ISSN 1517-1981

Outubro 2000Novembro, 2005

Dinâmica Espaço-Temporal doFósforo e da Matéria Orgânica do

Solo em Agrossistemas

ISSN 1679-0456

ISSN 1678-0892

Novembro, 2005

Dourados, MS2005

2772

Dinâmica Espaço-Temporal doFósforo e da Matéria Orgânicado Solo em Agrossistemas

Luís Carlos HernaniJesus Fernando Mansilla BacaAmoacy Carvalho FabricioNelson Ferreira FernandesCelso Vainer ManzattoJúlio Cesar Salton

Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaMinistério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Embrapa Agropecuária Oeste

Embrapa Solos

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constitui violação dos direitos autorais (Lei Nº 9.610).

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Supervisão editorial, Revisão de texto e Editoração eletrônica:Eliete do Nascimento FerreiraNormalização bibliográfica: Eli de Lourdes VasconcelosIlustração da capa: Luís Carlos Hernani

1ª edição(2005): online

Comitê de Publicações da Embrapa agropecuária Oeste

Presidente: Renato RoscoeSecretário-Executivo: Edvaldo SagriloMembros: André Luiz Melhorança, Clarice Zanoni Fontes, Eli de Lourdes Vasconcelos, Fernando Mendes Lamas, Vicente de Paulo Macedo Gontijo e Walder Antonio de Albuquerque Nunes

Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:

Embrapa SolosRua Jardim Botânico, 1024Jardim Botânico22460-000 Rio de Janeiro, RJFone: (21) 2274-4999 Fax: (21) 2274-5291www.cnps.embrapa.brE-mail: sac@cnps.embrapa.br

© Embrapa 2005

Dinâmica espaço-temporal do fósforo e da matéria orgânica do solo em agrossistemas / Luís Carlos Hernani... [et al.]. Dourados:

Embrapa Agropecuária Oeste; Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2005.

83 p. : il. color. ; 21 cm. (Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento / EmbrapaAgropecuária Oeste, ISSN 1679-0456 ; 27; Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento /Embrapa Solos, ISSN 1678-0892 ; 72).

1. Manejo do solo - Fósforo - Matéria orgânica - Modelagem 2. Fósforo - Matériaorgânica - Manejo do solo - Modelagem. 3. Matéria orgânica - Fósforo - Manejo do solo - Modelagem. I. Bacca, Jesus Fernando Mansilla. II. Fabricio, Amoacy Carvalho. III. Fernandes, Nelson Ferreira. IV. Manzatto, Celso Vainer. V. Salton, Júlio Cesar. VI. Embrapa Agropecuária Oeste. VII. Embrapa Solos. VIII. Título. IX. Série.

CDD (21.ed) 631.4

Sumário

Resumo

Abstract

Introdução

Material e Métodos

Resultados e Discussão

Conclusões

Agradecimentos

Referências

5

7

9

12

23

78

79

77

Resumo

Este trabalho avaliou a aplicabilidade de modelagem estocástica (Cadeias de

Markov, Modelo de Monte Carlo e algoritmo "efeito de borda"), em estudos de

dinâmica espaço-temporal de fósforo disponível (P) e de matéria orgânica do

solo (MOS), sob diferentes agrossistemas, visando subsidiar decisões de

manejo. Os tratamentos foram: a) Sistema Convencional preparo do solo com

grade de discos pesada seguida por niveladoras para cultivo de soja e de

aveia preta; b) Sistema Plantio Direto - plantio direto das culturas nabo

forrageiro-milho/aveia preta-soja/trigo-soja e c) Sistema Lavoura-Pastagem -

plantio direto de soja-aveia preta/soja-aveia preta/pastagem (braquiária,

cultivada por dois anos seguidos). As culturas soja, milho e trigo receberam

adubação de manutenção, enquanto as demais não foram adubadas.

(1) Eng. Agrôn., M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste, Caixa Postal 661, 79804-970 - Dourados, MS. E-mail: hernani@cpao.embrapa.br.

(2) Eng. Agrôn., Dr., Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico 1024 - Jd. Botânico, 22460-000 - Rio de Janeiro, RJ. E-mail: jesus@cnps.embrapa.br.

(3) Eng. Agrôn., M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste. E-mail: amoacy@cpao.embrapa.br.(4)

(5) Eng. Agrôn., Dr., Embrapa Solos. E-mail: manzatto@cnps.embrapa.br.(6) Eng. Agrôn., M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste. E-mail: salton@cpao.embrapa.br.

Prof. Dr. , Depto. Geografia da UFRJ, Caixa Postal 68537, Cidade Universitária - Ilha do Fundão, 21941-972 Rio de Janeiro, RJ. E-mail: nelsonff@acd.ufrj.br

Dinâmica Espaço-Temporal doFósforo e da Matéria Orgânica doSolo em Agrossistemas

1Luís Carlos Hernani2Jesus Fernando Mansilla Baca

3Amoacy Carvalho Fabricio4Nelson Ferreira Fernandes

5Celso Vainer Manzatto6Júlio Cesar Salton

Amostras compostas de um Latossolo Vermelho Distroférrico muito argiloso,

foram obtidas, a partir de 208 pontos georreferenciados e eqüidistantes de 30

m no terreno, das camadas 0-5 e 5-15 cm, em 1995, 1998 e 2001. Nessas

amostras foram determinados o P e a MOS para cujos resultados definiram-se

classes de fertilidade. A dinâmica espaço-temporal dessas classes foi

avaliada para cada agrossistema, ao longo tempo, tomando-se os demais

como referências. A distribuição espacial das classes desses atributos, para

ambas as camadas do solo, foi estimada para o ano de 2016, tendo como base

os valores observados em 1998 e 2001. Os resultados ratificaram

comportamento diferencial dos agrossistemas quanto aos seus efeitos sobre

o P e a MOS, ao longo do tempo. O agrossistema Lavoura-Pastagem foi o

mais eficaz em incrementar e manter os teores de MOS da camada 0-5 cm do

solo, sendo seguido pelo Sistema Plantio Direto e pelo Convencional. Quanto

aos efeitos sobre a MOS da camada 5-15 cm, verificou-se que os

agrossistemas Lavoura-Pastagem e Convencional foram semelhantes entre

si e, ambos foram superiores ao Sistema Plantio Direto. Verifica-se que, em

agrossistemas manejados em plantio direto, a inclusão de culturas com

elevada relação C/N e sistemas radiculares vigorosos e agressivos, como a

braquiária, é fundamental ao crescimento e manutenção da MOS. Ao longo do

tempo, o Sistema Plantio Direto proporcionou o maior acúmulo de P tanto na

camada de 0-5 cm como na de 5-15 cm, sendo seguido pelo Convencional e

pelo Lavoura-Pastagem. Com as ferramentas e os modelos aqui adotados

poder-se-á estabelecer monitoramento mais preciso da fertilidade do solo e,

com isto, provavelmente, diminuir as doses de fósforo a serem aplicadas em

áreas conduzidas em Sistema Plantio Direto, minimizando custos financeiros

e ambientais. A metodologia desenvolvida inicialmente para estudos de

dinâmica de feições de paisagem adaptou-se adequadamente às situações

de escala mais ampla, como os agrossistemas.

Termos para indexação: Modelos estocásticos (Cadeias de Markov, Monte

Carlo, Efeito de Borda), Sistema Plantio Direto, Sistema Integrado Lavoura-

Pastagem.

6 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Abstract

The objectives of this work were to evaluate the applicability of the stochastic

modeling (Markov Chains, Monte Carlo Model and an algorithm considering

the 'border effects') to analyze the spatial and temporal dynamics of available

phosphorus (P) and soil organic matter (MOS) under different agricultural

systems, in order to support management decisions. The selected treatments

were: a) Conventional System - the soil was prepare with heavy + leveling

harrows discs and cultivated with a succession soybean-black oat crops; b)

No-Till System - no-till cultivation of the rotation turnip-corn/black oat-

soybean/wheat-soybean and c) Farming-Pasture System - no-till cultivation of

soybean-black oat/soybean-black oat/pasture (B. decumbens), for two years.

Only soybean, corn and wheat were fertilized. Composed samples were

collected of the 0-0,05 and 0,05-0,15 m layers in a very clayed Typic Haplustox,

for the years of 1995, 1998 and 2001. The soil sampling grid was composed by

a total of 208 georeferenced points separated 30 m from each other on the

surface. P and MOS contents were analyzed in all samples and these

attributes were classified according to their fertility level. The temporal and

spatial dynamics of these classes were analyzed in each agricultural system,

while considering the other treatments as references. Based on the observed

data of 1998 and 2001 estimates were made to the predicted P and MOS

dynamics for the year of 2016. The results obtained attested the differential

behavior among the agricultural systems with respect to their effects on P and

7Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Spatial and Temporal Dynamics of Soil Organic Matter andPhosphorous in Agricultural Systems

MOS temporal dynamics. The Farming-Pasture agricultural system proved to

be the most effective on increasing and maintaining the MOS concentration of

the 0-0,05 m layer, followed by the No-Till and by the Conventional systems.

Considering the MOS content of the 0,05-0,15 m layer, the Farming-Pasture

and the Conventional systems presented similar results which were superior to

that one obtained for the No-Till system. Therefore, the use of crops with higher

C/N ratios in agricultural systems, like B. decumbens, is very important in

order to increase and maintain MOS concentrations. During the studied period,

the No-Till system presented greater P accumulation, both in the 0-0,05 m and

the 0,05-0,15 m layers, followed by the Conventional and by the Farming-

Pasture systems. Based on the results obtained with the tools and models

used here a more accurate monitoring of soil fertility may be achieved, which

will probably reduce the amounts of P to be applied in specific areas submitted

to No-Till system management, reducing both financial and environmental

costs. It is suggested here that this methodology, initially developed for studies

on the dynamics of landscape features, may also be well suitable to be applied

in larger-scale studies, as the ones associated with agricultural systems.

Index terms: Stochastic modelling (Chains of Markov, Monte Carlo, Effect of

Border), No Till System, Farming-Pasture System.

8 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Introdução

Desde os anos 90 tem-se verificado forte crescimento na adoção do plantio

direto (PD) no Brasil, estimando-se em cerca de 22 milhões de hectares a área

cultivada sob este sistema de manejo (Federação Brasileira de Plantio Direto

na Palha, 2004). Entretanto, diversas são as formas de condução e esquemas

de culturas empregados. Na Região Central do Brasil pode-se ter, por

exemplo, a semeadura direta (dessecação da vegetação espontânea e

semeadura sem preparo do solo da cultura comercial principal, havendo

preparo de solo para cultivo de outras culturas); o plantio semidireto

(semeadura a lanço de cultura de cobertura, geralmente o milheto, cujas

sementes são incorporadas ao solo utilizando-se de uma gradagem leve

fechada e, após dessecação desse milheto, tem-se a semeadura direta de

soja); o plantio direto em monocultura (soja na primavera seguida de milho 2ª

safra ou safrinha) com mobilização mínima de solo e o Sistema Plantio Direto -

SPD (que preconiza o desenvolvimento de adequado sistema de rotação de

culturas, com predominância de espécies comerciais, organizadas de forma a

promover a cobertura permanente do solo com plantas vivas e palha,

exigindo, portanto, ausência quase total de mobilização do solo).

O SPD, a forma tecnicamente mais adequada do ponto de vista agronômico,

tem sido adotado por um pequeno percentual de agricultores. Avaliando o nível

de adoção das tecnologias agrícolas em Mato Grosso do Sul, Melo Filho et al.

(2001) observaram que, dos produtores que adotavam o plantio direto, apenas

13% utilizavam a rotação de culturas e não revolviam o solo. Além da

diversidade dos sistemas de produção e adoção do plantio direto, tem-se

observado grande variabilidade na fertilização do solo. Possivelmente, isso

ocorre pela falta de estudos científicos que levem em consideração as diferentes

situações e que, provavelmente, demandam diferentes procedimentos quanto

ao método de amostragem, de interpretação de resultados analíticos e definição

de desequilíbrios e necessidade nutricional das plantas.

Um dos problemas para a adequada fertilização do solo em SPD, além da

grande diversidade de culturas que compõem os sistemas de produção e seus

efeitos sobre aporte, estoque e disponibilidade de nutrientes, é a maior

variabilidade espacial do solo sob este sistema (Alvarez V. & Carraro, 1976;

Salet et al., 1996).

9Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

10

Essa variabilidade espacial requer procedimentos de amostragem

específicos que garantam maior confiabilidade e representatividade do

material coletado no campo. Propostas sobre número e forma de amostragem

têm sido feitas (Anghinoni & Salet, 1998; Alvarez V. & Garçoni, 2003); no

entanto, este tema ainda carece de maiores estudos para obtenção de

padronização ou sistematização do processo de amostragem.

Vários trabalhos de pesquisa têm apontado o aumento no teor de matéria

orgânica do solo (MOS) em área de lavouras, pela utilização do Plantio Direto

(PD) em comparação ao sistema convencional de preparo do solo (Lovato et

al., 2004; Sisti et al.; 2004; Sá et al., 2001).

Diferentes seqüências de culturas sob PD podem ter efeitos diferenciados

sobre o estoque de C no solo, como relata Diekow (2003), que verificou maior

eficiência da seqüência guandu/milho em comparação a aveia/milho.

Algumas gramíneas têm apresentado grande potencial de produção de

biomassa com elevada relação C/N tal como o milheto (Salton & Hernani,

1994), cultura que tornou possível o grande crescimento do PD na Região

Centro-Oeste do Brasil.

Além de maior exposição aos agentes de decomposição, o preparo do solo

aumenta as perdas de MOS por erosão, como demonstrado por Hernani et al.

(1999), que verificaram perdas seis vezes maiores para o sistema de preparo

do solo com o uso de grades de discos em comparação ao PD para a

sucessão soja/trigo.

De qualquer modo, para a obtenção de acúmulo de C no solo é necessário que

a adição seja superior à decomposição. Mielniczuk et al. (2003) concluíram

que para manter estável o estoque de carbono orgânico total (COT) no solo,

para as condições do Rio Grande do Sul, é necessária a adição de 4,4 t/ha/ano

de C, no PD e, de 8,5 t/ha/ano de C, no PC.

O incremento de MOS em SPD tem sido, freqüentemente, relacionado à

formação e manutenção de quantidade expressiva de palha sobre a superfície

do solo. No entanto, nos primeiros anos após a adoção do SPD, esse

acréscimo de MOS deve provavelmente estar associado mais às

características e relação C/N do sistema radicular, do que à quantidade ou

qualidade de palha produzida pela parte aérea das plantas cultivadas.

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

11

A aplicação de fertilizantes, no âmbito da propriedade agrícola, em lavouras

com SPD, tem sido realizada de diferentes maneiras em função de aspectos

como tempo de condução, sistemas e manejo de culturas. É comum a

fertilização visar apenas e especificamente a cultura comercial principal e ser

baseada em recomendações provindas de experimentos com sistema

convencional de manejo do solo. Apesar de alguns avanços já terem sido

observados quanto ao tipo, época e dose de fertilizante a ser aplicado em PD

(Souza, 2003), poucos trabalhos têm considerado a variabilidade espacial na

adubação de sistema de produção com mais de quatro anos em SPD. Por

outro lado, os trabalhos de fertilização que consideram as mudanças

temporais nos teores de nutrientes no solo, influenciadas pelas diferentes

formas de manejo e condução das culturas em PD, são escassos.

No entanto, alguns resultados de pesquisa indicam que no SPD as reações de

fixação de fosfatos aplicados ao solo são minimizadas (Costa, 2000) devido,

entre outros aspectos, à produção contínua de ácidos orgânicos, que, na

camada de 0-2,5 cm do solo, beneficia a formação de complexos envolvendo

o alumínio (Amaral et al., 2004), e ao recobrimento da superfície dos

sequióxidos de Fe e de Al pela matéria orgânica, resultando em menor

adsorção e em melhor aproveitamento de P pelas plantas (Almeida et al.,

2003). Esse efeito, no entanto, como acreditam alguns autores (Afif et al.,

1995; Andrade et al., 2003) seria temporário. Além disso, maiores teores de

MOS geram melhorias na estrutura do solo e beneficiam a formação de

galerias pela biota do solo, facilitando a translocação de fósforo no perfil (Raij,

1991; Chepkwony et al., 2001).

A agricultura de precisão, através de suas ferramentas (funções de pedo-

transferência, geoestatística e sistemas de informação geográfica), tem

grande potencial para inserir inovações no processo de diagnóstico,

recomendação e execução da adubação em agrossistemas. Modelagem e

simulação, como suporte à decisão de adubação, têm apresentado boas

perspectivas de uso em agrossistemas (Silva et al., 2002). Modelos

matemáticos estocásticos usados em análise de processos de espacialização

e simulação de aspectos da fertilidade do solo em agrossistema, também

apresentam-se promissores (Ortiz et al., 2004). Este trabalho visa adaptar e

avaliar a aplicabilidade da modelagem espaço-temporal, proposta por

Mansilla Baca (2002), em análise da dinâmica de classes de fósforo disponível

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

12

e de matéria orgânica de um Latossolo Vermelho Distroférrico muito argiloso,

em agrossistemas com e sem plantio direto, conduzidos em macroparcelas

experimentais de campo, e realizar projeções, através de simulações da

dinâmica espaço-temporal do fósforo disponível e da matéria orgânica do solo

sob agrossistemas, para auxiliar decisões de manejo das terras.

Material e Métodos

O Projeto original. Os dados aqui utilizados são parte de um experimento de

longa duração, conduzido, desde 1995, na Embrapa Agropecuária Oeste, em

Dourados, MS. No local, tem-se um Latossolo Vermelho Distroférrico muito

argiloso, cujos teores de argila, silte e areia da camada 0-20 cm são,

respectivamente: 660; 120 e 220 g/kg (Amaral et al., 2000). Na região tem-se o

clima Cwa, temperado úmido, com inverno seco e verão quente (Fietz, 2001).

A precipitação média está em torno de 1.400 mm/ano; a temperatura média,

no inverno, fica entre 15ºC e 19ºC e, no verão, entre 23ºC e 26ºC; o período

mais chuvoso vai de novembro a janeiro e o mais seco, de junho a agosto

(Amaral et al., 2000).

Os tratamentos deste projeto são constituídos pelos agrossistemas: 1.

Preparo do solo com gradagens pesada + niveladora para cultivo da sucessão

aveia preta (Avena strigosa) - soja (Glicine max) (SC - sistema convencional);

2. Plantio Direto para produção de grãos, com a rotação nabo forrageiro

(Raphanus sativus) - milho (Zea mays)/aveia preta - soja/trigo (Triticum

aestivum) - soja (SPD); 3. Plantio Direto para produção de grãos e de carne,

com lavouras de soja - aveia preta, por dois anos, seguidas de pastagem

(Brachiaria decumbens) por dois anos também. (SLP - integração lavoura-

pastagem) e 4. Pastagem permanente (Fig. 1).

Para minimizar efeitos climáticos ('efeito ano') sobre culturas e solo, o SPD foi

repetido espacialmente em três unidades, nas quais o sistema de rotação foi

iniciado em 1996 (SPD c), 1997 (SPD a) e 1998 (SPD b), conforme Tabela 1 e

Fig. 1. Da mesma forma, o SLP também foi duplicado, sendo a rotação iniciada

em 1995/96 (SLP b) e em 1997/98 (SLP a).

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

13Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 1. Tratamentos e locais de amostragem (cruzamentos letras x números). SC:sistema convencional da sucessão aveia-soja; SPD: plantio direto da rotação nabo-milho/aveia-soja/trigo-soja, ciclo iniciado em a:1997, b:1998 e c:1996; SLP: plantio direto da rotação lavoura-pastagem, ciclo iniciado em a: 1997/8 e b: 1995/6, e Pastagem Permanente.

14

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Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

15Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Agrossistemas estudados neste trabalho. Para a análise da dinâmica

espaço-temporal realizada neste trabalho, considerou-se como 'geral' o

conjunto dos sistemas SC, SPD a, b e c, e SLP a e b, porque o sistema

Pastagem Permanente foi submetido à amostragem de solo apenas em 1995.

Assim, o agrossistema 'geral' foi composto por 208 pontos georreferenciados

e abrangeu cerca de 16 ha.

Neste trabalho, será dada maior ênfase aos dados obtidos nos agrossistemas

SC, SPD c e SLP b, porque em 1998/99 e em 2001/02, quando foram

realizadas as coletas de solo e planta, a soja, que é a cultura foco, encontrava-

se em cultivo no SC, no final do ciclo de rotação no SPD c e, após dois anos

com braquiária, no SLP b (Tabela 1). Esses agrossistemas foram

considerados individualmente como referências comparativas.

Manejo dos agrossistemas. As adubações, bem como as demais

tecnologias de manejo e condução de cada cultura, seguiram recomendações

contidas em documentos específicos publicados pela Embrapa. As culturas

de aveia preta, nabo e pastagem não receberam adubação de manutenção.

Coletas e determinações de solo e de planta. As coletas de solo e de planta

foram realizadas em 208 pontos georreferenciados e eqüidistantes de 30 m,

ou a partir deles (Fig. 1).

Amostras compostas de solo foram obtidas em duas profundidades (0-5 e

5-15 cm), em 1995, 1998 e 2001, usando-se um trado holandês. Nessas

amostras, o fósforo disponível (P) foi extraído com o duplo ácido (Mehlich 1) e

determinado em espectrômetro de absorção molecular, baseado em

Claessen (1997). O carbono orgânico (C org) foi determinado conforme

Walkley-Black citado por Raij et al. (1987), e a matéria orgânica (MOS) foi

obtida multiplicando o C org por 1,724.

Classes dos atributos de solo. A definição pelo estudo do P e da MOS foi

com base em análise exploratória discutida por Hernani (2004). Para efeito de

espacialização e estudos de dinâmica e simulação, foram definidas, neste

trabalho, classes de fertilidade para o P e para a MOS, conforme apresentado

na Tabela 2.

16

As classes de fertilidade para P e para MOS, aqui usadas (Tabela 2) foram

baseados em Souza & Lobato (1996) e Tecnologias... (2004), especialmente

no caso dos limites mais baixos. No entanto, em sua maioria, as classes foram

arbitrariamente definidas, devido aos teores, em geral muito elevados, desses

atributos em ambas as camadas estudadas e à necessidade de refletirem

modificações e alterações induzidas pela influência dos diferentes

agrossistemas, no espaço e no tempo.

A adubação fosfatada. A quantidade de P O acumulada ao longo de cada 2 5

período estudado, fornecida pela adubação de manutenção nos diferentes

tratamento,s estão na Tabela 3. A quantidade acumulada de fosfato aplicado

na adubação de manutenção (na linha) variou em função das diferentes

culturas que compunham cada agrossistema. Embora a dose de adubo

fosfatado para a cultura da soja tenha sido a mesma em todos os

agrossistemas e safras, as subparcelas do agrossistema SPD receberam

quantidades maiores de fosfatos que os demais agrossistemas. Isto porque,

além da soja o SPD c tem, no seu sistema de rotação, também, o milho (verão)

e o trigo (inverno), sendo que o primeiro recebeu doses mais elevadas em P do

que a cultura soja e, o segundo, é a única cultura adubada no cultivo de

outono/inverno. Ressalta-se ainda que, neste trabalho, o objetivo foi avaliar as

mudanças entre as classes de P ou de MOS, no espaço e no tempo, dentro de

cada agrossistema.

ClassesMOSg/kg

Pmg/dm3

1 <15 <32 15-25 3-83 25-35 8-184 35-45 18-335 45-55 33-486 >55 >48

Tabela 2. Classes de fertilidade do solo para fósforo disponível (P, Mehlich 1) e matéria orgânica (MOS).

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

17

Conceitos sobre os modelos usados. Um aspecto importante de um

modelo matemático refere-se à natureza de sua formulação ou como os

valores da distribuição são tratados. Quando as informações não permitem a

formalização de uma regra para determinar a precisão do resultado de um

experimento, adota-se o modelo não-determinístico ou estocástico. Muitos

fenômenos naturais ou artificiais são aleatórios por não poderem ser

modelados de forma exata, ao passo que os modelos determinísticos são

regidos segundo uma aplicação bem definida, 'a priori'.

Chorley (1975), embasado em outros autores, resumiu: "modelos

estocásticos são expressões que envolvem variáveis, parâmetros e

constantes matemáticas, juntamente com um ou mais componentes

aleatórios, surgindo os últimos de flutuações imprevisíveis dos dados da

observação ou da experimentação".

Uma variável aleatória (v.a. X), do tipo discreta, é definida por sua função de

probabilidade (f.p.), (x, p(x)) ou f.p. da v.a. X, onde X assume valores x , x , ..., 1 2

x , ..., a qual é expressa pela função {x , p(x), i = 1,...,n,...}, sendo p(x) = P(X = n i i i

x) = p , i = 1,...,n,.... (Bussab & Morettin, 2003).i i

Tabela 3. Quantidade acumulada de fósforo (P O , em kg/ha) aplicada na 2 5

adubação de manutenção nos períodos 1995-1999, 1999-2002 e 1995-2002, nos agrossistemas estudados.

Sistema(1) 1995-1999 1999-2002 1995-2002

SC 254 232 486SPD a 404 240 644SPD b 381 286 667SPD c 326 312 638SLP a 120 142 262SLP b 134 90 224

(1) SC:sistema convencional (sete safras de soja com adubação); SPD: sistema plantio

direto, a: (safras com adubação - cinco de soja; duas de milho e duas de trigo); b:

(safras com adubação - quatro de soja; três de milho e duas de trigo); c: (safras com

adubação - cinco de soja; duas de milho e duas de trigo); SLP: sistema integrado

lavoura-pastagem a: (safras com adubação - quatro de soja); b: (safras com adubação

- três de soja).

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

18

Segundo Nogueira (2004), o processo estocástico é caracterizado por um

conjunto de variáveis aleatórias {X}, onde t percorre um dado conjunto T. É t

freqüente, mas não necessário, que t seja o tempo. Normalmente T é o

conjunto dos números inteiros não negativos e X é a característica t

mensurável de interesse no tempo t. X é o estado do sistema no parâmetro t, t

por isso: a v.a. X é definida num espaço chamado 'espaço de estados'. Esses t

'estados' são usados para descrever um sistema quanto à sua evolução com

o tempo. Um sistema pode estar em M+1 estados mutuamente exclusivos

que, por convenção, anota-se 0, 1, ..., M. As v.a. {X }que representam o t

sistema no instante t, são v.a. discretas que podem assumir os valores 0, 1, ...,

M, com a restrição de que o sistema seja observado em dados momentos no

tempo, representados por t = 0, 1, .... Portanto, um processo estocástico

{X }={X , X , ...} é a representação matemática de como o sistema evolui com t 1 2

o tempo.

O processo de modelagem de Mansilla Baca (2002) usa concepções

estocásticas probabilísticas, baseadas em: (i) cadeias de Markov, (ii)

simulações tipo Monte Carlo e (iii) um algoritmo denominado "Efeito de

Borda". Uma síntese sobre esses aspectos será, em seguida, considerada.

Cadeias de Markov (CM). É um tipo de processo estocástico em que o

comportamento de uma v.a. em um determinado estágio depende dos valores

observados em k estágios anteriores, podendo k ser igual a zero, e, neste

caso, a v.a. em um dado estágio independe do que ocorreu antes.

De acordo com Landim (1998), a CM encontra-se em posição intermediária

entre os modelos matemáticos que trabalham eventos totalmente

independentes e tem como base o pressuposto da causalidade, e os

determinísticos clássicos, onde os eventos estão condicionados a variáveis

específicas, pré-determinadas e totalmente conhecidas. As CM consideram

série de estágios no tempo, onde a dependência entre os estágios é

reconhecida e as probabilidades envolvidas nas transições, entre um dado

estágio e o imediatamente anterior, são estacionárias.

Um processo Markoviano é uma CM em que as v.a. {X} estão definidas em um t

espaço de estágios discretos; neste caso, a CM é chamada 'Cadeia de Markov

em Tempo Discreto' (Nogueira, 2004). Processos ou CM podem ser expressos

por uma equação (Amorocho e Hart, 1964, citados por Chorley, 1975):

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

19

onde: Y é a situação no tempo ou lugar t+1, y é a situação no tempo ou lugar t+1 t

t; r é uma constante; h é uma constante que depende da distribuição de y no

tempo ou no espaço; e E é uma v.a.

Para Landim (1998), as matrizes de probabilidades de transições constituem

uma forma simples e prática de apresentação das CM. O cálculo das

probabilidades de transições baseia-se na freqüência de ocorrência de

transições de um estágio para outro, observadas na representação do

processo considerado, isto é, na matriz de registros ou de freqüência de

transições.

As CM pressupõem que: os estados do sistema são discretos; a escala de

tempo que rege a transição entre estados do sistema pode ser contínua ou

discreta; o estado futuro do sistema depende do estado atual e da matriz de

transição que descreve a sua dinâmica atual; a duração ou a probabilidade de

transição de estados do sistema se dá segundo lei exponencial.

Pedrosa & Câmara (2004) mencionam que as CM são caracterizadas pela

simplicidade da abordagem matemática empregada e pelo número reduzido

de variáveis envolvidas e, embora eficientes em fazer predições, apresentam

limitações em abordar a evolução espacial e identificar os aspectos causais do

sistema. Outra característica é que as probabilidades de transição não

mudam com o tempo, o que o caracteriza como um processo estacionário.

Estes autores citam ainda que as principais vantagens das CM são a

simplicidade operacional e matemática do modelo aliadas à facilidade com

que podem ser aplicadas a dados provenientes de sensoriamento remoto e

implementadas em Sistema de Informação Geográfica (SIG), além do fato de

não necessitar de grande quantidade de dados antigos para prever o futuro.

Por outro lado, acrescentam que as principais limitações das CM incluem o

fato do modelo não explicar o fenômeno (porquê) e ser limitado na resposta

espacial (onde), sendo que o modelo pode fazer predições desde que os

processos sejam estacionários. Além disto, o modelo não suporta, de

imediato, a inclusão de variáveis exógenas como variáveis socioeconômicas

ou outras forças direcionadoras, embora esta limitação possa ser superada.

(1)

Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

-

Simulações de Monte Carlo. Conforme Silva et al. (2002), a simulação é uma

técnica matemática para resolver problemas de difícil ou mesmo impossível

solução analítica. Embora não gere resultados exatos, produz boas

aproximações, tornando-se assim uma segunda alternativa no processo de

solução de problemas.

Segundo Tatizana, citado por Silva et al. (2002), uma característica básica dos

sistemas agropecuários que os diferem de outros (sistemas industriais, por

exemplo) é o fato de organismos vivos, animais e plantas estarem diretamente

relacionados ao processo produtivo. Isso introduz um grau maior de incerteza,

pois o número de fatores aleatórios torna-se elevado.

Modelos de simulação, segundo Silva et al. (2002), têm um caráter descritivo,

com maior ênfase ao desenvolvimento de um sistema que se adapte à

realidade do que a um processo de cálculo que leve a um ponto ótimo. Visto

que nenhum objeto existente na realidade pode ser explicado corretamente

examinando apenas suas partes independentemente, é importante estudar

todas as partes de um sistema de forma global. A simulação permite ampliar a

análise nos casos mais gerais, incorporando a dimensão de risco de forma

explícita. Em vez de medidas determinísticas de resultados de exploração,

gera pontos no espaço bidimensional retornos-probabilidades, de modo a

indicar o grau de confiança associado aos diferentes níveis de rentabilidade.

Possibilita, ainda, o estudo da influência de diversas variáveis no sistema de

produção a um custo baixo e em um tempo reduzido.

Ao abordar a avaliação do uso do método de simulação de Monte Carlo em

fertilidade do solo, Ortiz et al. (2004) concluem que a sua utilização mostra-se

vantajosa, pois permite trabalhar com realizações, obtidas por processo de

simulação estocástica, de variáveis aleatórias, o que possibilita representar

melhor a variabilidade das variáveis de entrada e, em conseqüência, a

variabilidade do resultado; esse método qualifica o resultado da modelagem

por meio das incertezas propagadas das variáveis de entrada; as incertezas

do modelo resultante podem ser usadas na geração de diferentes cenários de

mapas de fertilidade, considerando-se diferentes níveis de riscos assumidos,

que servirão de apoio a decisões quanto a planejamentos ambientais.

20 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Algoritmo: 'Efeito de Borda'. Trabalhando a dinâmica de feições da

paisagem a partir de matrizes de transição e vetores de estado obtidos das

CM, ao buscar a simulação de cenários espaciais no tempo, usando o Modelo

de Monte Carlo, Mansilla Baca (2002) verificou que, embora as imagens

geradas mantivessem a estrutura do sistema, sua configuração não era

adequadamente alcançada.

Para resolver isso, esse autor desenvolveu o algoritmo "efeito de borda", o

qual permite 'espacializar' aleatoriamente as mudanças entre as diferentes

classes da paisagem. Esse algoritmo associado à CM e às Simulações de

Monte Carlo, constituem o modelo proposto.

Com as CM, projeta-se taxas dos estados presentes para estados futuros;

com "simulação de Monte Carlo" faz-se, aleatoriamente, as mudanças no

espaço, e unindo-se CM e o algoritmo "efeito de borda" implementam-se as

mudanças espaço-temporais em forma dinâmica.

Procedimentos para a análise da dinâmica espaço-temporal. Para

caracterizar a dinâmica espaço-temporal em termos numéricos e gráficos,

conforme Mansilla Baca (2002), os dados de P e MOS das camadas 0-5 e

5-15 cm do solo para as épocas 1995, 1998 e 2001 foram submetidos a um

processamento, visando à adaptação do modelo desenvolvido por esse autor

para situações de paisagem, para estudos de dinâmica em agrossistemas.

Para caracterizar as interações entre os estados dos atributos em estudo,

empregam-se dois mapas classificados em épocas diferentes e, através de

sua intersecção, determinam-se: a matriz de área (MA), a de porcentagens

totais de mudanças (MP), a matriz de transição (MT) para dados vetoriais

(polígonos) e raster (pixels) e a matriz de estados (VE).

Modelos numéricos de terreno (MNT) para os dados georreferenciados de P e

de MOS foram interpolados (krigagem ordinária) visando à espacialização de

cada atributo, em cada camada do solo, época de amostragem e

agrossistema. Com as classes definidas na Tabela 2, construíram-se mapas

de classes (de estados) para cada atributo, camada, época e agrossistema

bem como para o agrossistema "geral" (caso em que a espacialização foi

realizada apenas para camada superficial).

21Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Em seguida, definiram-se os limites de cada agrossistema e do agrossistema

"geral" e, determinando-se as áreas totais e as áreas de cada classe de

atributo, em cada situação, geraram-se as Matrizes de área (MA), as Matrizes

de Percentuais (MP), os vetores de estados em área e em % (VE) e as

Matrizes de transição (MT).

A matriz de transição (MT), formalização matemática dos processos de Markov,

é uma matriz quadrada N*N, cujos elementos representam a probabilidade de

mudança de uma classe para outra, entre dois tempos. É formada pela divisão

de cada elemento de uma fila da MP ou MA pelo somatório de todos os

elementos da correspondente fila. Na MT, a soma de todos os elementos de

uma fila é sempre 1 (um) e cada elemento tem valor positivo de zero até um. A

MT, entre outros aspectos, permite realizar a análise da dinâmica pela forma

como as diferentes classes variam entre duas épocas e, considerando-se a

imagem da segunda época como a inicial ou base, realizam-se projeções

(simulações) dos estados da paisagem para datas futuras.

Simulação da dinâmica espaço-temporal. As etapas seguidas no processo

de simulação foram totalmente realizadas em Matlab 5.0, o qual gerou

imagens e vetores de estado no tempo futuro.

Para a determinação dos vetores de estado no tempo futuro usou-se a

equação:

onde VE : Vetor de Estado num dado tempo no futuro (tf); MT : Matriz de (tf) (t1xt2)

Transição (MT) para uma dada intersecção de tempo (t e t ); n: número de 1 2

passos, definido por (tf-t2)/(t2-t1) e, VE : Vetor de Estado do tempo (t ).(t2) 2

Adotou-se, neste trabalho, como t = 1998 e como t = 2001. A razão dessa 1 2

escolha reside no fato de que nos agrossistemas, especialmente no SPD e no

SLP, a intersecção entre essas duas épocas gera, nas classes de P e MOS,

variações menos drásticas, mais suaves e, ao longo do tempo, mais estáveis,

do que as verificadas, para as mesmas condições, com as intersecções entre

1995-1998 ou entre 1995-2001. Considerando que as MTs geradas por essas

VE(tf)=[MT(t1xt2)]n VE* (t2) (2)

22 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

intersecções são a base para as predições futuras e, que, naqueles

agrossistemas, após os três primeiros anos tais mudanças tornam-se mais

sutis, prefiriu-se adotar as épocas 1998 e 2001, gerando o "passo" de três anos.

Embora se considere que atributos de solos sejam alterados, ao longo do tempo,

de forma relativamente rápida, preferiu-se adotar o ano de 2016 para efeito de

previsão, ou seja, 15 anos no futuro a partir de 2001, devido à necessidade de se

expressar mais objetivamente as mudanças através do modelo adotado. Com

isso, a previsão foi realizada para n = cinco, ou cinco passos.

Para esta previsão a dinâmica espaço-temporal dos atributos P e MOS nas

camadas 0-5 e 5-15 cm foi simulada em três cenários, caracterizados pelos

agrossistemas Convencional (SC), Plantio Direto c (SPD c) e Lavoura-

Pastagem b (SLP b).

Usando o algoritmo 'efeito de borda' (Mansilla Baca, 2002) foram geradas, de

forma dinâmica, quinze imagens (uma por ano) aleatórias com as mudanças

definidas pela estrutura da MT da interseção 1998-2001 e os VEs para o ano

2016.

Os resultados de áreas das diferentes classes e suas mudanças no espaço e

no tempo, para cada atributo e camada do solo, foram discutidos dentro de

cada agrossistema, tendo-se os demais agrosssistemas como referências.

Resultados e Discussão

Dinâmica Espaço-Temporal

Matéria Orgânica. A distribuição espacial da MOS da camada 0-0,05 m, para

as coletas realizadas em 1995, 1998 e 2001, para o agrossistema 'geral', ou

seja, o que envolve, conjuntamente, os agrossistemas SC, SPD (a, b e c) e

SLP (a e b) está na Fig. 2. Verifica-se forte predominância inicial (em 1995) da

classe 3 (25-35 g/kg), que ocupava, nessa época, 80,2% de toda a área, vindo,

em seguida, a classe 4 (35-45 g/kg) com 17,7% da área, e as classes 2 (1,9%)

e 5 (0,2%) eram as que tinham menor importância relativa em termos de área

ocupada e distribuição espacial (Fig. 2 e Tabela 4).

23Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig

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24 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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25Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Ao longo do tempo verificou-se forte crescimento das classes 4 e 5, sendo que

a primeira foi de 17,7 (em 1995) para 47,1% da área (em 2001), enquanto a

classe 5 foi de 0,2% em 1995 para 17,6% em 2001 (Tabela 4). Esse

crescimento deu-se em detrimento da classe 3, que foi de 80% em 1995 para

34% da área em 2001. Pode-se também verificar que essa expansão ocorreu

mais na região sudeste da área onde são conduzidos os sistemas integrados

lavoura-pastagem (SLP a e b).

Considerando a área global ('geral'), tem-se que o modelo de distribuição

espacial usado expressa, de forma clara, o comportamento diferencial dos

agrossistemas em relação à MOS da camada superficial, enfatizando o efeito

positivo de gramíneas com elevada relação C/N, em relação à seqüência

simples aveia-soja usada no sistema convencional, por exemplo.

SC e SPD c apresentaram as mesmas classes (3 e 4) predominantes para a

MOS da camada 0-5 cm, havendo, entretanto, diferenças entre esses

agrossistemas quanto à dinâmica e às proporções entre essas classes. No SC

houve, entre 1995 e 2001, queda de 6% na ocorrência de área da classe 4 e

incremento de cerca de 8,8% na classe 3. Esses aspectos e, especialmente, a

forte predominância da classe 3 no SC podem ser espacialmente observados

na Fig. 3.

Já no SPD c, tratamento que envolve um sistema de rotação de culturas mais

complexo, houve clara tendência de crescimento da classe 4 (que foi de 15%

em 1995 para 50% da área em 2001) em detrimento de área e distribuição da

classe 3, que sofreu queda ao longo desse período, indo de 83% da área em

1995 para cerca de 50% da área em 2001 (Tabela 4 e Fig. 4).

Esses resultados ratificam os obtidos por outros autores como Lovato et al

(2004), Sisti et al. (2004) e Sá et al. (2001), que apontam aumentos no teor de

MOS em área de lavouras pela utilização do plantio direto (PD) em

comparação ao sistema convencional de preparo do solo. Além de expor os

agrossistemas aos agentes de decomposição, o preparo do solo proporcionou

perdas de MOS por erosão seis vezes mais elevadas quando se usou o

sistema de preparo do solo com grades de discos em comparação ao PD,

ambos para o cultivo da sucessão soja/trigo (Hernani et al., 1999).

26 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 3. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

27Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 4. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Plantio Direto c (SPD c), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

28 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

O SLP b, por outro lado, mostra alterações evidentes na MOS da camada

superficial do solo , que podem ser visualizadas na Fig. 5. Nessa figura pode-

se observar o surgimento das classes 4, 5 e 6, onde inicialmente só havia a

predominância da classe 3. Na Tabela 4 verifica-se que a classe 3, nesse

agrossistema, caiu, bruscamente, de 94% em 1995 para 6,5% da área em

2001; enquanto a classe 4 subiu de 1% em 1995 para 53% em 2001, e a classe

5 (45-55 g/kg) foi de 0% em 1995 para 38% em 2001.

Fig. 5. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

29Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Assim, esse método de avaliação da dinâmica espaço-temporal da MOS

permite identificar alterações evidentes dentro e entre os agrossistemas em

relação à distribuição espacial da MOS da camada superficial. Verifica-se forte

associação entre o incremento de MOS e as espécies de culturas utilizadas no

sistema de produção, o que ratifica alguns resultados como os obtidos por

Bayer et al. (2004) e Diekow (2003).

Bayer et al. (2004), trabalhando com um Latossolo Vermelho, observaram que

no plantio direto, em relação ao sistema convencional de manejo, houve

aumento do estoque de carbono orgânico total, principalmente nos primeiros

5 cm de profundidade do solo, sendo este incremento dependente do tipo de

cultura que compunha o sistema de produção.

Diferentes seqüências de culturas sob PD podem ter efeitos diferenciados

sobre o estoque de C no solo, como relata Diekow (2003), que verificou maior

eficiência da seqüência guandu/milho em comparação a aveia/milho.

As mudanças, em percentagem da área, observadas em cada uma das

classes de MOS da camada 0-5 cm, para os diferentes agrossistemas e

interseções de tempo: 1995x1998, 1995x2001 e 1998x2001, estão na Tabela

5. Nesta tabela, para cada agrossistema e interseção tem-se uma matriz de

percentagens (MP), onde o somatório de cada fila representa o percentual da

área total do agrossistema, que cada classe ocupava no ano inicial da

interseção, e o somatório de cada coluna indica a percentagem total ocupada

pela classe correspondente, no ano final da interseção. Em cada fila, cada

célula representa, em percentagem de área, as perdas e ou ganhos sofridos

pela classe correspondente, para as outras classes, indicadas pelas colunas

correspondentes, no intervalo da interseção considerada. De sorte que, o

percentual da área ocupada por uma dada classe em relação à área total de

um agrossistema, no ano final do período da interseção resultará, não apenas

das mudanças (perdas e ganhos) sofridas por ela em relação à ela mesma,

mas de todas as alterações sofridas pelas demais classes em relação à ela, no

interrégno dessa interseção .

30 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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31Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

No caso da interseção 1995x1998, para o agrossistema SC, verifica-se que,

em 1995, não havia classe 1 e, portanto, esta não sofreu qualquer alteração,

entre 1995 e 1998. A classe 2 ocupava, em 1995, 0,8% da área total desse

agrossistema; esse montante, em 1998, ficou distribuído da seguinte forma:

0,4% permaneceu como classe 2 e, o restante 0,4%, transformou-se em

classe 3. A classe 3, por sua vez, em 1995, ocupava 69,9% da área total do

agrossistema SC e, entre 1995 e 1998, perdeu apenas 2,7% para a classe 4

ficando 67,2% como classe 3. Ressalta-se que a área total ocupada pela

classe 3, a exemplo das demais, em 1998 resultará não apenas das mudanças

(perdas e ganhos) sofridas por ela mesma, mas de todas as alterações

sofridas pelas demais classes em relação à classe 3. A classe 4, que ocupava

27% da área em 1995, perde 11,6% para a classe 3 e permanece com 15,4%.

A classe 5 que em 1995 tinha apenas 2,3% da área, acabou, em 1998,

perdendo 1,1% dessa área para a classe 3 e 1,2% para a classe 4,

desaparecendo, portanto. A classe 6 não ocorre no agrossistema SC.

Assim, considerando-se que no SC houve sempre forte predominância da

classe 3, que as maiores mudanças ocorreram apenas entre as classes 3 e 4 e

que, para as interseções 1995x1998 e 1995x2001 houve crescimento da

classe 3 e conseqüente queda da classe 4, conclui-se que esse agrossistema

não proporciona condições necessárias para crescimento sustentável da

MOS da camada 0-5 cm do solo, ao longo do tempo.

Por outro lado, verifica-se que o SLP b tem influência significativa sobre a MOS

dessa camada do solo (Tabela 5). Para a interseção 1998x2001, por exemplo,

observa-se que, em 1998 as classes 1, 2 e 3 não ocorriam e que a classe 4

ocupava 52,8% da área total desse agrossistema. Em 2001, a classe 4 perdeu

4,6% para a classe 3 e 5,8% para a classe 5; esta última, entre 1998 e 2001,

perdeu 1,8% para a classe 3, 10,1% para classe 4 e 0,7% para a classe 6 e,

apenas 28% da área permaneceu como classe 5 mesmo. A classe 6, entre

1998 e 2001, perdeu metade de sua área relativa para a classe 5 e uma

pequena percentagem para a classe 4. Nesse agrossistema verificou-se,

portanto, forte crescimento, nos três primeiros anos, das áreas ocupadas com

as classes 4 e 5, em detrimento da área com a classe 3, o que, provavelmente,

deveu-se ao sistema radicular da braquiária. Nos três anos posteriores,

praticamente não ocorreram mudanças importantes (ao final das interseções

1995x1998 e 1995x2001, de 2001 a classe 4 ocupava 52,8% da área total,

32 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

mesmo valor de 1998), devido, provavelmente, à entrada no sistema de soja e

de aveia-preta, culturas de relação C/N mais baixas. Dessa forma, pode-se

inferir que houve grande e, relativamente rápida, influência desse

agrossistema sobre o crescimento da MOS da camada 0-5 cm, e da

subseqüente sustentação da área com classes de níveis mais elevados desse

atributo.

O incremento de matéria orgânica do solo em SPD tem sido, freqüentemente,

relacionado à formação e manutenção de quantidade expressiva de palha

sobre a superfície do solo. No entanto, os incrementos verificados nos

primeiros anos após a adoção do sistema integrado lavoura-pastagem, onde a

seqüência soja-aveia preta é cultivada após dois anos seguidos com

braquiária (SLP), devem, provavelmente, estar associados mais às

características e relação C/N do sistema radicular do que à quantidade ou

qualidade de palha produzida pela parte aérea das plantas cultivadas.

O SLP, além de disponibilizar quantidade significativamente maior de

cobertura morta com relação C/N elevada, apresenta, ainda, maior

distribuição, quantidade e relação C/N de sistemas radiculares quando

comparado ao SC. Esse aspecto é importante para o incremento e

manutenção da MOS de forma mais intensa nos cinco primeiros anos de

condução do sistema conservacionista. Da mesma forma, a sustentação do

estoque de carbono no solo sob o SPD manejado com esse agrossistema

pode gerar menores demandas subseqüentes. Neste sentido, Mielniczuk et

al. (2003) concluíram que, para manter estável o estoque de COT no solo,

para condições do Rio Grande do Sul, foi necessária a adição de 4,4 t/ha/ano

de C para o PD e de 8,5 t/ha/ano de C para o preparo convencional do solo.

Na Tabela 6, relativa à MOS da camada 5-15 cm, verifica-se, de maneira geral,

a predominância da classe 3 em todos os agrossistemas, sendo que a classe 2

é bastante sisgnificativa no SPD c. As Fig. 6, 7 e 8, que contém a distribuição

espacial da MOS da camada 5-15 cm, respectivamente, para os

agrossistemas SC, SPD c e SLP b, permitem verificar que nesses sistemas,

predomina a classe 3, enquanto no SPD c também há uma significativa

presença da classe 2.

33Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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34 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 6. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

35Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 7. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Plantio Direto c (SPD c), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

36 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 8. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b), das coletas de 1995, 1998 e 2001.

37Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

A Tabela 7 mostra que, de forma geral, as mudanças entre classes, em todas

as interseções estudadas, levam a uma forte predominância da classe 3 nos

tratamentos SC e SLP b, sendo esta predominância menos evidente no

agrossistema SPD c, especialmente para a interseção entre 1998x2001

(Tabela 7).

Há, portanto, evidência clara do efeito da incorporação mecânica dos resíduos

vegetais que ocorre no SC sobre a MOS dessa camada. No entanto, esse

efeito é também promovido, embora de forma menos evidente do que no SC,

pelo processo de desenvolvimento do sistema radicular agressivo e

abundante da braquiária no SLP b. Por outro lado, o SPD c, devido às culturas

que o compõe, foi o menos eficiente agrossistema em promover incrementos

na MOS dessa camada do solo, fato indicado pela presença expressiva da

classe 2.

Fósforo. Os valores percentuais de áreas ocupadas pelas classes de P da

camada 0-5 cm, nas três épocas de amostragem do solo, encontram-se na

Tabela 8. Verifica-se que, em 1995, no agrossistema 'geral', predominavam as 3 3 3classes 4 (18-33 mg/dm ), 3 (8-18 mg/dm ) e 5 (33-48 mg/dm ), as quais

ocupavam, respectivamente, 52,8%, 36,4% e 10,3% da área total. As classes

5 e 6 apresentaram tendência de decréscimo com o tempo, mas a classe 3

apresentou comportamento contrário; a classe 5, que ocupava 10% da área

total em 1995, atingiu 17% em 2001 e a classe 6 cresceu de 0% a 4%, entre

1995 e 2001.

Quanto à distribuição espacial, pode-se verificar que, em 1995, classes

indicativas de limites com teores mais elevados (4 e 5) estavam concentradas

em faixa central, no sentido norte-sul da área (Fig. 9). Essa diferenciação

ocorreu, provavelmente, devido ao uso de doses expressivas de fosfatos, em

ensaios de melhoramento de soja e de trigo e de épocas de semeadura de

trigo, que foram ali desenvolvidos na década de 80 e início da década de 90.

As áreas adjacentes foram deixadas em pousio por algum tempo, mas

também receberam adubação fosfatada, em menores doses do que as

recebidas pela faixa acima referida, quando utilizadas para outros ensaios ou

para produção de grãos (de soja, principalmente).

38 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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39Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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40 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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41Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

As mudanças nas áreas com o tempo, no tratamento SC, se dão quase exclusivamente entre as classes 3 e 4 (Tabela 8). Enquanto a classe 3 apresentou decréscimo (de 46,1% em 1995 para 37,2% em 2001) com o tempo, a classe 4 cresceu 8,4%, entre 1995 e 2001. Há também o surgimento da classe 5 (0,5% da área da parcela), que espacialmente ocorreu nas proximidades da borda leste da área (Fig. 10). Essa mudança pode ser devido a um pequeno arraste de adubo fosfatado por escoamento superficial para esse local, que tem um dos menores valores de cota da área desse agrossistema.

No SPD c, em 1995, a classe 3 ocupava 4,5%, a classe 4 ocorria em 58,5% e a classe 5 estava em 37% da área deste tratamento (Tabela 8). Entre 1995 e 2001 ocorreram mudanças bastante evidentes entre as classes, de tal forma que, nesse último período, a classe 3 tinha desaparecido, a classe 4 ocupava 31,1% da área, a classe 5 cerca de 49,8% e a classe 6, cerca de 19,1%. Há, portanto, um processo de acumulação do P devido às adubações e das menores condições de perdas deste nutriente no SPD c. Essas alterações podem ser observadas, em termos espaciais, na Fig. 11.

Em 1995, no SLP b, 2% da área era ocupada pela classe 2, 93,7% pela classe 3 e 4,3% pela classe 4 (Tabela 8). As mudanças ocorridas Entre 1995 e 2001, a classe 3 perdeu cerca de 5% de sua área para a 2 (que ganhou cerca de 1%) e a classe 4 (que ganhou cerca de 4%); no entanto as classes 3 e 4 mantiveram-se como as mais comuns. Entre 1998 e 2001 verificou-se queda de cerca de 10% na área ocupada pela classe 4, mesma magnitude do incremento verificado na classe 3, sendo que não se verificou alteração na classe 2. A espacialização das alterações do P da camada superficial com o SLP b podem ser vistas na Fig. 12. Essas mudanças refletem o menor número de cultivos da soja e, portanto, a menor adubação de P recebida por este agrossistema conforme demonstra a Tabela 3.

Na Tabela 9 pode-se observar que, no SC e no SLP b, as mudanças ocorrem principalmente entre as classes 3 e 4, nas três interseções. Entre os anos 1998x2001, no SC, a classe 3 que, em 1998, ocupava 29% da área total desse agrossistema, cedeu 10,2% para a classe 4 e manteve 18,8%; a classe 4 perdeu 18,4% para a classe 3 e, apenas, 0,5% para a classe 5, mantendo 52,1% da área que ocupava em 1998. No SLP b, para essa mesma intersecção, a classe 2 que, em 1998, ocupava apenas 3,3%, fica com a maior parte dessa área; a classe 3, da mesma forma, cede apenas 2,2% de sua área para a classe 4 e, esta por sua vez, perde a maior parte (11,9%) da área que ocupava em 1998, para a classe 3.

42 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 10. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 0-5 cm do solo, para o Sistema Convencional (SC), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

43Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 11. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 0-5 cm do solo, para o Sistema Plantio Direto c (SPD c), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

44 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 12. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 0-5 cm do solo, para o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

45Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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46 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

No SPD c ocorreram mudanças entre as classes 3, 4 e 5, sendo que da área

ocupada pela classe 3 em 1998, parte foi perdida para a classe 4 e parte

menos significativa foi perdida para a classe 5. Da classe 4, 25,1% se manteve

como a própria classe 4, 35,4% foi perdido por essa classe para a classe 5 e

11,8% foi cedido para classe 6, ou seja, nesse agrossistema, essa classe de

fertilidade de P tende a ficar ainda mais rica, crescendo sempre para classes

superiores de fertilidade em P. Do total de 23,4% que era ocupado em 1998

pela classe 5, 2,3% passou a ser em 2001 a classe 4 e 7,4% ficou como classe

6, sendo que 13,7% se manteve como classe 5.

Embora os tratamentos tenham apresentado em 1995 diferentes distribuições

de classes, pode-se inferir que individualmente SC, SPD c e SLP b se

comportaram de forma bastante diferenciada em relação ao P da camada

0-5 cm ao longo do tempo. As classes de ocorrência mais comum foram as

classes 3 e 4, no SC e no SLP b, e as classes 4 e 5 no SPD c. Entre 1995 e

2001, o SPD c induziu o crescimento de áreas com as classes 5 e 6; o SC

apresentou incrementos na classe 4 e decréscimo na classe 3; enquanto o

SLP b apresentou comportamento semelhante ao SC, porém com menores

índices de crescimento da classe 4.

Esses efeitos diferenciais entre SPD c e SC são devidos à maior capacidade de

acumular P observada no SPD c em relação ao SC. Entre as razões para essa

diferenciação estão as perdas de P através do escoamento superficial que são

significativamente menores no agrossistema SPD do que no SC, conforme

relatam Hernani et al. (1999). Além disso, no SPD as reações de fixação de

fosfatos aplicados ao solo são minimizadas (Costa & Rosolem, 2000), o que

ampliaria o P disponível. A menor fixação do P seria função da formação, na

camada de 2,5 cm do solo, de complexos orgânicos que reduziriam a ação

adsortiva do alumínio (Amaral et al., 2004); ou do recobrimento da superfície

dos sequióxidos de Fe e de Al pela matéria orgânica, melhorando o

aproveitamento desse nutriente pelas plantas (Almeida et al., 2003).

Entretanto, os valores médios absolutos de P obtidos neste trabalho refletem,

em grande parte, as quantidades diferenciais de adubos fosfatados que esses

tratamentos receberam (Tabela 3). Essa adubação é função das culturas que

compõem os sistemas de produção. Embora a dose da adubação fosfatada na

cultura da soja tenha sido a mesma para os três tratamentos (SC, SPD c e SLP

47Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

b), no SC a soja foi cultivada anualmente; no SLP b, a adubação de manutenção

da soja ocorreu a cada dois anos, por duas safras seguidas e, no SPD c,

cultivou-se, além da soja (em dois anos seguidos), o milho, que recebeu doses

relativamente maiores de P O do que a soja e, no outono/inverno, o trigo 2 5

também recebeu adubação com P. Portanto, em termos acumulados, o SPD c

recebeu31% mais P O do que o SC e cerca de 2,8 vezes mais do que o SLP b. 2 5

A metodologia utilizada permitiu identificar classes e comportamentos espaciais

específicos em relação ao P da camada 0-5 cm, conforme os agrossistemas

estudados. Por ter recebido maior quantidade acumulada de adubo fosfatado e

por apresentar condições mais adequadas ao acúmulo crescente desse

nutriente, o SPD c apresenta um rápido e efetivo crescimento relativo dos níveis

de P nessa camada, tanto no espaço quanto no tempo, quando comparado aos

demais agrossistemas referências.

A Tabela 10 contém os vetores de estado para o P da camada 5-15 cm, para os

agrossistemas estudados e para o agrossistema 'geral'. No SC, pode-se

perceber que as classes 3 e 4 são as mais comuns, sendo que a classe 3 é a

predominante. No SPD c, as classes que apresentam maior importância quanto

à sua ocorrência são também a 3 e a 4, sendo que a classe 4 predomina em

termos de distribuição espacial. No SLP b, as classes de maior importância são

as 2 e 3, sendo essa última a de maior ocorrência neste agrossistema.

Comparando-se o SPD com a referência SC, verifica-se que o primeiro

apresentou elevação dos teores de P da camada 5-15 cm, apresentando com o

tempo classes superiores (4 e 5). Conforme alguns autores (Raij, 1991;

Chepkwony et al., 2001) esse incremento de P na camada 5-15 cm está

associado a maiores teores de MOS, que, além de gerar melhorias na estrutura

do solo, beneficiam a formação de galerias pela biota que facilitariam a

movimentação do fósforo no perfil.

Nas Fig. 13, 14 e 15 pode-se perceber como as diferentes classes estão

distribuídas no espaço e como sua alteração se dá, nas três épocas de

amostragem e nos três agrossistemas. Verifica-se (Fig. 14 e Tabela 11) que o

processo de adubação que no SPD c envolve, além da soja, a cultura do trigo e

a do milho (cuja dose de P no adubo foi sempre maior do que a usada para a

soja) induz o aparecimento, em 2001 (seis anos após o início do experimento), 3da classe 6 (>48 mg/dm ) em parte da área, indicando estar havendo um

processo contínuo de acúmulo deste nutriente também nesta camada do solo.

48 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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49Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 13. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 5-15 cm do solo, para o Sistema Convencional (SC), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

50 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 14. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 5-15 cm do solo, para o Sistema Plantio Direto c (SPD c), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

51Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 15. Distribuição espacial do fósforo (P) da camada 5-15 cm do solo, para o Sistema

Lavoura-Pastagem b (SLP b), na amostragem de 1995, 1998 e 2001.

52 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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53Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Verificou-se que a metodologia adotada neste trabalho permite identificar de

forma pormenorizada as mudanças nas classes de MOS e do P, tanto no

espaço quanto no tempo e, da mesma forma, permitiu quantificar tais

alterações bem como o comportamento diferenciado dos agrossistemas ao

longo do tempo, ampliando conseqüentemente as possibilidades de

monitoramento desses atributos do solo.

Os resultados obtidos a partir do modelo permitem supor que, nos sistemas de

produção, devem estar envolvidas culturas que tenham elevada razão C/N e

grande produção de fitomassa aérea e radicular como a braquiária, para que

ocorra, a médio prazo, incremento consistente da MOS. Neste sentido, é

importante que se desenvolvam programas junto a produtores que os levem a

adotar, em seus sistemas de produção, culturas semelhantes a essas, ou

sistemas integrados, onde a braquiária ou o milho sejam culturas mais

freqüentemente cultivadas, visando aumento seguro e contínuo desse

importante atributo do solo.

No caso do P, o modelo utilizado também refletiu mudanças bastantes

evidentes no que respeita ao manejo da adubação dos sistemas de produção,

podendo ser considerado uma ferramenta bastante útil no processo de

avaliação da dinâmica do nutriente no solo e dos efeitos do uso dessa prática,

conforme será discutido em seguida. Detectou-se a tendência de que os

agrossistemas que recebem maiores aplicações de adubos fosfatados e

apresentam menores condições de perdas por erosão e de adsorção

específica como o SPD, devem receber cuidados especiais em relação a este

aspecto a partir do quinto ano de condução. Sugere-se assim que, em áreas

sob SPD há mais de cinco anos, sejam desenvolvidos experimentos que

venham a estabelecer melhor definição de doses de P a serem aplicadas em

manutenção, especialmente na cultura da soja, mas também nas de milho e

de trigo.

Simulações no Espaço e no Tempo

Simulações num tempo futuro do estado ou classes de MOS e de P são

importantes como ferramentas para definir a magnitude do impacto que, a

longo prazo, a manutenção de um agrossistema pode promover sobre esses

atributos. O incremento no seqüestro de carbono através de agrossistemas

conservacionistas, por exemplo, tem sido considerado por especialistas. Tem-

54 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

se demonstrado que o incremento da MOS é dependente do tipo e do manejo

de culturas que compõem o sistema de produção (Bayer et al., 2004; entre

outros). Da mesma forma, a adubação fosfatada tem sido considerada com

preocupação, não apenas pelas limitações de estoques de P mundiais mas

também pelos efeitos de seu uso excessivo gerando, o desencadeamento de

processos de degradação da qualidade de recursos hídricos como, por

exemplo, a eutrofização.

A estacionaridade da Matriz de Transição (MT) é uma premissa básica da

Teoria dasCadeias de Markov (CM). Assim, cada agrossistema e todos os

elementos que determinaram a estrutura de sua MT foram aqui considerados

constantes no tempo. Apesar de que algumas situações verificadas nas

Tabelas 7, 9 e 11 apresentam algum padrão de estacionaridade nas

probabilidades de mudanças entre as classes, essa é uma das limitações do

modelo usado, na medida em que um agrossistema por mais constante que se

queira mantê-lo, sofre, normalmente, alterações que podem influenciar os

resultados. Neste sentido, os resultados finais da previsão no tempo que

avaliará o impacto de agrossistemas em ambos os atributos do solo, em face

dessa limitação, devem ser considerados com a devida reserva.

A forma de como as áreas das diferentes classes e suas mudanças e

interações foram dinamicamente representadas no espaço e no tempo,

baseada num processo matemático aleatório, do algoritmo "efeito de borda",

além da necessidade das mudanças entre as classes serem necessariamente

apenas entre classes vizinhas, também podem ser tomadas como limitações

metodológicas. Isto porque o próprio sistema de adubação com fósforo, por

exemplo, induz mudanças nos teores e, portanto, nas classes de fertilidade

que necessariamente não estão associados à presença de uma classe vizinha

imediatamente superior ou inferior à classe a ser alterada.

Por outro lado, para que as mudanças pudessem ser melhor espacializadas e

expressassem mais fielmente os valores determinados na MT, fez-se

necessário também inserir, manualmente, um pixel da cor da classe a ser

modificada que embora não existisse na imagem inicial era indicada pelos

vetores de probabilidades definidos pela MT no tempo futuro.

Neste trabalho, as simulações da dinâmica espaço-temporal de classes de

MOS e de P avaliados nas camadas 0-5 e 5-15 cm do solo, foram realizadas

55Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

para três cenários ou agrossistemas Convencional (SC), Sistema Plantio

Direto c (SPD c) e Lavoura-Pastagem b (SLP b), baseadas na equação (2).

Definiu-se como t os dados de 1998 e como t os dados gerados em 2001; 1 2

com isso, obteve-se a MT para a interseção 1998x2001. Considerando-se que

o passo foi igual a 3 e o vetor de estado VE% foi determinado para o ano de

2016, definiu-se n = 5, ou seja, cinco passos no futuro.

Cenário 1 - Agrossistema Convencional (SC). Na Fig. 16 pode-se visualizar

o resultado da dinâmica no espaço e no tempo das mudanças nas classes de

MOS da camada 0-15 cm, para o agrossistema SC. Verifica-se que poucas

foram as alterações, notando-se a permanência, após 15 anos, de apenas

duas classes (a 3 e a 4), bem como a preponderância da classe 3 (25-35 g/kg)

sobre a 4.

Esses resultados refletem as probabilidades de mudanças entre as classes,

definidas pela MT para o ano de 2016 (a MT relativa à interseção 1998-2001

elevada à potência 5), quais sejam, a classe 3 tem 77,4% de probabilidade de

manter a sua área inicial (a de 2001) e tem 22,6% de chance de modificar-se

para a classe 4; por outro lado, a classe 4 apresenta 73,4% de probabilidade

de transformar-se na classe 3 e 26,6% de manter sua área. A MT para o ano

2016 e os Vetores de estado (Vp) para 2001 definem os Vetores de estado em

2016, quais sejam: classe 1: 0%, classe 2: 0%, classe 3: 76,6%, classe 4:

23,4%, classe 5: 0% e classe 6: 0% da área ocupada pelo agrossistema

(Tabela 12).

Na Fig. 17 encontra-se o resultado da espacialização das mudanças nas

classes de MOS da camada 5-5 cm no SC para o ano de 2016, comparado às

situações de 1998 e 2001. Verifica-se, após 15 anos, que alterações muito

pequenas na MOS devem ser esperadas pelo uso do SC, observando-se

ocorrência de apenas três classes (2, 3 e 4), com forte predominância da

classe 3 sobre as demais. Essa distribuição espacial refletiu as probabilidades

da MT que levam à definição final nos Vetores de estados em 2016: classe 1:

0%, classe 2: 1,9%, classe 3: 97,1%, classe 4: 1,0%, classe 5: 0% e classe 6:

0% (Tabela 12).

56 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 16. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

57Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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58 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 17. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

59Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Nesse sentido, esse agrossistema, que envolve o preparo do solo com

gradagens de discos pesada e niveladora, para o cultivo de aveia preta (como

cultura de cobertura do solo e formadora de biomassa) e soja, ao ser utilizado

por 15 anos sem sofrer qualquer alteração, tendeu a conservar as mesmas

áreas com teores de MOS da classe 3 (25-35 g/kg); portanto, não foi eficaz em

proporcionar incremento significativo nesse atributo em ambas as camadas

estudadas.

Na Fig. 18 encontra-se a distribuição espacial das classes de fertilidade para o

P da camada 0-5 cm, notando-se pequeno incremento na área das classes 4 3 3(18-33 mg/dm ), principalmente, e 5 (33-48 mg/dm ), quando se compara a

observação realizada em 2001 com a estimativa feita para 2016. As

probabilidades expressas na MT indicam prevalência da classe 4 em relação às

classes 3 e 5. As estimativas de ocupação de áreas pelas classes dadas pelo

VP pra 2016 são: classe 1:0%, classe 2:0%, classe 3:41,6%, classe 4:56,0%,

classe 5:2,4% e classe 6:0% (Tabela 13).

A distribuição espacial para o P da camada 5-15 cm, comparando os anos de

1998 e 2001 (que geraram a MT inicial) ao ano de 2016 é apresentada na

Fig. 19. Novamente verifica-se que embora haja, neste agrossistema,

adubações anuais da cultura da soja, não há grande incremento esperado para

este nutriente da planta, nessa camada do solo, face não apenas da extração

da cultura, mas também pela distribuição do elemento no perfil em

conseqüência da mobilização do solo pelas gradagens efetuadas duas vezes

(duas safras por ano), todos os anos, o que tende a aumentar a adsorção

específica dos fosfatos (Tabela 13).

Cenário 2 - Agrossistema Plantio Direto (SPD c). A distribuição de MOS para

a camada 0-0,05 m para o agrossistema SPD c, no ano 2016 comparado a 1998

e 2001 encontra-se na Fig. 20. Há uma tendência de incremento da classe 4

em detrimento da 3, sendo essas as duas únicas classes que ocorrem neste

agrossistema. As probabilidades indicadas pela MT para 2016 são de 46,5% da

classe 3 em manter-se como tal e de 53,5% dessa classe se transformar em

classe 4; a classe 4 tem 53,6% de probabilidade de continuar como 4 e 46,4%

de transformar-se em 3; a classe 5, se existisse, teria 53,6% de chance de se

transformar em 4 e 46,4% em 3. Os Vetores de estado para 2016 são: classe

1:0%, classe 2:0%, classe 3:46,5%, classe 4:53,5%, classe 5:0% e classe 6:0%

(Tabela 12).

60 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 18. Distribuição espacial das classes de P para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

61Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

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62 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 19. Distribuição espacial das classes de P para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Convencional (SC), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

63Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 20. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Plantio Direto c (SPD c), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

64 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

A Fig. 21 mostra que o SPD apresenta valores menores de MOS na camada inferior (5-15 cm) em relação à camada mais superficial. Verificam-se mudanças muito pequenas quando se compara a distribuição espacial em 2001 com a estimada para o ano de 2016, com pequeno incremento da classe 3 (25-35 g/kg) em detrimento da classe 2 (15-25 g/kg). A MT para 2016 mostra que a classe 2 tem 68,8% de probabilidade de transformar-se em 3 e 31,2% de permanecer como classe 2; a classe 3 apresenta essas mesmas probabilidades, porém invertidas, tendendo realmente em manter-se como tal. Os Vetores de estado para 2016 indicam: classe 1: 0%, classe 2: 31,2%, classe 3: 68,8%, classe 4: 0%, classe 5: 0% e classe 6: 0% (Tabela 12).

O agrossistema SPD, por incluir no seu esquema de cultivos, além da soja e aveia, também o milho, o nabo forrageiro e o trigo, e pela ausência completa de preparo, mantendo intactos os sistemas radiculares dessas culturas, promovendo razoável estabilidade na atividade microbiana e na atividade de toda a biota, gera menores índices de decomposição dos sistemas radiculares e de resíduos vegetais incorporados, provavelmente pela ação dessa biota. Com isso, tende a gerar um cenário levemente superior ao verificado para o agrossistema SC na camada superficial do solo. Essa superioridade no SPD é expressa pela tendência de predomínio, na camada 0-5 cm, da classe 4 de MOS. No entanto, na camada mais profunda ocorre o contrário, com o SPD sendo menos eficiente do que o SC em promover melhorias na MOS da camada 5-15 cm, ao longo do tempo. Esse fato indica que os sistemas radiculares das culturas que compõem essa rotação do SPD não foram suficientemente adequados para sobrepujar o efeito gerado pelo processo de incorporação, típico do SC.

A distribuição espacial do P da camada 0-5 cm no SPD c está na Fig. 22. 3Verifica-se grande incremento relativo na classe 6 (>48 mg/dm ) para a

estimativa de 2016 em relação ao observado em 2001. A MT indica que a classe 3 transforma-se nas classes 4, 5 e 6, respectivamente, com as probabilidades de 6,9%, 24,7% e 68,4%; a classe 4 tem apenas 5,0% de probabilidade de se manter como a própria classe 4 e é de 18,5% e 76,5% as probabilidades dessa classe transformar-se, respectivamente, nas classes 5 e 6; a maior probabilidade da classe 5 é transformar-se em classe 6 (82,2%) e a menor é de transformar-se em classe 4 (3,8%), sendo de 14,0% a probabilidade dessa classe manter a sua própria área. Com isso, os Vetores de estado para 2016 determinaram: classe 1:0%, classe 2:0%, classe 3:0%, classe 4:3,5%, classe 5:12,7% e classe 6:83,8% (Tabela 13).

65Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 21. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Plantio direto c (SPD c), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

66 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 22. Distribuição espacial das classes de P para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Plantio Direta c (SPD c), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

67Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Os incrementos das classes 6 e 5, do P da camada 5-15 cm, em 2016 em

relação a 2001 são, entretanto, bem menos expressivos do que os verificados

na camada mais superficial, conforme se observa na Fig. 23. A MT definida

para essa camada em 2016 indica que: a classe 3 tem maior probabilidade

(35,5%) de se transformar em classe 4, seguida de mudança para a classe 6

(35,2%) e para a 5 (11,1%), sendo a probabilidade de se manter como tal de

18,3%; a classe 4, por sua vez, apresenta maior probabilidade (41,2%) de

manter a sua área mas também pode transformar-se na classe 6 com a

probabilidade de 28,2%, na classe 3 (16,2%) e na 5 (14,6%); a classe 5 também

tende a se transformar na classe 4 (41,4%), na 6 (27,9%) e na 3 (16,2%) e, de

manter sua área com a probabilidade de 14,6%. Nesse sentido, verifica-se que

tendência de predominância das classes 4 e 6 para o P dessa camada. Os

Vetores de estado em 2016 serão: classe 1: 0%, classe 2: 0%, classe 3: 15,7%,

classe 4: 36,9%, classe 5: 12,6% e classe 6: 34,8% (Tabela 13).

Os incrementos verificados e estimados para o P em ambas as camadas no

SPD são resultantes, em grande medida, conforme já se ressaltou

anteriormente, de maiores quantidades de adubação fosfatada recebida por

esse agrossistema em relação aos demais. Por outro lado, é importante

lembrar que este sistema, comparado ao convencional, perde quantidades

totais mínimas de P por erosão hídrica superficial (Hernani et al., 1999), por

manter a superfície do solo permanentemente sob cobertura vegetal viva

(plantas em fase vegetativa) e/ou morta. Devido à ausência de revolvimento

do solo e por outras razões já especificadas, o P não exportado pelos produtos

vegetais permanece e acumula-se no solo (neste caso mostra-se que isso

ocorre mais intensamente na camada 0-5 cm, mas também se dá na camada

5-15 cm do solo), de forma contínua, neste agrossistema.

Com isto, para as condições desse agrossistema (especialmente com sua

composição de espécies e culturas do sistema de rotação e intensidade de

adubação dessas culturas), a partir do quinto ano de sua condução, deve-se

adotar novas estratégias de monitoramento da fertilidade do solo e de

procedimentos de adubação, que permitam minimizar processos resultantes

do elevado teor de P e de suas interações com outros elementos minerais

importantes à nutrição das principais culturas (soja, milho e trigo), bem como

impedir que eventualmente surjam processos de eutrofização de recursos

hídricos adjacentes às áreas cultivadas.

68 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 23. Distribuição espacial das classes de P para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Plantio direto c (SPD c), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

69Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Os resultados aqui apresentados corroboram os obtidos por outros autores

como Alvarez V. & Carraro (1976) e Salet et al. (1996), que já apontavam a

existência de maior variabilidade espacial nesse tipo de sistema

conservacionista de manejo do solo, o que induz conseqüente dificuldade em

estabelecer-se estratégias mais adequadas de adubação. Propostas sobre

número e forma de amostragem (Anghinoni & Salet, 1998; Alvarez V. &

Guarçoni, 2003), bem como quanto ao tipo, época e dose de fertilizante a ser

aplicado em Plantio Direto (Souza, 2003) têm gerado avanços nesse tema.

O conhecimento mais detalhado da dinâmica espacial e temporal dos teores

de P no campo, como os resultados obtidos por este trabalho, indicam que,

para as condições estudadas, é possível estabelecer procedimentos de

adubação fosfatada para áreas ou glebas espacialmente homogêneas e,

provavelmente, relativamente menores que as adotadas nas condições

normais de campo. Utilizando as ferramentas e os modelos aqui adotados,

poder-se-á estabelecer um monitoramento mais preciso e, com isto,

provavelmente, diminuir as doses de P a serem aplicadas em áreas

específicas, gerando maior racionalização e diminuindo custos financeiros e

ambientais. Essa abordagem, no entanto, deve ser buscada através do

desenvolvimento de pesquisas complementares subseqüentes.

Cenário 3 - Agrossistema Lavoura-Pastagem (SLP b). A distribuição

espacial da MOS para a camada 0-5 cm no agrossistema SLP está na

Fig. 24, onde se verifica que, ao longo do tempo, houve surgimento de área

com menores teores de MOS definida pela classe 3, mas também tendência

clara de predominância da classe 4 (35-45 g/kg). A MT para 2016 indicou que

as classes 3, 5 e 6 apresentam maiores probabilidades de se transformarem

na classe 4 (respectivamente: 70,6%, 61,4% e 54,8%), sendo que a chance da

classe 4 manter-se é de 69,4%. A tendência de mudança das classes 3, 4 e 6

para a classe 5 é, respectivamente, 21,7%, 22,9% e 37,4%. Os Vetores de

estado em 2016 são: classe 1: 0%, classe 2: 0%, classe 3: 6,9%, classe 4:

66,0%, classe 5: 26,3% e classe 6: 0,7% (Tabela 12).

70 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 24. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

71Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Comparado aos demais agrossistemas, o SLP, apesar de receber adubação apenas na cultura da soja, é o mais eficiente quanto à manutenção de maiores teores (classes) de MOS na camada 0-5 cm. Neste sentido, em 2016, da área coberta com o SLP, 66% pertencente à classe 4 e 26% à classe 5; no caso do SPD as classes mais importantes seriam a 4 (53,5%) e a 3 (46,5%), enquanto no SC seriam predominantes as classes 3 (76,6%) e a 4 (23,4%). Esse efeito é promovido pelo intenso desenvolvimento do sistema radicular da braquiária nessa profundidade do solo. Ao mesmo tempo, essa gramínea, de alta relação C/N, produz quantidades elevadas de biomassa residual de decomposição relativamente muito mais lenta do que a das culturas que compõem os demais sistemas aqui estudados. Além disso, neste agrossistema a braquiária permanece no campo por um período de cerca de dois anos, sem adubação, quando é substituída, sem qualquer mobilização de solo, pela seqüência aveia-soja (nas duas safras seguintes), o que ajuda a tornar mais lenta a decomposição dos resíduos de raízes daquela gramínea. Por outro lado, no SPD, por exemplo, o milho, a aveia e o trigo são cultivados a cada três anos, mas não conseguem competir com a braquiária nem em quantidade, nem na taxa de decomposição da biomassa produzida.

Na Fig. 25 verifica-se que, no agrossistema SLP, para 2016 há previsão de forte predominância da classe 3 (25-35 g/kg) de MOS na camada 5-15 cm e que a segunda classe de MOS mais importante será a 2 (15-25 g/kg). A MT indica que a classe 2 tem elevada chance (87,5%) de manter a sua área de ocorrência, sendo que a transformação na classe 3 completa 100% de chance; a classe 4 também tem elevada chance (93,9%) de manter a sua área original e a probabilidade restante (6,1%) é desta classe transformar-se em classe 2, e a classe 4 tem 95,0% de chance de se transformar na classe 3 e de 5,0% de mudar para a classe 2. Os Vetores de estados em 2016 serão: classe 1: 0%, classe 2: 9,8%, classe 3: 90,2%, classe 4: 0%, classe 5: 0% e classe 6: 0% (Tabela 12).

Comparando os agrossistemas quanto à manutenção e ou melhoria de MOS na camada 5-15 cm, verifica-se que o SLP é aqui também bastante eficiente na medida em que seus efeitos são semelhantes ao do SC, que incorpora mecanicamente os resíduos vegetais a esta camada (em 2016, a classe 3, a predominante, ocorreria em 97% da área do agrossistema SC, enquanto essa mesma classe estaria em 90% da área do SLP); portanto, demonstrando que o SLP é o mais eficaz na medida em que de forma mais natural e equilibrada permite manutenção de altos teores de MOS em ambas as camadas estudadas.

72 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 25. Distribuição espacial das classes de MOS para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Lavoura Pastagem b (SLP b), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

Quanto às classes de P da camada 0-5 cm, no SLP, as classes 2 e 3 têm

grande chance (68,6% e 95,1%, respectivamente) de manterem suas áreas,

enquanto a classe 4 tem elevada probabilidade (95,0%) de transformar-se na

classe 3. Uma visualização espacial dessas possibilidades está na Fig. 26,

onde se verifica a predominância da classe 3. Os Vetores de estado em 2016

indicam: classe 1: 0%, classe 2: 2,9%, classe 3: 93,0%, classe 4: 4,0%, classe

5: 0% e classe 6: 0% (Tabela 13).

73Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 26. Distribuição espacial das classes de P para a camada 0-5 cm do solo, sob o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b), observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

74 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Na Fig. 27 vê-se a distribuição espacial do P na camada 5-15 cm do solo sob o

agrossistema SLP observada nos anos de 1998 e em 2001 e estimada para

2016, verificando-se predominância das classes 3 e 2. A MT, que determina as

probabilidades de mudanças entre as classes para o ano de 2016, indica que a

classe 2 tem 65,3% de chance de manter-se como classe 2 e 34,4% de

probabilidade de transformar-se na classe 3; a classe 3, por sua vez, também

tende a manter sua área (68,0% de chance) e tem 31,2% de chance de

transformar-se na classe 2; a classe 4 tende a transformar-se nas classes 3 e

2, com as probabilidades, respectivamente, de 71,8% e 27,3%, com 0,9% de

chance de manter sua área original. Os Vetores de estados em 2016 seriam:

classe 1: 0%, classe 2: 44,1%, classe 3: 55,2%, classe 4: 0,6%, classe 5: 0% e

classe 6: 0% (Tabela 13).

O fato de receber menores quantidades relativas de P através da adubação

(que neste agrossistema só é efetuada na cultura da soja) leva o SLP a manter

as classes 3 e 2 como as mais comuns, tanto para a camada mais superficial

como para a mais profunda, diferindo da situação que ocorre para os

agrossistemas SC e SPD. Verifica-se haver na área do SLP grande

homogeneidade na distribuição do P na camada 0-5 cm com predominância

da classe 3 (Fig. 26), sendo as classes 3 e 2 bem evidentes na camada

5-15 cm (Fig. 27).

Através da metodologia aqui adotada, ao projetar-se a dinâmica espaço-

temporal de MOS e de P para um tempo no futuro, pôde-se constatar: a) a

necessidade de se intensificar o uso de gramíneas com elevada relação C/N e

produção de fitomassa em esquemas de rotação de culturas visando ao

incremento e manutenção de MOS no solo; b) a necessidade de novos

estudos baseados num monitoramento espaço-temporal para a

racionalização da adubação fosfatada, especialmente em sistema

conservacionistas de manejo de solo que envolvem diferentes tipos de

culturas no esquema de rotação; c) que o agrossistema mais eficiente na

melhoria da MOS é o Sistema Lavoura-Pastagem; e d) o mais eficiente em

termos de perspectivas de racionalização e diminuição de custos financeiros

em face da adubação fosfatada é o Sistema Plantio Direto.

75Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Fig. 27. Distribuição espacial das classes de P para a camada 5-15 cm do solo, sob o Sistema Lavoura-Pastagem b (SLP b observada em 1998 e em 2001 e estimada para 2016.

76 Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Conclusões

1) Técnicas geo-ambientais usadas em estudos de dinâmica espaço-temporal

de feições de paisagem (Cadeias de Markov, Modelo de Monte Carlo e

algoritmo "efeito de borda") podem ser perfeitamente adaptadas para

situações com escalas mais amplas como os estudos de dinâmica espacial

e temporal de fósforo e matéria orgânica do solo em agrossistemas,

constituindo-se em ferramental auxiliar de suporte à decisão quanto ao

sistema de manejo a adotar e ao processo de fertilização e melhoria da

qualidade do solo.

2) Quanto à eficácia dos agrossistemas estudados em incrementar e manter

os teores de matéria orgânica do solo, a análise da dinâmica espaço-

temporal indicou que o Sistema Lavoura-Pastagem foi, na camada 0-5 cm,

o mais eficiente, sendo seguido pelo Sistema Plantio Direto e, finalmente,

pelo Sistema Convencional (gradagens pesada e niveladora para a

sucessão soja-aveia preta). Para a camada 5-15 cm, os agrossistemas

Lavoura-Pastagem e Convencional foram semelhantes entre si e esses

sobrepujaram o Sistema Plantio Direto.

3) O Sistema Plantio Direto proporcionou, ao longo do tempo, o maior acúmulo

de fósforo disponível, tanto na profundidade de 0-5 cm como na de 5-15 cm,

sendo seguido pelos agrossistemas Convencional e Lavoura-Pastagem.

4) Utilizando-se as ferramentas e os modelos aqui adotados, poder-se-á

estabelecer um monitoramento mais preciso e, com isto, provavelmente,

diminuir as doses de fósforo a serem aplicadas em áreas específicas,

conduzidas em Sistema Plantio Direto, gerando maior racionalização e

diminuindo custos financeiros e ambientais. Essa abordagem, no entanto,

deve ser buscada através do desenvolvimento de novas pesquisas.

77Dinâmica Espaço-Temporal do Fósforo e da Matéria Orgânica do Solo em Agrossistemas

Agradecimentos

Às instituições

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa e

Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ

que tornaram possível a realização desse trabalho e,

Às pessoas

Mauro Alves Junior,

William Marra da Silva,

Rômulo Penna Scorza Junior e

Eder Comunello

que contribuíram efetivamente para a realização deste trabalho.

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República Federativa do Brasil

Luiz Inácio Lula da SilvaPresidente

Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

Roberto RodriguesMinistro

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

Conselho de Administração

Luis Carlos Guedes PintoPresidente

Silvio CrestanaVice-Presidente

Membros

Diretoria-Executiva da Embrapa

Silvio CrestanaDiretor-Presidente

Diretores-Executivos

Embrapa Agropecuária Oeste

Mário Artemio Urchei Chefe-Geral

Embrapa Solos

Celso Vainer ManzattoChefe-Geral

Alexandre Kalil PiresCláudia Assunção dos Santos Viegas Ernesto Paterniani

José Geraldo Eugênio de FrançaKepler Euclides FilhoTatiana Deane de Abreu Sá

Agropecuária OesteSolos