DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRICOLA E SOLOS - DEASAGRICOLA E SOLOS - DEAS

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIASUDOESTE DA BAHIA

CANDIDATODaniel M. Tapia T

Eng. Agro MScVitória da Conquista - 2008

“ “ Estuda a estrutura e Estuda a estrutura e função do ecossistema solo”função do ecossistema solo”

Estrutura:Estrutura: composição da composição da comunidade biológica e comunidade biológica e componentes abióticoscomponentes abióticos

Função: Função: fluxo de energia, ciclagem fluxo de energia, ciclagem biogeoquímica e regulação mútua biogeoquímica e regulação mútua dos organismos e ambiente dos organismos e ambiente

Ecologia dos solo (ODUM, Ecologia dos solo (ODUM, 1971):1971):

Estrutura dos solosEstrutura dos solos

Componentes abióticosComponentes abióticos

Componentes dos solosComponentes dos solos

Componentes bióticosComponentes bióticos:: Heterogêneos: Heterogêneos: organismos com metabolismo diversos organismos com metabolismo diversos convivendo lado a lado, interagindo em convivendo lado a lado, interagindo em equilíbrio dinâmico muitas vezes com equilíbrio dinâmico muitas vezes com dependência associada e gerando alta dependência associada e gerando alta

biodiversidadebiodiversidade Estão em AEstão em Associação com

componentes abióticoscomponentes abióticosConseqüência do Manejo dos solosConseqüência do Manejo dos solos: : efeitos efeitos

impossíveis de se preverimpossíveis de se prever

Componentes dos solosComponentes dos solos

Componentes bióticos e abióticos do Componentes bióticos e abióticos do solosolo

ÁguaÁguaArAr

AreiaAreia

SilteSilte

Hifas de fungosHifas de fungos

Complexo matéria Complexo matéria orgânica e argilaorgânica e argila

ArgilaArgila

BactériasBactérias

Fatores que afetam a distribuição dos microrganismos no solo

1- Profundidade1- ProfundidadeConcentração Concentração decrescente de decrescente de

microorganismos microorganismos com a com a

profundidade, profundidade, acompanhando a acompanhando a matéria orgânica matéria orgânica

do solo.do solo.

2.8453722.3 508493.274143-75042

2.7463402.4361342.8460262.1453201.7213181.4262160.683120.6436(%)(mg C kg solo-1)(%)

CCmicrmicr/C/CorgorgBiomassa microbianaBiomassa microbianaTeor de argilaTeor de argila

2-Teor de argila sobre a BMS2-Teor de argila sobre a BMS

3-Frações granulométricas do solo na BMS3-Frações granulométricas do solo na BMS

Textura solo: argilo-siltoso

4.14.1132.5132.5< 0.002< 0.002

2.62.6327.5327.50.02-0.0020.02-0.0022.32.363.963.90.05-0.020.05-0.021.81.8283.0283.00.2-0.050.2-0.051.51.5122.0122.0> 0.2> 0.2

2.02.0873.0873.0Solo totalSolo total

(mg kg solo-1)(mm)(mm)

CCmicrmicr/C/CorgorgBiomassa Biomassa microbiana Cmicrobiana C

Fração Fração granulométricagranulométrica

A BMS tem potencial para aumentar N, P e KA BMS tem potencial para aumentar N, P e KDiaz-Raviña et al. (1993), Soil Biol.Biochem.25:25-31Diaz-Raviña et al. (1993), Soil Biol.Biochem.25:25-31

kg hakg ha-1-1

100-600 100-600

50- 50-

300 300

kg hakg ha-1-1

N 120 - 720 (100-700% >)N 120 - 720 (100-700% >)

P 90 – 560 (8-100% >)P 90 – 560 (8-100% >)

K 85 - 475 (1-69% >)K 85 - 475 (1-69% >)

Ca 12 - 66 Ca 12 - 66

Solos agrícolasSolos agrícolas

200-1000200-1000

Solos sob florestaSolos sob floresta

400-1600400-160030 cm30 cm ((gCgCmicrmicr.g.g-1-1))

4- Utilização do solo4- Utilização do solo

Funções gerais dos Funções gerais dos microrganismos nos microrganismos nos

solossolos

Raízes de Raízes de plantas e plantas e

partes partes aéreasaéreas

Número Número aproximado aproximado (porção de (porção de

solo)solo)

BiomasBiomassa sa

(libras/ac(libras/acre)re)

•Últimas Últimas fontes de fontes de

quase todo quase todo carbono no carbono no solo para os solo para os microrganismicrorganis

mosmos• 100100 x mais x mais microrganismicrorganismos perto mos perto das raízes das raízes

das plantas das plantas que numa que numa distância distância

maiormaior

60 – 150 60 – 150 polegadas polegadas (culturas (culturas anuais)anuais)

1.500 – 3,000 1.500 – 3,000 polegadas polegadas (pastagens (pastagens perenes) perenes)

3.0003.000(culturas (culturas anuais)anuais)

15.00015.000(pastage(pastage

ns ns perenes)perenes)

Componentes bióticos dos Componentes bióticos dos solossolos

BactériasBactériasNúmero Número

aproximadaproximado por o por

porção de porção de solosolo

Biomassa Biomassa aproximaaproxima

da da (libras/acr(libras/acr

e)e)

Junto com os Junto com os fungos são o fungos são o grupo mais grupo mais

importante na importante na decomposição da decomposição da matéria orgânica.matéria orgânica.

Compostos Compostos extracelulares extracelulares ajudam a se ajudam a se ligarem às ligarem às

partículas dos partículas dos solos nos solos nos

agregados.agregados. Grupos Grupos

especializados especializados estão envolvidos estão envolvidos em cada etapa do em cada etapa do

ciclo do ciclo do NitrogêneoNitrogêneo

300 milhões – 300 milhões – 50 bilhões 50 bilhões

400 – 4.000400 – 4.000

FungosFungosNúmero Número

aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)

Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)

•Grupo mais Grupo mais envolvido na envolvido na

decomposição de decomposição de compostos compostos resistentes resistentes

(lignina)(lignina)• Crescimento da Crescimento da hifa através do hifa através do solo ajuda sua solo ajuda sua

ligação aos ligação aos agregadosagregados

• Fungos em Fungos em simbiose com simbiose com

raizes de plantas raizes de plantas aumentam a aumentam a absorção de absorção de

nutrientes e água nutrientes e água diminuindo a diminuindo a incidência de incidência de

doençasdoenças

500.000 – 100 500.000 – 100 milhõesmilhões

500 – 5.000500 – 5.000

ActinomicetActinomicetosos

Número Número aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)

Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)

•Tipos de bactéria Tipos de bactéria

com crescimento com crescimento

semelhante aos semelhante aos

fungos e funções fungos e funções

semelhante a semelhante a

ambosambos

• Produzem Produzem

compostos que compostos que

proporcionam ao proporcionam ao

solo um aroma solo um aroma

típicotípico

100 milhões– 100 milhões– 2 bilhões2 bilhões

400 – 4.000400 – 4.000

NematóidesNematóidesNúmero Número

aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)

Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)

•Animais mais Animais mais numerosos no solonumerosos no solo

•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica

100 mil– 50 100 mil– 50 milhõesmilhões

50-10050-100

ArtrópodesArtrópodesNúmero Número

aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)

Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)

•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica

100 - 1000100 - 1000 1-101-10

MinhocasMinhocasNúmero Número

aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)

Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)

•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica

0 - 20 - 2 10-4010-40

Biomassa Microbiana nos solosBiomassa Microbiana nos solos

Principal fonte de enzimas no soloPrincipal fonte de enzimas no solo

Responsável por toda a atividade biológicaResponsável por toda a atividade biológica

Catalisa transformações bioquímicas Catalisa transformações bioquímicas

Representam fonte e dreno de Representam fonte e dreno de carbono carbono

Troca de nutrientes entre a Troca de nutrientes entre a atmosfera e o ecossistema solo-atmosfera e o ecossistema solo-plantaplanta

DecomposiçãoDecomposição (aeróbica, anaeróbica) (aeróbica, anaeróbica)

Degradação de moléculas orgânicas Degradação de moléculas orgânicas

complexas complexas ((Pseudomonas sp.)Pseudomonas sp.)

Transformações de nutrientes Transformações de nutrientes (Solubilização (Solubilização

de fosfato, mineralização)de fosfato, mineralização)

Interações mutualísticas Interações mutualísticas (FBN – simbiótica e(FBN – simbiótica e

assimbiótica)assimbiótica)

BactériasBactérias

DecomposiçãoDecomposição (aeróbica e fermentação por leveduras) (aeróbica e fermentação por leveduras)

Degradação de moléculas orgânicas complexas Degradação de moléculas orgânicas complexas

Basidiomicetos – lignina)Basidiomicetos – lignina)

Produção de antibióticos Produção de antibióticos ((Penicillium - penicilina)Penicillium - penicilina)

Solubilizadores de fosfato Solubilizadores de fosfato ((Aspergillus)Aspergillus)

MicorrizasMicorrizas

Agregação do soloAgregação do solo

FUNGOSFUNGOS

Processos em que participamProcessos em que participam

Plantas superiores

GEE Energia solar

Resíduos vegetais

NematóidesÁcaros Minhocas

Matéria orgânica

Protozoários

Bactérias eActinomicetos

GEE Humus

Nutrientes minerais

Nutrientes minerais

Fungos

Produção primáriaProdução primária

Perda deenergiacalórica

Colêmbolas

ConsumidoresConsumidores

Microrganismos e a Microrganismos e a agregação dos solosagregação dos solos

•Solo consiste de:Solo consiste de:Partículas mineraisPartículas minerais

Matéria orgânica Matéria orgânica (proveniente da (proveniente da

decomposição de decomposição de plantas, animais e plantas, animais e microrganismos)microrganismos)

Minerais e partículas Minerais e partículas orgânicas são orgânicas são

intimamente ligadas, intimamente ligadas, formando vários tipos formando vários tipos

de agregadosde agregados

Microrganismos e agregação Microrganismos e agregação (estruturação)dos solos(estruturação)dos solos

Tipos de Tipos de agregadosagregados

Formação dos agregados: Formação dos agregados: etapasetapas Floculação:Floculação: quaquando partículas

primárias permanecem íntimamente

unidas devido a forças interativas

(eletrostática, Van der Waals, e/ou

pontes de hidrogênio)

Cimentação: Cimentação: estabilização dos flóculos

pela ação de agentes cimentantes

(compostos orgânicos, carbonatos, Fe e

óxidos de Al)

Exemplos de Polissacarídeos Exemplos de Polissacarídeos extracelulares derivados de extracelulares derivados de

microrganismos com ação cimentantemicrorganismos com ação cimentantePolissaPolissa

ca-ca-rídeorídeo

MicrorganismoMicrorganismo

XantanaXantanass

Xanthomonas Xanthomonas campestriscampestris

DextranDextranaa

Aerobacter spp, Aerobacter spp, Streptococcus bovisStreptococcus bovis

CurdlanCurdlan Alcaligenes faecalisAlcaligenes faecalis

PullullanPullullan Aureobasidium Aureobasidium pulullanspulullans

Comparação entre Flóculos formados e Comparação entre Flóculos formados e Matéria orgânica dispersa Matéria orgânica dispersa

FlóculosFlóculosMatéria orgânica dispersaMatéria orgânica dispersa

Formação dos agregadosFormação dos agregadosAgregados ou

partículasRaízes

Hifas de fungosPorosSólido

Principais Principais agentes agentes ligantesligantes

Raízes e hifas de Raízes e hifas de fungosfungos

Material húmico

Partículas de argila

Flocos de Partículas de argila

Hifa Bactérias

Partículas de argila

Fragmentos de plantas e fungos

Fragmentos de plantas e fungos no interior de partículas

inorgânicas

Localização dos microrganismos Localização dos microrganismos em agregadosem agregados

Interação entre raízes e Interação entre raízes e hifas de fungoshifas de fungos

Fatores bióticos e abióticos Fatores bióticos e abióticos e a agregação do soloe a agregação do solo

Argila Sílica Sesquióxidos hidratadosSesquióxidos hidratados

Fatores que afetam a agregação do Fatores que afetam a agregação do solosoloFatoresFatores Efeitos ou Efeitos ou

contribuiçãocontribuiçãoTamanho das Tamanho das partículaspartículas

Balanço/ densidade de cargas e Balanço/ densidade de cargas e superfície específicasuperfície específica

Regime hídricoRegime hídrico Ciclos de umedecimento/ Ciclos de umedecimento/ secagemsecagem

Matéria orgânica do Matéria orgânica do solosolo

Substrato microbiano e ação Substrato microbiano e ação cimentantecimentante

Cultivo do soloCultivo do solo Promove a dispersão das Promove a dispersão das partículaspartículas

MicrorganismosMicrorganismos Adesão das partículas e Adesão das partículas e produção de agentes produção de agentes

cimentantescimentantes

MacrorganismosMacrorganismos Promovem aglomeração das Promovem aglomeração das partículaspartículas

Raízes finas Raízes finas Decomposição favorece Decomposição favorece microrganismos; ação mecânica microrganismos; ação mecânica que promove aproximação das que promove aproximação das

partículaspartículas

Balanço entre Balanço entre microrganismos x microrganismos x agregação do soloagregação do solo

MatériaMatéria orgânica vivaMatéria orgânica viva((Principalmente Fungos Principalmente Fungos FilamentososFilamentosos))

Comprimento e Comprimento e espessura de espessura de hifas e raízeshifas e raízes

EstabilidadeEstabilidade

Dos Dos

AgregadosAgregados

≈≈+

Adição de matéria orgânica estéril Adição de matéria orgânica estéril (sem microrganismos, não afeta a (sem microrganismos, não afeta a

agregação....agregação....

O cultivo do solo e a O cultivo do solo e a agregaçãoagregaçãoEstrutura do soloEstrutura do solo

(agregação)(agregação)

Matéria Matéria orgânicaorgânica

MicrorganismMicrorganismosos

ManejoP

rote

geFa

vore

ce

Estimula

Decompõe

Reduz

Protege

Solo como habitatSolo como habitat

Microhabitat ou microsítio: Microhabitat ou microsítio: volume do solo onde células, volume do solo onde células, comunidades ou populações comunidades ou populações microbianas existem e que são microbianas existem e que são afetadas por este microambiente e afetadas por este microambiente e por sua vez também o afetapor sua vez também o afeta Microambiente: Microambiente: situação físico - química no qual uma situação físico - química no qual uma célula, população ou comunidade célula, população ou comunidade microbiana vivem num dado momentomicrobiana vivem num dado momento

ConsideraçõesConsiderações

Complexidade Biológica: Complexidade Biológica: maior diversidade genéticamaior diversidade genética Garante relações diversas: Garante relações diversas: positivas ou negativaspositivas ou negativas Limita explosão Limita explosão

populacionalpopulacional Gera equilíbrio: Gera equilíbrio: tampão tampão

biológico biológico impede a ação de efeitos impede a ação de efeitos

externosexternos

““Solos com comunidade diversa Solos com comunidade diversa de organismos se recuperam de organismos se recuperam

melhor do stress”melhor do stress”

Equilíbrio biológico de um Equilíbrio biológico de um ecossistemaecossistema

1- Papel dos 1- Papel dos microrganismos no solomicrorganismos no solo

1- Gênese do solo: 1- Gênese do solo: espécies fotossintéticas e fixadoras do nitrogêneo (Cianobactérias e lìquens)

AnabaenaAnabaena

FBNFBN FotossínteseFotossíntese

2- Intemperismo: 2- Intemperismo: através de através de participação de reações que participação de reações que liberam prótons, nutrientes liberam prótons, nutrientes inorgânicos e ácidos orgânicosinorgânicos e ácidos orgânicos

3- Agregação do solo:3- Agregação do solo:

4- Interações com partículas do solo4- Interações com partículas do solo::

pili, Flagelospili, Flagelos

Enzimas: funçõesEnzimas: funções

Catalizadoras das reações bioquímicas e Catalizadoras das reações bioquímicas e

parte integral da ciclagem de nutrientesparte integral da ciclagem de nutrientes• Ciclo do C Ciclo do C – glicosidase (liberação de açúcares• Ciclo do N Ciclo do N – ureases, amilases e proteases (liberação de N-inorg)• Ciclo do S Ciclo do S – arilsulfatase (libera SO4-)• Ciclo do P Ciclo do P – fosfatases ácidas e alcalinas (liberação de P-inorg)• Desidrogenase Desidrogenase – indicar o estado • metabólico

5- Enzimas microbianas5- Enzimas microbianas: : ex.ureases e ex.ureases e proteasesproteases

6- Utilização de substratos por 6- Utilização de substratos por microrganismos como fonte de microrganismos como fonte de

energiaenergia MO do solo: plantas e outros

organismos

Substâncias recalcitrantes: Naturais: ex. húmus

Artificiais: xenobióticos

7- Microrganismos e pH do solo7- Microrganismos e pH do solo

8- Microrganismos e água dos 8- Microrganismos e água dos solossolos

Filmes de água:Filmes de água: maior sítio de atividade microbianamaior sítio de atividade microbiana

• Movimentação dos microrganismos Movimentação dos microrganismos entre os porosentre os poros• Acesso facilitado à substratosAcesso facilitado à substratos

9- Interação entre 9- Interação entre microrganismosmicrorganismos Micorrizas Micorrizas: : Associação Associação SimbióticaSimbiótica positiva positiva

Pinusspp.(Pine)Endomicorrizas Endomicorrizas arbusculararbuscular

EctomicorrizasEctomicorrizas

9- Interação entre 9- Interação entre microrganismosmicrorganismos Líquens: Líquens: Associação Associação SimbióticaSimbiótica positiva positiva

Bioindicadores da qualidade do solo: sensíveis à poluição

10- Interação entre os 10- Interação entre os microrganismos:microrganismos:

Nódulos de Nódulos de Rhizobium:Rhizobium: associação associação Simbiótica positivaSimbiótica positiva

Pisumsativum(pea)

Fixação do nitrogênio no solo

11- Interação entre os 11- Interação entre os microrganismos:microrganismos:

ComensalismoComensalismo:: associação Simbiótica associação Simbiótica positivapositiva

MicrorganisMicrorganismo mo

AA

MicrorganisMicrorganismo mo

BB

Beneficia Beneficia

•Desinto- xicando o ambiente

•Conver- tendo substratos

** Super-Comensalis-moMas não é prejudicadoMas não é prejudicado

12- Interação entre 12- Interação entre os microrganismos:os microrganismos: Parasitismo Parasitismo Associação Associação simbiótica negativasimbiótica negativa

DoençasDoenças

13-Interação entre os 13-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Competição: Competição: associação associação simbióticasimbiótica negativa negativa

Mesmo MicrohabitatMesmo MicrohabitatMaior habilidade Maior habilidade

genéticagenética

14-Interação entre os 14-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Predação: Predação: associação simbióticaassociação simbiótica negativa negativa

14-Interação entre os 14-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Amensalismo: Amensalismo: associação associação simbióticasimbiótica negativa negativa

Conclusão Conclusão Clima úmido Clima árido

Temp. intermediárias

(17-27 oC)

Temperaturas

extremas

pH do solo

5-8

pH alto

ou baixo

Floresta descídua

Floresta tropical

Floresta coníferas

Pastagem permanente Cultivo contínuo

Retôrno de resíduos

compostagem

Excesso fertilizantes

e pesticidas

Boa drenagem

aeração

Impedimento drenagem

inundação

Biomassa Biomassa DiversidadeDiversidade

Biomassa Biomassa DiversidadeDiversidade

INTER-RELAÇÕES INTER-RELAÇÕES BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA e GASES DO MICROBIANA e GASES DO SOLOSOLO

BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA MICROBIANA

GASES DO GASES DO SOLOSOLO

Quais são as principais relações ?

biomassamicrobiana decomposição da MOS

• imobilização de nutrientes

• mineralização de nutrientes

• produção/oxidação de gases

efeito estufa

CO2

N2O

CH4

fatores ambientais trocas solo/atmosfera

1-15 Mg.ha-1.ano-1

Biomassa Biomassa microbianamicrobiana

7-10 Mg.ha-1.ano-1

15-16 Mg.ha-1.ano-1

Floresta tropical

Pastagem

Cultura anual

NH4+

NO3-

Humus

CO2

N2OCH4NOx

No soloNo solo

Em soluçãoEm solução

Na atmosferaNa atmosfera

Ca+

K+ PO3-

Mg