervilhaca Milho 1996 Trigo Soja 1997 Aveia Soja 1998 Trigo Soja 1999 Aveia + ervilhaca Milho
As amostras de solo foram coletadas dos dois sistemas de manejo
(sistema plantio direto e sistema de preparo convencional), que estão sendo
conduzidos com os mesmos sistemas de culturas, compostos por gramíneas
(Tabelas 7 e 8).
54
As amostragens foram feitas na profundidade do perfil de solo de 0 -
5,0 cm, amostrando-se três blocos em cada sistema de preparo. Cada bloco
corresponde a uma área de 1 m2, da qual foram retiradas três amostras para
análises químicas de solo e três amostras para a extração de solução de solo.
Para cada amostra para extração de solução de solo foram coletadas 28
subamostras de solo.
Para garantir a aleatoriedade da amostragem, foi utilizado um grid
de 1 m2. Para coletar as amostras, foi utilizado um calador de aço inox
conforme descrito no estudo preliminar 3.1.
Após a escolha e demarcação das áreas que compunha as
repetições, foram realizadas irrigações, até o solo atingir a condição de
saturação. A seguir, estas áreas foram cobertas com uma lona plástica preta
durante 24 horas para se estabelecer o equilíbrio solo-solução.
A extração de solução de solo foi realizada conforme descrito no
estudo preliminar 3.1.
As amostras para análises químicas de solo foram retiradas e
colocadas em sacos plásticos e acondicionadas em caixa de isopor para
transporte. A seguir estas amostras foram acondicionadas em bandejas
plásticas e colocadas para secar ao ar, na sombra. Após a secagem, as
amostras de solo foram moídas em graal de porcelana e peneiradas em
peneiras de 2 mm. As amostras secas e moídas foram acondicionadas em
sacos plásticos para posteriormente proceder às análises químicas de solo.
Na solução do solo, foram determinados o pH, condutividade
elétrica, os teores de cálcio e magnésio por espectrofotômetro de absorção
atômica, e de potássio e sódio por fotômetro de emissão. O fósforo foi
determinado conforme metodologia descrita em Murphy e Riley (1962). O
carbono orgânico solúvel foi determinado por colorimetria, segundo
metodologia descrita por Tinsley (1950) e calibrado para os solos do Rio
Grande do Sul (Fernandes, 1989). O alumínio foi determinado no
espectrofotômetro de absorção atômica, usando óxido nitroso. O silício foi
determinado colorimetricamente, segundo o método de Hallmark, et. al., 1982.
55
Na fase sólida do solo, foram determinados o pH em água (1:1),
cálcio, magnésio, sódios, potássio trocáveis e carbono orgânico total, segundo
metodologias descritas por Tedesco et. al. (1985).
No experimento 2, localizado em Três Capões, foi realizada a
análise de tecido vegetal da cultura de milho nas parcelas onde foram
realizadas as amostragens de solo. Na época de amostragem, a cultura de
milho estava no estádio de pleno florescimento. Foram amostradas cinco
plantas por repetição, com três repetições para cada sistema de manejo de
solo. Efetuou-se a determinação dos teores de nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio
e magnésio no tecido das folhas índices e das plantas inteiras segundo
metodologias descritas por Tedesco et. al. (1985). Os teores de silício, no
tecido das folhas índices e das plantas inteiras, foram determinadas por
absorção atômica, após digestão do tecido com uma mistura de HF,HNO3 e de
H2O2 em recipiente de teflon hermeticamente fechado e uso de microondas
DET 100, com a seguinte programação de tempo (min): 5, 1, 4, 1, 3 nas
respectivas potências (watts): 400, 790, 320, 790 e 000, conforme
determinações do fabricante (Provecto, s/d).
Os resultados foram expressos em percentagem de matéria seca e em
kg ha-1, levando em consideração a produção de matéria seca. A avaliação de
produção de matéria seca foi realizada através da coleta das plantas de milho no
estádio de pleno florescimento. A matéria seca foi obtida através da secagem das
plantas em estufa à temperatura de 65-70oC, até peso constante, expressando-se
os resultados em kg ha-1.
No experimento 2, a partir da caracterização química da solução de
solo foi realizado a especiação química do alumínio através do programa Soil
Solution (Wolt, 1989)
O delineamento experimental utilizado foi de blocos casualizados
com nove repetições, para as análises de solo, e três repetições, para análises
de tecido foliar. Os parâmetros foram avaliados e as médias foram comparadas
através da análise de variância completada pelo teste de comparações
múltiplas de Tukey, ao nível de 5% de significância. O programa estatístico
utilizado foi o SANEST.
56
Os resultados analíticos foram interpretados comparando-se os
diferentes sistemas de manejo em cada experimento.
4.5. Resultados e discussão
Serão discutidos os efeitos dos sistemas de manejo de solo sobre
as características químicas de solo e de solução de solo.
Para ambos os sistemas de manejo, o pH do solo aumentou em
relação ao início do experimento devido a duas aplicações de corretivos de
acidez (Tabela 6 e 9). O pH do solo no sistema plantio direto foi superior ao
sistema de preparo convencional, devido à última aplicação de corretivo de
acidez (calcário dolomítico) ter sido adicionada em superfície (Tabela 9).
TABELA 9. Caracterização química do solo LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico na profundidade de 0,0 – 5,0 cm, localizado na FUNDACEP - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999.
Sistemas de manejo pH MO Ca Mg K Al P g kg-1 .......... cmolc.dm-3……... mg Kg-1 Sistema de preparo convencional
5,4 41 5,9 1,7 0,9 0,1 31,0
Sistema plantio direto 5,8 46 7,9 2,6 1,3 <0,0 41,3 Os valores representam a média de três repetições.
O pH da solução de solo, no experimento 1, se aproximou de 6,5 sendo
que não houve diferença significativa entre os valores de pH entre os sistemas
de manejo (Tabela 10). O pH da solução de solo foi superior ao pH do solo em
ambos os sistemas de manejo de solo. Esta mesma relação foi verificada por
Salet, (1994), Silva, (1996) e Giongo, (1997). Na fase trocável, ha uma grande
atividade de hidrogênio que permanece na nuvem eletrônica da dupla camada
57
difusa e este hidrogênio é detectado quando o pH do solo é medido. Já na
solução de solo a atividade de hidrogênio é muito menor.
Para o experimento 2, o pH do solo não diferiu entre os sistemas de
manejo, e os valores de pH também não diferiram em relação ao início do
experimento (Tabela 6 e 11).
TABELA 10. Caracterização química da solução de LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico na profundidade de 0,0 – 5,0 cm, localizado na FUNDACEP - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999.
Sistema de manejo
Ph C.E COS Ca Mg K Na S P Si Al
ds m-1 mg L-1 ......................….......…….. mmol dm-3 ........................................... SPC 6,5 a 0,68 a 46,7 a 1,46 b 0,99 b 0,89 b 0,47 a 0,81 a 0,001 a 0,25 a 0,01 a SPD 6,6 a 0,94 a 46,2 a 2,11 a 1,39 a 1,21 a 0,41 a 0,88 a 0,001 a 0,15 b 0,01 a Médias de nove repetições. Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo teste de Tukey.
TABELA 11. Caracterização química do solo LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico na profundidade de 0,0 – 5,0 cm, localizado em Três Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999.
Sistemas de manejo pH MO Ca Mg K Al P g kg-3 ..............cmolc. dm-
3………... mg kg-1
Sistema de preparo convencional 4,9 2,6 2,2 0,7 0,3 1,3 1,3 Sistema plantio direto 4,7 2,7 2,6 0,8 0,3 0,9 0,9 Os valores representam a média de três repetições.
Para o experimento 2, o pH da solução do solo foi maior no sistema
plantio direto em relação sistema de preparo convencional (Tabela 12). A
variação do pH, além de alterar as espécies de alumínio hidroxiladas, pode
influenciar na energia de ligação entre das espécies de alumínio complexadas.
A condutividade elétrica foi maior na solução de solo do sistema
plantio direto em relação ao sistema de preparo convencional, para ambos os
58
experimentos (Tabelas 10 e 12). Isto é um reflexo do maior teor de íons na
camada superficial do solo no sistema plantio direto. O maior teor de íons
ocorre devido às adubações superficiais e à deposição de resíduos na
superfície, que através da mineralização promove a ciclagem e acúmulo dos
íons nos primeiros centímetros de solo, enquanto que no sistema de preparo
convencional as operações de aração e gradagem promovem a redistribuição
dos íons no perfil.
TABELA 12. Caracterização química da solução de LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico, localizado em Três Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo, realizada em 1999.
Sistema de manejo
Ph C.E COS Ca Mg K Na S P Si Al
ds m-1 mg L-1 ...……............................. mmol dm-3 ..................……..................... SPC 4,4 b 0,70 b 32,4 a 1,03 a 0,46 a 0,76 a 0,37 a 0,21 b 0,001
b 0,14 b 0,09 a
SPD 4,7 a 0,94 a 35,8 a 1,18 a 0,52 a 0,51 b 0,41 a 0,26 a 0,002 a 0,34 a 0,05 b
Médias de nove repetições. Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo teste de Tukey.
No experimento 1, ao longo do tempo, houve aumento no teor de
matéria orgânica para os dois sistemas de manejo (Tabelas 6 e 9), porém o
teor de matéria orgânica foi superior no sistema plantio direto em relação ao
sistema de preparo convencional. A primeira afirmação demonstra que o
sistema de rotação de culturas, que promove a cobertura verde do solo por
grande parte do ano, juntamente com todo o aporte tecnológico do
melhoramento genético, adubações, corretivos e tratos culturais, foram
eficientes para recuperar o histórico de trinta anos de cultivo com trigo e
trigo/soja em solo mobilizado por arações e gradagens. Larson et al. (1972)
descrevem os efeitos de maiores adições de material vegetal no aumento de
matéria orgânica em solos com revolvimento. Em função da quantidade de
material vegetal pode ocorrer o aumento de matéria orgânica no sistema de
preparo convencional.
O acúmulo de matéria orgânica é função das taxas de adição e
decomposição (Bayer, 1996), que por sua vez podem ser influenciadas pela
composição e mineralogia do solo, rotação de culturas, manejo de resíduos e
59
tipos e freqüências de preparos de solo. Com isso, as diferenças entre os
sistemas de manejo, encontradas nestes experimentos, ocorrem devido às
diferenças entre as taxas de adição e decomposição.
No experimento 2, que se iniciou a partir de campo nativo, não
houve diferença no teor de matéria orgânica no solo, entre os sistemas de
manejo (Tabela 11). Porém houve um decréscimo da matéria orgânica de 3,2
% para 2,2% desde o início da implantação do experimento até a última
avaliação realizada em 1999 (Tabelas 6 e 11). O decréscimo do teor de
matéria orgânica ocorreu pelo rompimento do equilíbrio entre as taxas de
adição e decomposição presentes no campo nativo, devido ao manejo de solo
com as implantações dos sistemas plantio direto e preparo convencional.
Petrere (1998) também verificou um decréscimo nos teores de matéria
orgânica tanto no sistema de preparo convencional quanto no sistema plantio
direto a partir de campo nativo. O solo do campo nativo é reflexo das
interações de fatores químicos, físicos e biológicos, de forma contínua e
simultânea, onde qualquer modificação executada pelo uso agrícola provoca
mudanças no equilíbrio do sistema.
Os teores de cálcio, magnésio e potássio na fração sólida e na
solução do solo, no experimento 1, foram maiores no sistema plantio direto em
relação ao sistema de preparo convencional (Tabelas 9 e 10). Isto ocorre
porque os teores de cátions na solução de solo estão em equilíbrio com as
quantidades de cátions na troca, onde os maiores teores de cátions na solução
de solo no sistema plantio direto ocorre devido às aplicações superficiais de
adubos e corretivos de acidez, juntamente com a permanência de resíduos na
superfície. Já a mobilização do solo, no sistema de preparo convencional,
promove redistribuição e uniformização dos cátions no perfil do solo.
No experimento 2, não houve diferenças entre os sistemas de
manejo de solo nos teores de cálcio, magnésio e potássio trocáveis (Tabela
11). Na solução de solo, houve diferenças somente na concentração de
potássio. O sistema plantio direto apresentou menor teor de potássio na
solução do solo em relação ao sistema de preparo convencional (Tabela 12).
Esta diferença ocorreu porque quando foram coletadas as amostras de solo,
estava instalada a cultura de milho (estádio de cinco a sete folhas). O sistema
60
plantio direto apresentava um estande uniforme com plantas mais verdes e
maiores, que provavelmente estavam absorvendo potássio da solução de solo,
provocando uma deplecção em seu teor em relação ao sistema de preparo
convencional.
O teor de fósforo extraído com Mehlich-1 no solo, no experimento 1,
foi maior no sistema plantio direto em relação ao sistema de preparo
convencional (Tabela 9), mas os teores de fósforo na solução de solo não
diferiram entre os sistemas de manejo de solo (Tabela 10). A maior quantidade
de fósforo no solo, no sistema plantio direto, ocorre devido às adubações
fosfatadas realizadas na superfície.
No experimento 2, apenas o fósforo na solução de solo apresentou
diferenças entre os sistemas de manejo (Tabela 12). O maior teor de fósforo
na solução de solo no sistema plantio direto pode ser o resultado tanto das
adubações fosfatadas realizadas na superfície, como das interações entre
alumínio, silício e carbono orgânico solúvel. Os ácidos orgânicos, assim como
o silício, na forma de ácido monosilícico, podem estar competindo com o
fósforo pelos sítios de adsorção nos óxidos de ferro e alumínio liberando o
fósforo para a solução de solo.
Os teores de silício, na solução de solo nos experimentos 1 e 2,
foram de 0,14 a 0,34 mmol dm-3 (Tabelas 10 e 12). Estes valores estão de
acordo com os valores encontrados na literatura. Segundo Epstein (1994), os
valores de silício na solução de solo podem variar de 0,1 a 0,6 mmol dm-3.
O teor de silício na solução de solo no experimento 1 foi maior no
sistema de preparo convencional do que no sistema plantio direto. No
experimento 2, o silício apresentou maior teor no sistema plantio direto. Estas
diferenças encontradas nos experimentos 1 e 2 podem ser melhor entendidas
através dos principais processos que influenciam a concentração de silício na
solução de solo. Savant et al. (1997) demonstraram que uma das entradas que
regulam o teor de silício na solução de solo é a decomposição dos resíduos
vegetais e uma das saídas, a absorção de silício pelas plantas.
No experimento 1, a quantidade de resíduos adicionada à superfície
após o cultivo da cultura de aveia foi de 4,5 Mg ha-1 no sistema plantio direto e
de 1,8 Mg ha-1 no sistema de preparo convencional. Quando foi realizada a
61
amostragem de solo, no sistema plantio direto, grande parte dos resíduos das
culturas anteriores se mantinha em superfície, já no sistema de preparo
convencional não se verificava a presença de resíduos culturais. No sistema
plantio direto, a mineralização dos resíduos é mais lenta; com isso, grande
parte do silício absorvido durante o ciclo da cultura anterior continua em
superfície como constituinte dos resíduos (Figuras 6 e 7). No sistema de
preparo convencional, como os resíduos já foram mineralizados devido ao
efeito da incorporação, apresentou maior teor de silício na solução de solo.
No experimento 2, quando foi realizada a coleta das amostras de
solo, o sistema de preparo convencional e o sistema plantio direto
apresentavam pouca quantidade de resíduos em superfície (Figuras 8 e 9).
Toda a ciclagem de silício realizada pelas culturas anteriores teve seu efeito
concentrado na superfície do solo no sistema plantio direto. A incorporação
dos resíduos através de arações e gradagens redistribui o silício em
profundidade; por isso, o sistema de preparo convencional apresentou menor
teor de silício na solução de solo.
O teor de silício no solo é função do seu ciclo biogeoquímico, que
depende das velocidades das reações de entrada e saída de silício no
sistema. O sistema de manejo é um dos fatores que influencia a concentração
de silício, em função das adições e decomposição dos resíduos. Para melhor
discutir o efeito do manejo de solo no teor de silício na solução de solo, seria
importante acompanhar a sua dinâmica ao longo do tempo.
Para verificar a absorção de silício pelas plantas, foram
determinados os teores de silício na cultura de milho no experimento 2. Os
teores de silício encontrados nos tecidos da cultura de milho (Tabela 14) foram
baixos em relação aos encontrados na literatura para culturas como o arroz e a
cana-de-açúcar, mas foram superiores à percentagem de silício encontrada em
teosinto, que acumulou em torno de 0,19% a 0,22% (Barcelo et al., 1993). O
sistema de preparo convencional resultou em maiores teores de silício na folha
índice e na planta, do que o sistema plantio direto. Porém, o sistema de
preparo convencional reciclou menor quantidade de silício por hectare
(Tabelas 13 e 14). Estas diferenças ocorrem devido às interações bióticas e
abióticas que os sistemas de manejo provocam.
62
Como exemplo destas interações, pode-se correlacionar a menor
quantidade de palha no sistema de preparo convencional, com aumento da
temperatura de solo diminuindo a quantidade de água disponível para a planta
que pode entrar em estresse. Também pode aumentar a taxa de transpiração
e, por conseguinte aumentar o acúmulo de silício nas células (Jones &
Handreck, 1965). Por outro lado pode ocorrer o acúmulo de silício para evitar
perdas de água. Como o processo de crescimento e desenvolvimento é
prejudicado ocorre o acúmulo de silício nos tecidos.
Em relação aos macronutrientes, para o teor de nitrogênio, na folha
índice, houve diferença significativa entre os sistemas de manejo. O nitrogênio
pode alterar o grau de expressão do efeito de silício (Takahashi, 1995) e o
silício promover alterações na arquitetura foliar que influenciam indiretamente
a resposta ao nitrogênio. Porém, neste experimento, a maior percentagem de
nitrogênio no sistema de preparo convencional pode estar relacionada a outros
fatores. As percentagens de fósforo, potássio, cálcio e magnésio, tanto na
folha índice quanto na planta, não diferiram significativamente entre os
sistemas de manejo. Porém para todos os macronutrientes houve maior
acúmulo por hectare no sistema plantio direto, pois produziu maior quantidade
de matéria seca (7,48 kg.ha-1) quando comparado ao sistema de preparo
convencional (3,25Mg.ha–1). Todas as diferenças químicas, físicas e biológicas
dos sistemas de manejo de solo foram traduzidas no desenvolvimento das
plantas e ciclagem de nutrientes.
63
FIGURA 6. Visualização da superfície do solo no sistema de preparo convencional, no experimento 1.
FIGURA 7. Visualização da superfície do solo no sistema de plantio direto, no experimento 1.
64
FIGURA 8. Visualização da superfície do solo no sistema de preparo
convencional, no experimento 2.
FIGURA 9. Visualização da superfície do solo no sistema de plantio
direto, no experimento 2.
65
TABELA 13. Teores de nutrientes e de silício no tecido vegetal da cultura de milho no experimento de Três Capões – Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo.
Amostra Si N P K Ca Mg --------------------------- % --------------------------- SPC* - Folha índice 0,78a 3,06a 0,20a 2,00a 0,31a 0,21a SPD**- Folha índice 0,49b 2,74b 0,19a 1,94a 0,25a 0,16a SPC – Planta 0,63A 2,26A 0,18A 1,81A 0,25A 0,28A SPD – Planta 0,49B 2,25A 0,19A 1,83A 0,31A 0,22A
*Sistema de preparo convencional. **Sistema plantio direto. Os valores representam a média de três repetições. Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo teste de Tukey, onde as letras minúsculas comparam a folha índice e as maiúsculas comparam a planta, entre sistemas de manejo. .
TABELA 14. Acúmulo de nutrientes e de silício absorvido no tecido vegetal da cultura de milho no experimento de Três Capões – Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo.
Amostra Si N P K Ca Mg -------------------------------- kg.ha-1 ---------------------------------- SPC* - Folha índice 25b 99b 6b 65b 10b 7b SPD** - Folha índice 37a 204a 14a 145a 19a 12a SPC – Planta 18B 73B 6B 59B 8B 9B SPD – Planta 37A 168A 14A 137A 23A 17A
*Sistema de preparo convencional. **Sistema plantio direto. Peso de matéria seca: SPC=3,25 Mg.ha-1 e SPD=7.480 Mg.ha-1. Os valores representam a média de três repetições. Médias seguidas por letras distintas, na coluna, diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo teste de Tukey, onde as letras minúsculas comparam a folha índice e as maiúsculas comparam a planta, entre sistemas de manejo.
Os valores de alumínio na fase trocável e na solução de solo no
experimento 1 foram muito baixos em função dos valores de pH serem altos
(Tabelas 9 e 10). Quando o pH aumenta, as moléculas da esfera de hidratação
perdem prótons para as moléculas de água na solução de solo. Nesta
situação, a espécie de alumínio trivalente passa para a espécie monohidróxido
de alumínio divalente, dihidróxido de alumínio monovalente, e quando o pH se
aproxima da neutralidade a espécie dominante é hidróxido de alumínio neutro,
diminuindo significativamente a solubilidade do alumínio (Kinraid, 1991; Stumm
& Morgan, 1996). Em adição as espécies monoméricas de alumínio, as
espécies de alumínio poliméricas também podem se formar por reações de
hidrólise. As espécies poliméricas são transientes e são formadas antes da
precipitação de Al(OH)3 (Sparks, 1995).
66
Os valores de alumínio na fase trocável e na solução de solo, no
experimento 2, foram superiores no sistema de preparo convencional em
relação ao sistema plantio direto (Tabelas 11 e 12). Sposito (1995) e Vance et
al. (1995) discutem as formas de adsorção de alumínio em superfície,
formando complexos de esfera interna, complexos de esfera externa e
alumínio da camada difusa ligado às cargas da superfície por atração
eletrostática e/ou por pontes de água.. Tanto alumínio formando complexos de
esfera externa quanto o alumínio da camada difusa controlam a liberação de
alumínio para a solução de solo, pois apresentam uma menor energia de
interação entre alumínio e a superfície de troca quando comparados aos
complexos de esfera interna. Com isso, pode-se supor que no sistema plantio
direto maior parte do alumínio trocável pode estar ligado à superfície de troca
na forma de complexo de esfera interna, diminuindo a sua solubilidade,
quando comparado ao sistema de preparo convencional.
A química do alumínio na solução de solo é complexa pelo fato de
ligantes orgânicos e inorgânicos formarem complexos com alumínio. Muitos
destes complexos são solúveis e aumentam a concentração total de alumínio
na solução de solo enquanto outros diminuem a concentração de alumínio. Se
o ligante diminui ou aumenta a solubilidade de alumínio depende da tendência
do complexo alumínio ligante permanecer em solução ou precipitar. Ligantes
como fluoreto, fulvato, citrato, oxalato e silicato monomérico aumentam a
solubilidade do alumínio. Fosfato, sulfato, silicato polimérico e hidroxil
diminuem a solubilidade do alumínio (McBride, 1994). Na especiação química
(Tabela 15), verificou-se que no sistema de preparo convencional, onde o pH
foi menor, a espécie de hidróxido de alumínio monovalente contribuiu com
9,2% em relação ao alumínio total. No sistema plantio direto a espécie de
alumínio monovalente foi de 18,2%. A diferença de pH de 4,4 para 4,7 pode
reduzir a espécie de alumínio trivalente aumentando a espécie de alumínio
monovalente. Embora Kinraide (1991) tenha demonstrado, em gráfico de
distribuição das espécies de alumínio em função do pH, que em solução livre
de outros ligantes que não seja hidroxila a espécie dominante em pH menor e
igual a 4,7 é o alumínio trivalente, também considerada a mais tóxica. As
soluções de solo de ambos os sistemas de manejo podem apresentar ligantes
67
inorgânicos e orgânicos. Verificou-se que no sistema de preparo convencional
75% do alumínio total formou complexos com ligantes inorgânicos e orgânicos,
enquanto no sistema plantio direto 73% do alumínio total formou complexos
com estes ligantes.
As concentrações dos ligantes que complexam alumínio na solução
de solo podem variar em função do sistema de manejo. Neste experimento os
maiores teores de silício e fósforo podem estar influenciando a solubilidade do
alumínio no sistema plantio direto.
TABELA 15. Especiação química e atividade de alumínio na solução de LATOSSOLO VERMELHO Distrófico típico localizado em Três- Capões - Cruz Alta, sob dois sistemas de manejo de solo.
Espécie de Sistemas de manejo Alumínio SPC SPD mmol dm-3 % mmol dm-3 % Al+3 1,20 E-02 13,3 3,40E-03 6,8 Al(OH)+2 2,10E-03 2,3 1,20E-03 2,4 Al(OH)2
+ 8,30E-03 9,2 9,10E-03 18,2 Al(OH)3 6,02E-05 0,1 1,30E-04 0,3 AlSO4
+ 1,40E-02 15,6 3,90E-03 7,8 AlH2PO4 6,02E-06 0,0 3,30E-06 0,0 Al-L.org. 5,31E-02 59,0 3,25E-02 65,0 Atividade 6,00E-03 2,00E-03 Os valores utilizados para o cálculo de especiação e atividade de alumínio, através do programa Soil Solution (Wolt, 1989), constam na tabela 4.7.
O maior teor de silício pode estar influenciando o teor de alumínio,
diminuindo a sua solubilidade se este se encontrar na forma de polímeros. Mas
neste caso não ha evidências que o silício estaria formando polímeros. Ocorre
a formação de polímeros de silício quando a solução apresenta um teor de
silício que exceda 2 mmol dm-3 (McBride, 1994; Hodson & Evans, 1995;
Marschner,1995). Os teores de silício neste experimento foram de 0,14 e 0,34
mmol dm-3 (Tabela 12). Porém trabalhos se reportam a possibilidade da
formação de complexos alumínio-silício no solo (Barcelo et al., 1993;
Matichenkov & Bocharnikova, 1999). Segundo Stumm & Morgan (1996), o
ácido silícico pode formar complexos fracos com a maioria dos cátions sendo
68
desta forma desconsiderados, porém complexos de silicatos com íons
metálicos podem ser significativos.
Shariantmadari & Meremut (1999) verificaram que a adição de 0,35
mmol dm-3 de silício aumentou a disponibilidade de fósforo, em sistemas com
argilominerais e carbonato de cálcio. Enquanto, outro estudo, Saha et al.
(1998) discutem a menor retenção de fósforo quando aumenta a razão
silício/alumínio. Isto ocorre porque o silício compete com o fósforo pela ligação
com alumínio.
4.6. Conclusões
No experimento 1 não houve diferença entre os sistemas de manejo
de solo para os teores de alumínio e fósforo na solução de solo. Porém, o
sistema plantio direto apresentou maior teor de cálcio e menor teor de silício,
na solução de solo, quando comparado ao sistema de preparo convencional.
No experimento 2, a solução de solo do sistema plantio direto
apresentou menor teor de alumínio e maiores teores de fósforo e silício
quando comparado ao sistema de preparo convencional. Não houve diferença
no teor de cálcio entre os sistemas de manejo do solo. Houve maior
percentagem de silício nas plantas de milho cultivadas no sistema de preparo
convencional do que no sistema plantio direto. Porém a quantidade total de
silício acumulada por hectare foi maior no sistema plantio direto.
Para melhor discutir o efeito do manejo de solo no teor de silício na
solução de solo, seria importante acompanhar a sua dinâmica ao longo do
tempo.
69
5. ESTUDO 2. RELAÇÃO ALUMÍNIO, CÁLCIO E SILÍCIO NO
CRESCIMENTO E DESENVOLVIMENTO DE
PLÂNTULAS DE MILHO
5.1. Introdução
A cultura de milho possui grande importância sócio-econômica para
o estado do Rio Grande do Sul, pois está presente em aproximadamente 380
mil propriedades rurais, das quais cerca de 78% possuem menos de 50
hectares de área. Neste contexto, torna-se importante conhecer os fatores e as
interações de ambiente que podem afetar a produtividade desta cultura.
A presença de alumínio em níveis tóxicos pode afetar a
produtividade da cultura de milho, pois a acidez é a maior limitação química
para a produtividade de muitos solos (McBride, 1994). Sistemas de manejo de
solo que promovem alterações no pH do solo, na força iônica, nos teores de
fósforo, cálcio, matéria orgânica, silício e de outros íons, na solubilidade de
alumínio e na distribuição de suas espécies, podem estar influenciando o
crescimento e desenvolvimento da cultura de milho no que diz respeito às
limitações causadas pela toxidez de alumínio. As alterações destas
características químicas de solo podem aumentar ou diminuir a toxidez de
alumínio que pode ocorrer devido a interações que ocorrem tanto no solo
quanto na planta.
70
O silício influencia o crescimento das plantas sob condições de
toxidez de alumínio (Galves et al., 1987; Clark & Gourley, 1988; Hodson &
Evans,1995). Este elemento pode diminuir a toxidez de alumínio devido à
formação de complexos na solução de solo e/ou por reduzir a toxidez interna
de alumínio. Na planta, pode ocorrer a formação de compostos de
aluminosilicatos na parede celular do córtex de raízes, inibindo a absorção de
alumínio pelo protoplasma, e, quando presente no citoplasma pode impedir a
inibição da atividade enzimática. O silício, quando absorvido pelas plantas,
pode provocar alterações no balanço de ânions, alterando o pH rizosférico. A
presença de silício juntamente com o alumínio em solução pode provocar
aumento nas concentrações de ácidos orgânicos no interior de raízes,
diminuindo a toxidez de alumínio devido à sua complexação interna por ácidos
orgânicos (Barcelo et al., 1993). Os ácidos orgânicos produzidos também
podem ser liberados na zona rizosférica e complexar o alumínio externamente.
Mecanismos relacionados à divisão celular podem ser alterados
quando as plantas são expostas à níveis tóxicos de alumínio, com isto pode
ocorrer a interrupção no crescimento normal de raízes de plantas. Clarkson
(1965) e Nichol & Oliveira (1995) relataram que na presença de alumínio as
culturas de alho e cevada, respectivamente, correlacionaram a interrupção dos
crescimentos das raízes com o desaparecimento ou distúrbios das divisões
mitóticas na região meristemática das raízes das plantas. Pereira & Pagliarini
(1996), através de análises citogenéticas, revelaram a ocorrência de
anormalidades cromossômicas, afetando tanto a mitose quanto a meiose de
plantas de milho cultivadas em solos ácidos.
Alterações nos teores de cálcio também podem influenciar o
processo de divisão celular. Além de sua função como componente estrutural,
o cálcio tem função importante como mensageiro secundário na condução de
sinais de fatores do ambiente e respostas das plantas em termos de
crescimento e desenvolvimento. Na presença de silício, os teores de cálcio
podem ser alterados. Esta interação foi verificada por Inanaga et al. (1995),
que obtiveram maior quantidade de cálcio por peso seco de plantas de arroz
nos tratamentos sem silício em relação aos tratamentos com silício. Sistemas
71
de manejos de solo e plantas que promovam alterações nos teores de silício
na solução de solo podem influenciar o crescimento e desenvolvimento de
plantas expostas a atividades tóxicas de alumínio e estas interações podem
alterar a divisão celular das plantas.
5.2. Hipótese
O silício pode diminuir os sintomas de toxidez de alumínio em
genótipos de milho. Esta redução ocorre porque o silício pode interagir com o
alumínio alterando a relação cálcio/alumínio e reduzindo o efeito deste
elemento no processo de divisão celular na região meristemática das raízes.
5.3. Objetivo
Verificar as interações que ocorrem entre alumínio e silício no
crescimento de dois genótipos de milho, um tolerante e outro sensível a
toxidez de alumínio, e se ocorre um efeito indireto na absorção de cálcio.
5.4. Metodologia de estudo
O experimento foi realizado em casa de vegetação no Departamento
de Solos da Faculdade de Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande
do Sul. Foram cultivados dois genótipos de milho (Zea mays, L.) Pionner P21Y
e 8POA, selecionados em testes anteriores e classificados como tolerante e
sensível a toxidez de alumínio, respectivamente.
As sementes foram pré-germinadas e as plântulas transplantadas
conforme o estudo preliminar 3.2.
Os tratamentos utilizados foram de 0 e 0,025 mmol dm-3 de alumínio,
adicionado na forma de AlCl3 e 0 e 0,14 mmol dm-3 de silício adicionado a
partir de solução de SiO2 - (180 g SiO2 em 40 litros de água destilada) que
permaneceu em equilíbrio por 60 dias, até atingir uma concentração de silício
de 2,14 mmol dm-3. Os tratamentos foram adicionados em solução de 2,0 mmol
dm-3 de cálcio (CaCl2). As concentrações de alumínio e cálcio foram
determinadas nos testes preliminares, para que a concentração de alumínio
fosse adequada para identificar os sintomas de toxidez em diferentes
genótipos e para, que, a concentração de cálcio fosse adequada para não
72
provocar sintomas de deficiência que no sistema radicular, podem ser
confundidos com sintomas toxidez de alumínio. Os tratamentos foram:
- 0 mmol dm-3 de alumínio e 0 mmol dm-3 de silício;
- 0 mmol dm-3 de alumínio e 0,14 mmol dm-3 de silício;
- 0,025 mmol dm-3 de alumínio e 0 mmol dm-3 de silício;
- 0,025 mmol dm-3 de alumínio e 0,14 mmol dm-3 de silício;
O experimento foi conduzido por um período de cinco dias. O pH foi
medido diariamente e mantido em 4,5 ± 0,3 com a adição de HCl e NaOH se
necessário. O volume de água foi mantido com a adição de água destilada. Foi
realizado um teste preliminar para verificar as variações nas concentrações de
alumínio, cálcio e silício ao longo do experimento; não sendo necessário a
renovação da solução.
Para avaliação do efeito dos tratamentos foi medido o comprimento
final das raízes e deste subtraído o comprimento inicial para obter a variação
do comprimento de raízes em função do crescimento das plântulas.
Foram também realizadas análises citogenéticas. Para estas
análises foram coletadas amostras de tecidos meristemáticos frescos das
extremidades das raízes, em todos os tratamentos. Ao final do experimento, as
raízes foram coletadas e acondicionadas em recipientes contendo PDB
(paradiclorobenzeno). A seguir foram encaminhadas para o Laboratório de
Citogenética Vegetal -Departamento de Genética, UFRGS, Porto Alegre, RS. A
metodologia utilizada para pré-tratamento, fixação e coloração das raízes de
milho foi descrita por Palmer & Heer (1973). Foram feitas as análises mitóticas
e verificações de alterações cromossômicas em microscópio Zeiss Axioplan
com aumento de 400 e 1000 vezes, onde foram observados três campos
aleatórios em cada lâmina com contagem do número de células em divisão. Os
resultados foram expressos através do índice mitótico, que foi obtido dividindo-
se o número de células em mitose pelo número total de células, multiplicando-
se esta razão por 100.
No final do experimento, foram coletadas parte aérea e raízes.
Foram pesadas parte aérea e raízes frescas e colocadas em tubos de PVC de
25 mm de diâmetro, com uma extremidade de filtro nylon de 0,2µm, em
seguida foram congeladas por 24 horas. Após este período as amostras foram
73
descongeladas e centrifugadas a 5.000 rpm por 30 minutos. O volume extraído
foi quantificado. Neste extrato, foi adicionada uma gota de HCl 6M e colocado
para centrifugar a 5.000 rpm por 10 minutos. Após, no sobrenadante (extrato
solúvel em ácido) foram determinados alumínio e cálcio pelo espectrofotômetro
de absorção atômica e silício pelo método de Hallmark, et. al., 1982.
Após a centrifugação, os materiais vegetais (parte aérea e raízes)
foram acondicionados em sacos de papel e postos para secar em estufa a
60°C por 72 horas. Após foram determinados os teores de alumínio, cálcio e
silício nos tecidos. Alumínio e cálcio foram determinados segundo metodologia
descrita em Tedesco et al. (1995). O teor de silício foi determinado por
absorção atômica, após digestão do tecido com uma mistura de HF,HNO3 e de
H2O2 em recipiente de teflon hermeticamente fechado e uso de microondas
DET 100, com a seguinte programação de tempo (min): 5, 1, 4, 1, 3 nas
respectivas potências (watts): 400, 790, 320, 790 e 000, conforme
determinações do fabricante (Provecto, s/d).
As unidades experimentais foram constituídas de vasos contendo 7
litros de solução tratamento com 15 plântulas por unidade experimental. O
delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições.
As médias foram comparadas através do teste de Tukey, a 5% de
significância. O programa estatístico utilizado foi o SANEST. Os resultados
foram interpretados analisando as variações entre os tratamentos para cada
genótipo e entre os genótipos para cada tratamento.
5.5 Resultados e discussão
O tratamento contendo silício não afetou significativamente (P<0,05)
o crescimento das raízes em ambos os genótipos de milho (Tabela 16). Já o
tratamento contendo alumínio diminuiu significativamente (P<0,05) o
crescimento de raízes em ambos os genótipos. A redução do crescimento de
raízes foi de 48% e 25%, respectivamente, para os genótipos sensível (8POA)
e tolerante (P21Y) ao alumínio.
TABELA 16. Crescimento de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
74
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ................................ cm ................................. 8POA 24,6 A a 24,8 A a 12,9 B c 20,7 A b P21Y 24,8 A a 27,2 A a 18,6 A c 21,8 A b
Crescimento de raízes = comprimento final de raízes – comprimento inicial de raízes. Médias de quatro repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No tratamento contendo silício e alumínio, o crescimento de raízes
aumentou significativamente (P<0,05) em 32 % e 13%, respectivamente, para
os genótipos 8POA e P21Y, em relação ao tratamento contendo apenas o
alumínio.
Houve diferenças entre os genótipos em função dos tratamentos. O
genótipo tolerante ao alumínio (P21Y) apresentou menor redução do
crescimento de raízes no tratamento com alumínio quando comparado ao
genótipo sensível (8POA).
Neste estudo a concentração de 0,14 mmol dm-3 de silício não
alterou a crescimento de raízes em ambos os genótipos de milho. No estudo
com cevada Hammond et al (1995) observaram que as concentrações de 1,4 e
2,8 mmol dm-3 de silício (adicionado como Na2SiO3.5H2O) diminuíram o
crescimento de raízes, enquanto a concentração de 2,0 mmol dm-3 aumentou o
crescimento de raízes. Porém as concentrações de silício foram dez a vinte
vezes maiores que a concentração de silício utilizada na solução tratamento
dos genótipos de milho.
Neste estudo foi demonstrado que houve um efeito benéfico do
silício na diminuição da toxidez de alumínio, medido através do crescimento de
raízes em plântulas de milho. É possível que o silício tenha reduzido o efeito
tóxico do alumínio devido seu efeito indireto na absorção e transporte de
cálcio. A interrupção do transporte de cálcio é um dos primeiros efeitos da
toxidez de alumínio (Rengel, 1992), e talvez genótipos sensíveis à toxidez de
alumínio, como o genótipo 8POA, podem apresentar maior sensibilidade no
transporte de cálcio na presença de alumínio. O silício promove o aumento da
absorção de cálcio na presença de alumínio (Hodson & Sangster,1993). O
mecanismo pelo qual o silício promove o aumento da absorção de cálcio não
75
está claro. Vários autores têm observado o efeito benéfico do silício no
crescimento de culturas sob condições de estresse. Em condições de estresse
provocado por toxidez de alumínio, foi observado que o silício diminuiu o efeito
tóxico de alumínio em teosinto (Barcelo et al., 1993), sorgo (Hodson &
Sangster, 1993), soja (Bayleis et al., 1994) e cevada (Hammond et al., 1995).
Nestes trabalhos foram verificados aumentos no crescimento de raízes das
culturas nos tratamentos que continham silício e alumínio em relação aos
tratamentos que continham somente alumínio.
O efeito benéfico do silício no tratamento contendo alumínio foi
maior no genótipo 8POA. No genótipo 8POA, a presença de silício juntamente
com alumínio provocou aumento de 60% no crescimento de raízes em relação
ao tratamento contendo somente alumínio, já no genótipo P21Y esta diferença
foi de 17%. Isto demonstra que há uma relação alumínio silício no crescimento
de raízes de genótipos de milho e que esta relação pode ser afetada
diferentemente em função da variabilidade genética, que por sua vez pode
definir diferentes mecanismos de tolerância ao alumínio. Nem todas as
espécies respondem igualmente ao estresse provocado pela toxidez de
alumínio, e a tolerância diferencial ao elemento tem sido demonstrada por
vários experimentos (Cançado et al.,1999). Classicamente, a tolerância ao
alumínio é dividida em dois grupos principais. O primeiro grupo é o de
tolerância em decorrência do mecanismo de exclusão e o segundo é a
tolerância em decorrência de mecanismos internos (Taylor, 1988). Segundo
Kochian (1995), várias formas de ação bioquímica de como se processa a
tolerância ao alumínio têm sido propostas e o silício pode atuar indiretamente
em um ou vários mecanismos que promovam maior tolerância ao alumínio,
sendo que no genótipo mais sensível os efeitos podem ser mais significativos.
Neste estudo tanto o peso fresco quanto o peso seco da parte aérea
não foram afetados significativamente (P<0,05) pelos tratamentos (Tabela 17).
Já o peso fresco e o peso seco de raízes dos dois genótipos de milho foram
alterados significativamente em função dos tratamentos (Tabelas 18). O
tratamento contendo silício não alterou significativamente (P<0,05) o peso
fresco de raízes em ambos os genótipos de milho. Nos tratamentos com
76
alumínio e com alumínio e com silício houve diminuições significativas do peso
fresco quando comparados ao tratamento sem alumínio e sem silício.
TABELA 17. Peso fresco e peso seco da parte aérea de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-
3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al). Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si .......................peso fresco, g amostra-1 ...................... 8POA 5,617 5,634 4,612 4,734 P21Y 6,159 5,960 4,874 5,194 ...................... peso seco, g amostra-1 ......................... 8POA 0,406 0,439 0,372 0,357 P21Y 0,471 0,455 0,427 0,430
Médias de quatro repetições. As médias não diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
TABELA 18. Peso fresco e peso seco de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si .......................peso fresco, g amostra-1 ...................... 8POA 9,334 a 8,885 a 4,508 b 5,623 b P21Y 10,127 a 9,155 a 5,001 b 6,172 b ...................... peso seco, g amostra-1 ......................... 8POA 0,423 a 0,391 a 0,233 b 0,303 ab P21Y 0,388 a 0,375 a 0,276 a 0,298 a
Médias de quatro repetições. Médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
Somente no genótipo 8POA houve diferenças significativas (P<0,05)
no peso seco de raízes em função dos tratamentos. Neste genótipo a presença
de silício não alterou o peso seco de raízes, a presença de alumínio diminuiu
significativamente o peso seco de raízes e o tratamento contendo alumínio e
silício não diferiu significativamente em relação aos demais tratamentos
(Tabela 18).
As raízes são mais afetadas pela toxidez de alumínio do que a parte
aérea. Os sintomas de toxidez de alumínio nas raízes são bem característicos,
enquanto que na parte aérea os sintomas de toxidez de alumínio são indiretos,
77
geralmente observados através de deficiências de alguns nutrientes, como
cálcio e fósforo (Foy et al., 1978).
Estudos que envolvem tolerância à toxidez de alumínio em milho
como os de Furlani & Clark (1981) e Lopes et al. (1987) também comentam
que a variável peso de raízes não foi eficiente para a avaliação de tolerância
ao alumínio em genótipos de milho. A variável peso de raízes não é a mais
indicada para avaliar toxidez de alumínio, pois um dos sintomas observados é
o engrossamento de raízes, o que pode compensar em peso a redução do
comprimento de raízes.
Porém, Barcelo et al. (1993) verificaram que o peso seco de parte
aérea e raízes foram maior no tratamento com silício (0,04 mmol dm-3) e com
alumínio (0,12 mmol dm-3) do que somente com alumínio (0,12 mmol dm-3). Já
tratamento com menor concentração de alumínio (0,06 mmol dm-3), a adição de
silício não alterou significativamente o peso seco da parte aérea e raízes,
sendo que os principais sintomas de toxidez de alumínio se manifestaram na
redução do crescimento do sistema radicular das plantas.
Os teores de silício no tecido vegetal da parte aérea dos genótipos
de milho diferiram significativamente (P<0,05) entre os tratamentos (Tabela
19). O tratamento contendo somente silício apresentou maior teor de silício no
tecido da parte aérea em ambos os genótipos de milho. Os teores de silício no
tecido vegetal da parte aérea, diminuíram em ambos os genótipos no
tratamento com alumínio e com silício, sendo que para o genótipo P21Y não
houve diferença no teor de silício quando comparado ao tratamento sem
silício.
TABELA 19. Teores de silício no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ........................... parte aérea, mg.kg-1 ............................. 8POA 69,3 A c 384,0 A a 202,0 A b 231,3 A b P21Y 93,0 A b 427,6 A a 139,3 A b 94,3 B b ................................ raízes, mg.kg-1 ................................ 8POA 161,6 A c 2181,3 A b 186,6 A c 2870,0 Aa
78
P21Y 245,3 A b 1604,6 Ba 182,3 A b 1892,6 Ba Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No tecido vegetal de raízes, os tratamentos contendo silício
apresentaram maiores teores de silício quando comparados aos tratamentos
sem adição de silício, independente da presença ou não de alumínio. Para o
genótipo 8POA, o tratamento com alumínio e com silício apresentou maior teor
de silício do que o tratamento com silício. Houve diferença significativa
(P<0,05) entre os genótipos; nos tratamentos contendo silício, os teores de
silício foram maiores no genótipo 8POA do que no genótipo P21Y (Tabela 5.4).
A presença de silício não alterou os teores de silício no tecido
vegetal da parte aérea entre os genótipos de milho, diferentemente do que
ocorreu nos teores de silício em genótipos de arroz (Savant, 1997). A presença
de alumínio no tratamento contendo silício diminuiu os teores de silício na
parte aérea dos genótipos de milho, principalmente no genótipo tolerante ao
alumínio (P21Y). A relação silício alumínio atuou em algum mecanismo que
possibilitou o acúmulo diferencial de silício entre os genótipos de milho. O
transporte de silício para a parte aérea ocorre através do xilema, e uma grande
quantidade é depositada na parede celular das células. A maior parte do silício
permanece no apoplasto, sendo depositada principalmente na parede externa
das células epidérmicas em ambas as superfícies das folhas
(Marschner,1995). Os depósitos de silício na parede celular não são
puramente um processo físico relacionado com a taxa de transpiração. Os
depósitos de silício são controlados metabólica e temporalmente. As
alterações podem ocorrer devido às mudanças de metabólitos que interagem
com silício (Marschner, 1995). Por isso talvez ocorram diferenças nos teores
de silício entre os genótipos de milho sensível e tolerante ao estresse de
alumínio, no tratamento que contém ambos os elementos.
Hodson & Wilkins (1991) demonstraram que o alumínio e o silício
foram colocalizados no córtex de raiz de plantas tolerantes a alumínio e em
plantas não tolerantes, que cresceram sob as mesmas condições. O aumento
de silício ocorreu somente em resposta ao tratamento com alumínio. Em sorgo
e trigo os depósitos de alumínio e silício foram localizados no lado externo da
79
parede de células epidérmicas. Hodson & Sangster (1993) postularam que
estes depósitos formam um mecanismo para diminuir a quantidade de alumínio
que penetra no interior do córtex das raízes. Este fenômeno foi provavelmente
responsável por uma diminuição da toxidez de alumínio por silício em sorgo.
No extrato aquoso da parte aérea verificou-se que os tratamentos
contendo silício apresentaram maiores teores (P<0,05) de silício do que nos
tratamentos sem silício em ambos os genótipos. A presença de alumínio não
alterou o teor de silício no tratamento com alumínio e com silício em ambos os
genótipos (Tabela 20).
No extrato aquoso de raízes os tratamentos contendo silício
apresentaram maiores teores de silício do que os tratamentos que não foram
adicionados silício (P<0,05) (Tabela 20). Porém a presença de alumínio no
tratamento contendo silício diminuiu o teor de silício no extrato aquoso de
raízes do genótipo 8POA em relação ao tratamento somente com silício
(P<0,05). Para o genótipo P21Y a presença de alumínio não alterou o teor de
silício.
TABELA 20. Teores de silício no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de
dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0, 14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ............................ parte aérea, mmol dm-3............................ 8POA 0,15 A b 0,76 A a 0,07 A b 0,70 A a P21Y 0,12 A b 0,71 A a 0,09 A b 0,58 A a ................................. raízes, mmol dm-3.............................. 8POA 0,08 A c 0,92 A a 0,08 A c 0,51 B b P21Y 0,08 A b 0,74 A a 0,07 A b 0,82 A a
Médias de três repetições. Médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No genótipo 8POA, a presença de alumínio e silício diminuiu
significativamente (P<0,05) o teor de silício no extrato aquoso de raízes e
aumentou os teores de silício no tecido vegetal das raízes (Tabelas 19 e 20).
Isto pode indicar que ha uma coprecipitação do alumínio e silício nas células
epidérmicas e do córtex conforme já citado por Hodson & Wilkeus (1991).
80
Os teores de alumínio no tecido vegetal da parte aérea
apresentaram diferenças significativas (P< 0,05) entre os tratamentos e nos
tratamentos entre os genótipos (Tabela 21). No genótipo 8POA, a presença de
alumínio nos tratamentos não aumentou os teores de alumínio no tecido
vegetal da parte aérea, porém, o tratamento com alumínio e com silício
apresentou o menor teor de alumínio. No genótipo tolerante ao alumínio
(P21Y), o tratamento com alumínio apresentou o maior teor de alumínio em
relação aos demais tratamentos. O genótipo 8 POA apresentou menores
teores de alumínio no tecido vegetal da parte aérea, nos tratamentos com
alumínio e com alumínio mais silício, quando comparado ao genótipo P21Y.
Os teores de alumínio no tecido vegetal das raízes apresentaram
diferenças significativas (P<0,05) entre os tratamentos (Tabela 21). Os teores
de alumínio foram superiores nos tratamentos com alumínio em relação aos
tratamentos sem alumínio. Nos tratamentos com alumínio a presença de silício
não alterou os teores de alumínio no tecido vegetal das raízes. Não houve
diferenças entre os genótipos dentro dos tratamentos.
TABELA 21. Teores de alumínio no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,014 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si .............................. parte aérea, mg.kg-1........................... 8POA 31,6 A b 39,3 A a 33,3 Bab 23,3 B c P21Y 35,0 A b 32,3 B b 49,0 A a 37,0 A b .......................…...... raízes, mg.kg-1….......................... 8POA 67,6 A b 71,3 A b 523,8 A a 507,3 A a P21Y 89,8 A b 92,0 A b 566,3 A a 556,3 A a
Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
Embora os resultados tenham mostrado diferenças nos teores de
alumínio na parte aérea dos genótipos de milho, foram tão baixos que
provavelmente não tem um efeito direto sobre a parte aérea das plantas.
Freqüentemente os teores de alumínio nos órgãos da parte aérea das plantas
81
são baixos e variam pouco com o suprimento externo exceto em espécies
consideradas acumuladoras de alumínio (Foy et al., 1978). Em muitas
espécies (particularmente em monocotiledôneas) a endoderme atua como uma
barreira a absorção de alumínio (Rengel, 1992), e nestas espécies o efeito do
alumínio na parte aérea é secundário, resultante do efeito do alumínio ao
prejudicar as funções das raízes. Em outras espécies o alumínio é
transportado para a parte aérea e pode ocorrer um efeito direto sobre os
órgãos (Hodson & Evans, 1995).
Embora o milho seja uma gramínea, não acumula grandes
quantidades de silício como a cultura de arroz e de cana de açúcar, e também
não acumula alumínio na parte aérea. Em relação à absorção e transporte de
alumínio e silício para a parte aérea, Hodson & Evans (1995) sugerem que as
plantas podem ser divididas em quatro grupos. O primeiro grupo são as
plantas acumuladoras de alumínio, como as dicotiledôneas arbóreas, e não se
tem informações que este grupo transporte quantidade significativas de silício
na parte aérea. O segundo grupo são as acumuladoras de silício, como o arroz
e outras gramíneas, e estas plantas não acumulam quantidades significativas
de alumínio na parte aérea. O terceiro grupo são os da gimnospermas e
algumas dicotiledôneas arbóreas, que translocam moderadas quantidades de
alumínio e silício para a parte aérea. O quarto grupo ,das dicotiledôneas
herbáceas, excluem ambos os elementos da parte aérea. O milho, como uma
gramínea, pode ser incluído no segundo grupo. Parece que o acúmulo de
grandes quantidades de alumínio e silício é mutuamente exclusivo. A razão
para que isto ocorra não é conhecida, mas pode estar relacionada com a
química destes elementos. As diferenças no transporte de alumínio e silício
entre espécies permanecem para serem determinadas.
Em relação aos teores de alumínio nas raízes observou-se que não
houve acúmulo diferencial de alumínio em função da relação alumínio silício.
Estes resultados diferem dos obtidos no trabalho de Hammond et al. (1995),
onde nos tecidos das raízes de cevada, nos tratamentos com alumínio, as
adições de silício em concentrações crescentes diminuíram os teores de
alumínio.
82
Embora os resultados apresentados neste estudo demonstraram
que não houve acúmulo diferencial de alumínio em função da presença de
silício, pode ser que os sítios de localização de alumínio sejam diferentes. Isto
foi discutido por Hodson & Sangster (1993) que através de imagens de raios X
em secções transversais de raízes de sorgo observaram que no tratamento
contendo alumínio o maior sítio de acúmulo deste elemento foi o lado externo
da parede das células epidérmicas e muito pouco alumínio na endoderme. No
tratamento contendo alumínio e silício, o mais importante sítio de localização
foi o lado externo da parede das células da epiderme e a quantidade de
alumínio foi maior que a encontrada no tratamento contendo somente alumínio.
Na endoderme o nível de alumínio não foi significativo.
Para o teor de alumínio no extrato aquoso da parte aérea, houve
diferença significativa (P<0,05) somente entre os tratamentos no genótipo
8POA. O tratamento contendo alumínio e silício apresentou menor teor de
alumínio no extrato aquoso da parte aérea quando comparado ao tratamento
sem alumínio e sem silício. Entre os demais tratamentos não houve diferença
significativa (Tabela 22).
Houve diferenças significativas (P<0,05) entre os tratamentos e
entre os genótipos no teor de alumínio no extrato aquoso de raízes. Os
tratamentos sem alumínio e sem silício e com silício apresentaram teores de
alumínio menores do que os tratamentos com alumínio, e mostraram
resultados semelhantes aos quatro tratamentos da parte aérea. Os
tratamentos contendo alumínio apresentaram dez vezes mais alumínio que os
tratamentos sem alumínio e doze vezes mais alumínio do que os tratamentos
contendo alumínio no extrato aquoso da parte aérea (Tabelas 22). No genótipo
8POA o tratamento contendo alumínio apresentou maior teor de alumínio do
que o tratamento contendo alumínio e silício. No genótipo P21Y não houve
diferença significativa (P<0,05) entre o tratamento contendo alumínio e o
tratamento contendo alumínio e silício. Houve diferença significativa (P<0,05)
entre os genótipos apenas no tratamento contendo alumínio, onde o genótipo
8POA apresentou maior teor de alumínio no extrato aquoso de raízes (Tabela
22).
83
TABELA 22. Teor de alumínio no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0, 14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ........................ parte aérea, mmol dm-3 ......................... 8POA 0,037 A a 0,026 A ab 0,033 A ab 0,025 A b P21Y 0,021 A a 0,015 A a 0,023 A a 0,023 A a .............................. raízes, mmol dm-3............................. 8POA 0,031 A c 0,029 A c 0,581 A a 0,398 A b P21Y 0,030 A b 0,034 A b 0,417 Ba 0,380 A a
Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No tratamento com alumínio houve maior teor de alumínio no extrato
aquoso de raízes no genótipo 8POA do que no genótipo P21Y. A adição de
alumínio e de silício diminuiu o teor de alumínio no genótipo 8POA e não
alterou o teor no genótipo P21Y. No genótipo 8POA, esta redução do teor de
alumínio no extrato aquoso de raízes diminuiu o efeito tóxico do alumínio, pois
neste tratamento houve aumento do crescimento de raízes em função da
adição de silício, aliviando o efeito tóxico do alumínio (Tabelas 16 e 22).
Enquanto uma substancial proporção de alumínio nas raízes
permanece no apoplasto, uma pequena, mas significativa proporção entra no
citoplasma das células. Análises da absorção de alumínio por trigo revelam
uma rápida absorção de alumínio para o apoplasto das raízes, onde o alumínio
permanece associado com os sítios de cargas negativas (Zhang & Taylor,
1989). Uma fase secundária e lenta pode representar a absorção de alumínio
no simplasto ou a associação metabólica dependente de alumínio com sítios
no apoplasto. A bicamada lipídica da membrana plasmática é uma barreira
efetiva ao alumínio (Taylor, 1988), mas a absorção pode ocorrer por
mecanismos como a endocitose em associação com a membrana plasmática
ou por associações com canais de íons poucos específicos.
Uma vez na célula o alumínio pode se associar com o núcleo, com a
mitocôndria ou permanecer no citosol. Muito deste alumínio é complexado com
compostos contendo fósforo ou com as proteínas. Nas células de raiz de trigo,
84
48% a 64% do alumínio está no citosol, 21% a 40% no núcleo e 10% a 16%
associado a mitocôndria (Aniol,1984).
A presença de ácidos orgânicos no citosol e no vacúolo pode
complexar o alumínio. Ha grandes evidências sugerindo que a quelação no
citosol ou no vacúolo podem ser importantes na tolerância ao alumínio. É
possível que tenha silício na forma solúvel no interior das células, que pode
estar na forma de cadeias oligoméricas ou na forma coloidal de
macromoléculas de sílica, não excluindo a possibilidade da presença de
compostos de organosilicatos. Mas o que se sabe é que o teor de silício no
citoplasma é muito baixo. Porém, em raízes de trigo, Hodson & Evans (1995)
verificaram que o teor de silício solúvel foi em torno de 0,6 mmol dm-3. Os
teores de alumínio e silício no citoplasma podem ser baixas, mas não quer
dizer que sejam insignificantes. É provável que o silício do citoplasma pode
estar complexando o alumínio, diminuindo sua toxidez.
Neste trabalho foi verificado que quando foi adicionado silício mais
alumínio, os genótipos não diminuíram os teores de alumínio no tecido de raiz,
podendo indicar que pode estar ocorrendo uma codeposição de alumínio
juntamente com silício nos tecidos (parede celular), pois o teor de alumínio no
extrato aquoso diminuiu no tratamento com alumínio mais silício, comparado
com o tratamento com alumínio sem silício. Segundo Hodson & Sangster
(1993), a principal localização do alumínio nas raízes (parede da epiderme e
do córtex) não parece modificar significativamente na presença de silício, mas
a quantidade de alumínio presente nestes sítios pode ser marcadamente
aumentada (principalmente na epiderme).
Com relação aos teores de cálcio no tecido vegetal da parte aérea e
de raízes, houve diferenças significativas (P<0,05) entre os tratamentos e
entre os genótipos (Tabela 23). No tecido vegetal da parte aérea o tratamento
contendo silício não alterou o teor de cálcio em ambos os genótipos. Os
tratamentos contendo alumínio apresentaram os menores teores de cálcio em
relação aos demais tratamentos em ambos os genótipos. O tratamento
contendo alumínio e silício apresentou maior teor de cálcio quando comparado
ao tratamento contendo alumínio e menor teor em relação aos demais
tratamentos em ambos os genótipos.
85
TABELA 23. Teores de cálcio no tecido vegetal de parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ................................ parte aérea, % ............................... 8POA 0,30 A a 0,34 A a 0,16 A c 0,23 A b P21Y 0,32 A a 0,36 A a 0,10 B c 0,26 A b ................................... raízes, % ................................. 8POA 0,30 A b 0,21 B c 0,14 B d 0,46 A a P21Y 0,36 A b 0,67 A a 0,26 A c 0,22 B c
Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No tecido vegetal de raízes o tratamento contendo silício alterou o
teor de cálcio em ambos os genótipos. No genótipo 8POA o teor de cálcio foi
menor quando comparado ao tratamento sem alumínio e sem silício, enquanto
no genótipo P21Y o teor de cálcio foi superior aos demais tratamentos. No
tratamento contendo alumínio, o genótipo 8POA apresentou o menor teor de
cálcio em relação aos demais tratamentos. No tratamento contendo alumínio e
silício, o genótipo 8POA apresentou maior teor de cálcio quando comparado
aos demais tratamentos. No genótipo P21Y, os teores de cálcio, nos
tratamentos contendo alumínio e alumínio mais silício não diferiram entre si, e
foram menores que os demais tratamentos (Tabela 23).
O alumínio diminuiu a absorção e a translocação de cálcio para a
parte aérea dos genótipos de milho. O menor teor de cálcio na parte aérea no
tratamento contendo alumínio provavelmente seja um efeito secundário da
menor absorção de cálcio devido ao menor crescimento radicular e ao dano
nas células envolvidas no processo de absorção e transporte de cálcio. As
células epidérmicas, endodérmicas e corticais afetadas por alumínio
rapidamente se autolizam, tornando-se inchadas e desorganizadas. Os danos
nas regiões meristemáticas das raízes primárias e laterais ocorrem a ponto de
se tornar difícil a distinção de coifa e elementos vasculares (Furlani, 1989).
Com isso, o transporte de cálcio para a parte aérea pode ser prejudicado
86
O silício afetou a absorção e a translocação de cálcio. Na presença
de silício no tratamento contendo alumínio houve aumento no teor de cálcio no
extrato aquoso da parte aérea em relação ao tratamento contendo somente
alumínio. É possível que o silício alivie a toxidez de alumínio indiretamente
através do efeito na absorção e transporte de cálcio.
A adição de silício na solução tratamento teve efeito nos teores de
cálcio no tecido vegetal das raízes de ambos os dois genótipos de milho. No
genótipo P21Y, o tratamento contendo silício apresentou maior teor de cálcio
em relação aos demais tratamentos. O mecanismo de tal efeito não foi ainda
esclarecido.
No genótipo sensível à toxidez de alumínio (8POA), foi verificado
que os teores de cálcio foram alterados na presença de alumínio, somente de
silício e na presença de alumínio e silício. O silício sozinho diminuiu o teor de
cálcio, enquanto na presença de alumínio aumentou os teores de cálcio no
tecido vegetal de raízes. O aumento no teor de cálcio quando adicionado
silício pode ocorrer devido ao silício inibir a ligação do alumínio com as
proteínas carregadoras de cálcio, possibilitando que o cálcio entre no
simplasto e seja transportado para a parte aérea. O silício também pode
diminuir a injúria do alumínio na parede celular (Hodson & Sangster, 1993).
Hammond et al. (1995) observaram que nos tratamentos contendo doses de
silício e doses de alumínio em cevada, a adição do silício (1,0 e 2,0 mmol dm-3)
aumentou os teores de cálcio no tecido da parte aérea e diminuiu os teores de
cálcio nos tecidos de raízes; porém uma alta concentração de silício (3 mmol
dm-3) diminuiu os teores de cálcio tanto na parte aérea como nas raízes. O
mecanismo de tal efeito não é conhecido.
Neste estudo a adição de silício provocou diminuição nos teores de
cálcio no tecido vegetal de raízes no genótipo 8POA e aumento no genótipo
P21Y. Já nos tratamentos contendo alumínio mais silício ocorreu uma inversão
dos resultados, no genótipo 8POA houve aumento no teor de cálcio e no
genótipo P21Y houve diminuição no teor de cálcio no tecido vegetal de raízes.
Os resultados obtidos no genótipo 8POA foram similares aos de Hodson &
Sangster (1993), que encontraram aumento nos níveis de cálcio no lado
externo da parede endodermal e hipodermal de células de raízes de sorgo no
87
tratamento contendo silício e alumínio, quando comparado com o tratamento
contendo alumínio.
O teor de cálcio no extrato aquoso de parte aérea diferiu
significativamente (P<0,05) entre os tratamentos e entre os genótipos. O
tratamento contendo silício diminuiu o teor de cálcio somente no genótipo
8POA (Tabela 24).
Os tratamentos contendo alumínio diminuíram significativamente
(P<0,05) os teores de cálcio no extrato aquoso da parte aérea, para ambos os
genótipos (Tabela 24). A presença de silício e alumínio aumentou o teor de
cálcio no genótipo 8POA e não alterou o teor de cálcio no genótipo P21Y,
quando comparado ao tratamento contendo somente alumínio. Verificou-se
que no genótipo sensível à toxidez de alumínio (8POA), houve uma relação
entre silício e alumínio, aumentando o teor de cálcio em relação ao genótipo
tolerante (P21Y). A diferença entre genótipos ocorreu somente no tratamento
sem alumínio e sem silício, onde o genótipo 8POA apresentou maior teor de
cálcio. Segundo Delhaize & Ryan (1995) estudando genótipos de trigo,
observaram que as absorções de cálcio, em genótipos sensíveis ao alumínio
também foram significativamente maiores do que em genótipos tolerantes.
Os resultados obtidos no genótipo 8POA, em relação aos teores de
cálcio na parte aérea, concordam com os resultados obtidos por Ma &
Takahashi (1993), que observaram que a adição de silício na solução nutritiva
diminuiu a absorção de cálcio em arroz. Mas o reverso não foi observado, ou
seja, diferentes concentrações de cálcio não causaram diferenças na absorção
ou deposição de silício.
TABELA 24. Teor de cálcio no extrato aquoso da parte aérea e de raízes de dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ....................... parte aérea, mmol dm-3......................... 8POA 24,86 Aa 20,64 A b 7,17 A d 11,30 A c P21Y 18,08 Ba 18,90 A a 6,21 A b 7,68 A b ............................ raízes, mmol dm-3 ............................. 8POA 13,15 Ba 12,26 Ba 7,65 Bb 11,21 A a
88
P21Y 16,99 Aa 15,66 Aab 11,81 Ac 12,85 A bc Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
No extrato aquoso de raízes a presença de silício não alterou
significativamente (P<0,05) o teor de cálcio em ambos os genótipos. O
tratamento com alumínio diminuiu o teor de cálcio em ambos os genótipos.
Porém, no tratamento com alumínio e silício, o teor de cálcio aumentou no
genótipo 8POA e não alterou no genótipo P21Y, quando comparado ao
tratamento com alumínio. As diferenças entre genótipos ocorreram nos
tratamentos sem alumínio e sem silício, com silício e com alumínio, onde o
genótipo 8POA apresentou os menores teores de cálcio (Tabela 24).
Neste estudo, houve diferenças nos teores de cálcio, no extrato
aquoso, entre os genótipos. Porém, verificou-se que a presença de alumínio
diminuiu em 42% e 30% os teores de cálcio nos genótipos 8POA e P21Y
respectivamente. Na presença de alumínio juntamente com silício a diminuição
no teor de cálcio foi de 15% no genótipo 8POA e de 24% no genótipo P21Y.
As maiores alterações nos teores de cálcio em função dos tratamentos
ocorreram no genótipo 8POA, e neste genótipo o silício foi eficiente para
reduzir o efeito tóxico do alumínio na absorção de cálcio. Estes resultados
concordam com Hammond et al. (1995), que também verificaram que o silício
reverteu o efeito inibitório do alumínio na absorção de cálcio pelas raízes de
cevada. Em suas investigações Hodson & Sangster (1993) mostraram que os
níveis de cálcio, na parede das células do córtex de sorgo, foram maiores onde
alumínio e silício estavam presentes.
A toxidez de alumínio tem sido associada com a deficiência de
cálcio. Então, é possível que o maior crescimento das plantas no tratamento
contendo alumínio e silício no genótipo sensível (8POA) seja devido à
diminuição da deficiência de cálcio na presença de silício. Uma possibilidade é
que o silício diminua a toxidez de alumínio através de um efeito indireto na
absorção e transporte de cálcio. Segundo Kochian (1995), há uma grande
diferença na sensibilidade no sistema de transporte de cálcio, na presença de
alumínio, tanto em genótipos tolerantes como em sensíveis de trigo, sugerindo
diferenças genotípicas no funcionamento dos canais de cálcio. Um dos
89
primeiros efeitos da toxidez de alumínio é o interrompimento do transporte de
cálcio. O alumínio inibe a absorção de cálcio nos sítios do apoplasto e atua
como um rápido e potente bloqueador dos canais de cálcio. O bloqueio dos
canais de cálcio ocorre no lado apoplástico da membrana plasmática e não
requer o transporte de alumínio para o interior da célula. O efeito do alumínio
no teor de cálcio no interior da célula pode ter reflexos em vários de seus
efeitos tóxicos, como alterações no complexo de golgi e inibição da divisão
celular na região meristemática das pontas das raízes. A maior parte dos
sintomas de toxidez de alumínio observadas na parte aérea das plantas são
devido as deficiências minerais, incluindo a deficiência de cálcio. Isto pode ser
um efeito secundário da menor absorção de nutrientes devido ao menor
crescimento das raízes e ao dano das células envolvendo os processos de
absorção e transporte.
Outro estudo que reforça as relações entre silício e alumínio na
absorção de cálcio foi realizado por Hodson & Sangster (1993), que
observaram que os teores de cálcio na parede celular do córtex de raízes de
sorgo foram reduzidas no tratamento com 0,1 mmol dm-3 de alumínio. Nas
plantas que cresceram com 0,1 mmol dm-3 de alumínio e 2,8 mmol dm-3 de
silício, o nível de cálcio na parede celular foi maior do que no controle.
Similarmente Hammond et al. (1995), trabalhando com tratamentos com
alumínio e silício em cevada, mostraram que o silício aumentou
significativamente a absorção de cálcio pelas raízes e o transporte para a
parte aérea.
Os resultados de observações citológicas em células meristemáticas
de raízes de genótipos de milho, cultivados em solução tratamento, são
apresentados no Tabela 25.
TABELA 25. Índice mitótico em células meristemáticas de raízes dois genótipos de milho cultivados em soluções tratamento contendo 0,14 mmol dm-3 de silício (Si) e 0,025 mmol dm-3 de alumínio (Al).
Genótipo Tratamento Zero Si Al Al+Si ................................... % ................................. 8POA 80 A a 78 A a 36 B c 58 A b P21Y 75 A a 79 A a 62 A b 62 A b
90
Médias de três repetições. Médias seguidas com letras maiúsculas distintas na coluna e médias seguidas com letras minúsculas distintas na linha diferem entre si ao nível mínimo de significância de 5% pelo Teste de TuKey (P<0,05).
A presença de silício não alterou significativamente (P<0,05) o valor
do índice mitótico. No entanto, o tratamento contendo alumínio diminuiu o
índice mitótico para os dois genótipos de milho (44% e 13 %, respectivamente,
para os genótipos 8POA e P21Y) (Tabela 25).
A diminuição do efeito tóxico do alumínio pela presença de silício,
no genótipo 8 POA, também é verificada através do índice mitótico. No
genótipo 8POA, no tratamento com alumínio e com silício, o valor do índice
mitótico aumentou 22% em relação ao tratamento com alumínio. No genótipo
P21Y a presença de silício juntamente com alumínio não alterou o índice
mitótico.
Essa inferência na divisão celular causada pela ação do alumínio
sobre a morfologia do sistema radicular representa um dos mecanismos da
ação fitotóxica deste elemento sobre o desenvolvimento de genótipos
sensíveis.
A literatura indica efeitos controversos na relação alumínio e silício;
porém, é importante ressaltar a existência da variabilidade genética, onde para
a mesma espécie podem ocorrer diferentes respostas à toxidez de alumínio.
Isto significa que para diferentes genótipos os mecanismos que atuam na
redução da toxidez de alumínio podem ser diferentes. Pereira & Pagliarini
(1996) verificaram que a acidez do solo influenciou as células meiótica em
milho, ocasionando alterações cromossômicas. Em genótipos de trigo
cultivados em solos ácidos, também foram observadas anomalias
cromossômicas e diminuição do índice mitótico.
O alumínio interage com as cargas residuais presentes nos
grupamentos fosfato da dupla hélice do DNA, reduzindo ou inibindo a divisão
celular (Foy et al., 1978). Relatos sugerem que a toxidez de alumínio esteja
ligada a mudanças na homeostase celular do cálcio e no bloqueio dos canais
de cálcio na membrana plasmática (Cançado et al., 1999). Segundo Huang et
al. (1996), o íon cálcio possui um papel central na regulação de vários
processos, incluindo a mitose e a citocinese. Então, a redução no teor de
91
cálcio obtido neste estudo pode ser devido o alumínio ter inibido o influxo de
cálcio para o interior das células, influenciando a divisão celular. Na presença
de alumínio e silício, este efeito foi diminuído.
5.6 Conclusões
O silício reduziu o efeito tóxico do alumínio em genótipos de milho
avaliado pelo crescimento de raízes.
A redução na toxidez de alumínio devido a presença de silício está
relacionada ao aumento do transporte de cálcio para a parte aérea e ao efeito
positivo no índice mitótico, principalmente no genótipo sensível ao alumínio.
O mecanismo de tolerância na relação alumínio-silício, no genótipo
tolerante, não parece envolver aumento na disponibilidade de cálcio.
92
6. CONCLUSÕES GERAIS
É possível realizar a extração de solução de solo a partir de
amostras indeformadas, o que se aproxima da condição de campo,
possibilitando amostragem com pouca mobilização do solo.
A cultura do milho acumula silício em quantidades variáveis em
função dos genótipos e da concentração de silício da solução.
A técnica de bioensaio, a partir de concentrações pré-definidas de
cálcio e alumínio, permitiu estabelecer uma escala de tolerância à toxidez de
alumínio para genótipos de milho.
Os sistemas de manejo de solo podem alterar os teores de silício na
solução de solo, podendo diferir em função das características, do histórico de
cada local e do período de amostragem.
A presença de silício reduziu o efeito tóxico do alumínio em
genótipos de milho. A redução ocorreu porque o silício alterou a relação cálcio
alumínio reduzindo o efeito deste elemento nos processos de divisão celular
na região meristemática das raízes, expresso pelo índice mitótico.
93
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADAMS, F. Soil solution. In: CARSON, E. W. (Ed) The plant root and its
environment. Charlottesville : University Press of Virginia, 1974. p 441-485. ANDERSON, D.L.; JONES, D.B.; SNYDER, G. H. Response of a rice-
sugarcane rotation to calcium silicate slag on Everglades Histodols. Agronomy Journal, Madison, v.79, p.531-535, 1987.
ANIOL, A. Introduction of aluminum tolerance in wheat seedlings by low doses
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