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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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
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© 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: [email protected].
(2) Eng. Agrôn., Dr., Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico 1024 - Jd. Botânico, 22460-000 - Rio de Janeiro, RJ. E-mail: [email protected].
(3) Eng. Agrôn., M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste. E-mail: [email protected].(4)
(5) Eng. Agrôn., Dr., Embrapa Solos. E-mail: [email protected].(6) Eng. Agrôn., M.Sc., Embrapa Agropecuária Oeste. E-mail: [email protected].
Prof. Dr. , Depto. Geografia da UFRJ, Caixa Postal 68537, Cidade Universitária - Ilha do Fundão, 21941-972 Rio de Janeiro, RJ. E-mail: [email protected]
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.
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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
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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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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