Materia Organica Do Solo-2012_CERRI

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LSO257 FUNDAMENTOS DE EDAFOLOGIA 1 Semestre de 2012

Matria orgnica do soloCarlos Eduardo P. Cerri

Consideraes geraisFunes da matria orgnica do solo

Sustentabilidade agrcola

Ambiente

Nutrio de plantas

MOS

Propriedades qumicas do solo

Propriedades biolgicas do solo

Propriedades fsicas do solo

Conceitos e constituintes da MOSMatria orgnica do solo (MOS)Definio:

Todos os derivados de materiais vegetais e animais incorporados ao solo ou dispostos sob sua superfcie, na forma viva ou nos vrios estgios de decomposio, mas exclui-se a parte area das plantas.

Encyclopedia of Soil Science, 2006

Conceitos e constituintes da MOSEcossistema Natural Agrosistema

Pluviolixiviados

Liteira

Restos de culturas

Resduos org:agrcola urbano industrial

Razes

Macro e meso fauna e microrganismos

Razes

Carvo

Exsudatos Metablitos

Exsudatos

Conceitos e constituintes da MOSEcossistema Natural Agrosistema

Pluviolixiviados

Liteira

Restos de culturas

Resduos org:agrcola urbano industrial

Razes

Macro e meso fauna e microrganismos

Razes

Carvo

Carbono

Exsudatos

Exsudatos Metablitos

Conceitos e constituintes da MOSSolo Matria orgnica do soloFrao orgnicaFrao mineral

5%Matria orgnica estvel (hmus)Leveduras, algas, protozorios, nematides Fauna 10% 10%

Bactrias e actinomicetos 30%

20-40%

Fungos 50%

Organismos vivos

MOS prontamente decomponvel, serapilheira, razes e outros

Conceitos e constituintes da MOS

Lignina

Protenas

Carboidratos

Lipdeos

Outros

Macro e mesofauna

Conceitos e constituintes da MOS

Lignina

Protenas

Carboidratos

Lipdeos

Outros

Conceitos e constituintes da MOS

Lignina

Protenas

Carboidratos

Lipdeos

Outros

Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSORIGEM DO MATERIAL ORGNICO PLANTA Vivo Pluviolixiviados Acima Abaixosuperfcie do solo

MACRO/MESOFAUNA E MICRORGANISMOS Morto Liteira Restos de culturas Resduos Vivo Morto

Exsudatos

Raizes

Macrofauna MesofaunaBiomassa Microbiana

Restos animais e excrees Restos de microorganismos e metablitos

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSPluviolixiviados (throughfall)Definio: Poro da chuva que chega ao solo passando pela copa da vegetao, pelas aberturas nas copas, gotejando das folhas, galhos e troncos.Evapotranspirao

Interceptao

Pluviolixiviados Armazenamento (nas palntas)

Infiltrao Absoro

Conceitos e constituintes da MOSMetodologia e exemplosColeta Preservao AnlisesColetor de chuva/pluviolixiviadosFunil (16 cm )

Tipos de coletores

Filtro de poliester

Garrafa coletora

Haste de metal (1,5 m) 1 m acima do solo

Solo

Conceitos e constituintes da MOSTipos de coletores

Conceitos e constituintes da MOSTipos de coletores

Conceitos e constituintes da MOSFluxos no sistema florestal (mg C m-2)

Chuva

3022Escoamento superficial

Pluviolixiviado

173

52771m

Lixiviado

1m

1m

7,34

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSLiteira, restos de culturas e resduos orgnicosEcossistema natural Agrossistema Definio: resduos vegetais e animais depositados na superfcie do solo

Resduos orgnicos

Conceitos e constituintes da MOSComposio elementar e bioqumica

Matria seca 25% gua 75%Gorduras e ceras 2 % Celulose 45%

Carbono 44 % Hidrognio 8 % Oxignio 40 % Cinzas 8 %

Acar e gomas 5% Hemicelulose Protena Lignina 20 % 8% 20 %

Tipos de compostos

Composio elementar

Conceitos e constituintes da MOSDinmica sazonal da produo de liteira

Final do vero (perodo seco) Acmulo liteira

Meio do inverno (perodo de chuvas)

Final do vero (perodo seco)

Estaes do ano

Conceitos e constituintes da MOSQuantidade de restos vegetais (matria seca) de diferentes culturas

CulturasPalhada no campo Soja Nabo forrageiro Aveia preta Cevada Centeio Trigo Milho

Massakg ha-1

2.000 4.000 5.000 2.000 3.000 1.500 6.000

Clube Amigos da Terra, 1995

Conceitos e constituintes da MOSComposio dos restos de algumas culturas

Cultura N P K Ca Mg Fe Cu M __________________________________________________________________ ----------------%-------------------------- -------mg-kg-1------Trigo Milho Amendoim Soja Batata Beterraba Algodo Alfafa 2.80 2.97 4.59 5.55 3.25 3.76 3.29 4.63 0.36 0.30 0.25 0.34 0.20 0.38 0.37 0.48 2.26 2.39 2.03 2.41 7.5 4.01 2.07 2.76 0.61 0.41 1.24 0.88 0.43 0.78 2.48 2.38 0.58 0.16 0.37 0.37 0.20 0.68 0.49 0.66 155 132 198 190 165 126 132 140 28 12 23 11 19 26 10 21

10 11 17 14 16 08 24 06

_____________________________________________________

Conceitos e constituintes da MOSTipos de resduos orgnicosVinhaa

Composto de lixo urbano

Biosslido

Conceitos e constituintes da MOSTipos de resduos orgnicosEstercos

Resduos de cortume

Resduos petroqumicosFarinhas e resduos frigorficos Torta de origem vegetal

Conceitos e constituintes da MOSComposio percentual de resduos frescos de animais

Fonte Gado leiteiro

N 0.53

P 0.35 0.15 0.10 0.77 0.15

K 0.41 0.30 0.58 0.89 0.42

Ca 0.28 0.12 0.79 0.30 0.57

Mg 0.11 0.10 0.14 0.88 0.08

Gado de corte 0.65 Cavalo Galinha Porco 0.70 1.50 0.58

Conceitos e constituintes da MOSMetodologias de quantificao e exemplosEcossistema natural: liteira80 cm 60 cm Polietileno duro

Tela de arame removvel (material grosseiro) Estaca de suporte Superfcie do solo

malha de nylon Tecido robusto (1mm) Recipiente plstico removvel (material fino)

Coletor de liteira em queda

Coleta de liteira do solo

Conceitos e constituintes da MOSAgrossistema: restos culturais Exemplo: cana-de-acar

Corte sem queima x com queima

Medida do volume de material coletado

Palhada ~ 14 Mg ha-1matria secaCampos 2003

Conceitos e constituintes da MOSAgrossistema: restos culturais Exemplo: plantio direto

Exemplos:

Regio

Mg ha-1

Sul (Tibagi-PR) 10,5 Centro-Oeste (Rio Verde-GO) 5,9Siqueira-Neto, 2002

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSRazes

Conceitos e constituintes da MOSProduo de razes pelas principais culturas tropicaisProf.(cm) Trigo de inverno (no fertilizado) 0-30 0,69 0,45 1,14

Razes

Restolho Total

Trigo de inverno (com N,P,K)Aveia Milho (com N, P, K) Soja

0-30

0,88

0,59

1,47

0-30 0-80

1,00 1,04

0,57 ---

1,57 ---

0-60

0,82

---

---

Conceitos e constituintes da MOSProduo de razes pelas principais culturas tropicaisBrachiaria decumbens

Profundidade (cm) 0-4 4-9 9-15 15-30 30-60 60-100 Total

Matria seca t.ha-1 0,938 0,191 0,140 0,150 0,175 0,147 1,741

Distribuio % 54 11 8 9 10 8 100FUNDAO MS, 2000

Avaliado aps 16 anos de formao e pastejo contnuo

Conceitos e constituintes da MOSProduo anual de biomassa de razes com a liteira da floresta AmaznicaFloresta Amaznica Total N P

Mg.ha-1.ano-1

kg.ha-1.ano-1

Biomassa area Biomassa de razes

7,6 8,0

121 190

2 9

Biomassa de razes

Conceitos e constituintes da MOS

Metodologias de amostragem

Placa com Pregos comprimento das razes dimetro das razesFilmagem no Perfil do Solo comprimento das razes distribuio do sistema radicular no perfil do solo Monolito densidade de massa (MS razes/ Vol. terra coletada) comprimento (compr. razes / Vol. terra coletada)

Conceitos e constituintes da MOSMtodo da placa com pregos no campo

Conceitos e constituintes da MOSMtodo da placa com pregos no campo

Conceitos e constituintes da MOSPrepao do perfil do solo no campo

Conceitos e constituintes da MOSFilmagem do perfil do solo no campo

Conceitos e constituintes da MOSFixao dos moldes para o corte dos monolito no perfil

Conceitos e constituintes da MOSMetodologias de quantificao e exemplos

Amostragem Anlise de imagens

Corel Draw

SIARCS

Quantificao

Conceitos e constituintes da MOSAnlise das imagens no Corel Draw Razes obtidas por filmagem da placa com pregos

Conceitos e constituintes da MOSImagens processadas no programa SIARCS

Razes finas scanner

Razes grossas scanner

Conceitos e constituintes da MOSExsudatos Definio: Compostos orgnicos secretados ou liberados pela superfcie de razes jovens. Rizosfera: poro do solo na vizinhana imediata das razes que influencia a abundncia e a composio da populao microbiana.

Ponta de uma raiz penetrando no solo.

Conceitos e constituintes da MOSDestino no solo

CO2PlantasMucilagem Secrees Biomassa microbianaMineralizao (NH4+, NO3-, ...) assimilao pelas plantas

M u c i g e l

Lubrificante para movimento da raiz no solo Melhora contacto raiz-solo

Coloides minerais orgnicoshuminaHumificao (humina microbiana)

Conceitos e constituintes da MOSInteraes raz/solo

Raz Solo

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSTamanho relativoProtozoa cilicata

AmebaBactrias

Megafauna: > 20 mm Macrofauna: 2-20 mmParede celular da raiz

Mesofauna: 100 m-2 mmMicrofauna: < 100 m

Pelo da raz

FungosNcleo

Cabea de nematide bacterifago

Actinomicetos

Conceitos e constituintes da MOSMACRO/MESOFAUNA E MICRORGANISMOS

Classificao geral

Apresentao das principais classesa. Macrofauna

b. Mesofaunac. Microrganismos

Conceitos e constituintes da MOSMegafauna (> 20 mm)Rato do campo

Macrofauna (> 2 mm)Cupim soldado

Vertebrados ( ratos, toupeiras)

Classe Insecta Ordem Hymenoptera Formicidae

Cupinzeiro Classe Insecta Ordem Isptera

Formigueiro

Conceitos e constituintes da MOSTesourinha

Larvas de borboleta

Larva bezouro

Ordem Dermaptera

Ordem Lepidoptera

Ordem Coleoptera

Larva de msca

Excrementos Ordem Diptera

Excrementos

Conceitos e constituintes da MOSClasse Oligochaeta

Ordem Enchytraeidae

Exemplar adulto

Excrementos

Parte posterior

Excremento

Conceitos e constituintes da MOSClasse OligochaetaOrdem Megascolecidae

Minhoca

Trato digestivo

Minhoca

Excrementos

Trato digestivo

Conceitos e constituintes da MOSMetodologia e exemploTransecto 5m25 cm 25 cm

- Serapilheira

Amostras

- 0-10 cm - 10-20 cm - 20-30 cm

Conceitos e constituintes da MOSEtapas da extrao dos monolitos

Conceitos e constituintes da MOSMetodologia e exemploTransecto 5m25 cm 25 cm

- Serapilheira

Amostras

- 0-10 cm - 10-20 cm - 20-30 cm

Esboroar mo Remover a macrofauna Preservar em formaldeido 4%

Cada grupo

Densidade = ind m-2 Biomassa = g m-2

Biodiversidade

Conceitos e constituintes da MOSMetodologia e exemplo Macrofauna do solo (quantidade e biodiversidade)Floresta Cana queimada pr-colheita (566149 individuos m-2) (723 individuos m-2) Cana sem queima pr-colheita (786101 individuos m-2)

Conceitos e constituintes da MOSMetodologia e exemplo Macrofauna do solo (quantidade e biodiversidade)Floresta Cana queimada pr-colheita (566149 individuos m-2) (723 individuos m-2)3120 80 19 147 136 8 8 3

Cana sem queima pr-colheita (786101 individuos m-2)

8

~ 50 anos53 141 203

4 anos189298

8

Minhocas Myriapodes Arachnides

Formigas Larvas de colepteros Outros

Conceitos e constituintes da MOSMACRO/MESOFAUNA E MICRORGANISMOS

Classificao geral

Apresentao das principais classesa. Macrofauna

b. Mesofaunac. Microrganismos

Conceitos e constituintes da MOSBiomassa microbiana do soloDefinio: Organismos menores do que 0,1 mm, predominando fungos, bactrias e actinomicetos em nmero, massa e capacidade metablica.

Actinomicetos

Fungos

Bactrias

Protozorios

Jenkinson et al., 1986

Conceitos e constituintes da MOS

Conceitos e constituintes da MOS

Conceitos e constituintes da MOS

Tanino-protena

Conceitos e constituintes da MOS

Conceitos e constituintes da MOS

Conceitos e constituintes da MOSBiomassa microbiana : mtodo da fumigao-extraoDessecadorVapor de CHCl3

Bomba de vcuo

Defumigao

EXTRAO

K2SO4 0,5 M

EXTRAO

QUANTIFICAO DO ELEMENTO EXTRADO

>>

QUANTIFICAO DO ELEMENTO EXTRADO

Elementos C, N, P e S

BM =

(Fumigada ) - (Controle )

k eficincia da extrao

Vance et al. (1987)

Conceitos e constituintes da MOSProporo relativa dos produtos de decomposio de resduos vegetais incorporados ao solo

CO2

60-80 g Resduos orgnicos 100 g38 g

3-8g

10 - 30 g

Biomassa Substncias no hmicas Substnicias hmicas (organismos do solo)Hmus (15-35 g) Brady & Weil, 1999

EXERCCIOBaseado nos resultados experimentais a seguir, estime a porcentagem de decomposio da palha de milho aps 10 dias de incubao. Experimento: em um frasco com 100 g de solo adicionaram-se 400 mg da palha de milho contendo 50% de C. Aps incubao com umidade e temperatura adequadas por 10 dias, verificou-se que 80 mg de C foram evoludas como CO2 do solo que recebeu a palha, enquanto no mesmo solo e condies, porm sem palha, emanaram-se apenas 20 mg C-CO2. Nota: a porcentagem de decomposio da palha pode ser estimada pela expresso: [(C-CO2 do solo com palha) (C-CO2 do solo sem palha) / quantidade de C adicionado via palha] * 100

[(80-20)/200]*100 = 30%

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSSubstncias no-hmicasDefinio: Compostos derivados de carboidratos, aminocidos e protenas, lipdeos, compostos fenlicos e lignina provenientes da decomposio de restos vegetais e animais no soloCarboidratos Celulose Aminocidos

Glicina (aminocido)

Lipdeos QuitinaGlucose(aldose)

cidos nucleicos

Conceitos e constituintes da MOSCarboidratos Protenas Lignina cidos graxos Ceras Resinas Pigmentos Outros

Degradao Microbiolgica Bioqumica

Produtos da degradao Substncias no-hmicas Carboidratos Ceras Resinas Sntese

Degradao

Hmus

Conceitos e constituintes da MOSCONSTITUINTES Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resduos orgnicosRazes e exsudatos Organismos do solo Substncias no-hmicas Substncias hmicas

Conceitos e constituintes da MOSDefinio (antiga) de substncias hmicasMistura complexa e recalcitrante de substncias orgnicas amorfas e coloidais de cor marrom ou marrom escuro, modificadas a partir de tecidos orgnicos ou de materiais orgnicos pelos organismos do solo (Stevenson, 1994)

Conceitos e constituintes da MOSEstrutura qumicaAdaptado de Schulten e Schnitzer

cido hmico

Peptdeos

Carboidratos

Representao da molcula de cido hmicoMetais

Ncleo

cidos fenlicos

Conceitos e constituintes da MOSNcleo do cido flvico

Conceitos e constituintes da MOSModelo Supramolecular

Associao de molculas de pequeno tamanho estabilizadas por foras fracas: interaes hidrofbicas, pontes de H e foras de van der Waals(Piccolo, 1996)Ctions metlicos

polissacardeospolipeptdios cadeias alifticas fragmentos aromticosSimpson et al., 2002

Conceitos e constituintes da MOSDefinio moderna de substncias hmicas (SH)Conjunto diversificado de componentes com relativamente baixo peso molecular, formando associaes dinmicas estabilizadas por interaes

hidrofbicas e pontes de hidrognio (Sutton & Sposito, 2005).

cido flvicoAumento 23000 vezes

Conceitos e constituintes da MOSDefinio moderna de substncias hmicas (SH)Sutton & sposito (2005) introduzem o conceito de estrutura micelar

Arranjo de molculas orgnicas em soluo aquosa para formar regioes exteriores de caracteristica hidroflica protegendo (do contacto das molculas de gua) regioes interiores de caracteristica hidrofbica

Hidrofbica

Hidroflica

Conceitos e constituintes da MOSMatria Orgnica do solo

Organismos vivos BIOMASSA

Tecidos mortos identificveis RESTOS

Organismos mortos com tecidos no identificveis HUMUS

Extrao com NaOH

Insolvel HUMINAAltamente condensada, Complexo com argila

SolvelTratamento com cido (pH = 1)

Precipitado CIDO HMICOMarrom escuro a preto Elevado peso molecular (at 300.000)

No precipitado CIDO FLVICOAmarelo para vermelho Baixo peso molecular (2.000 a 50.000)

Conceitos e constituintes da MOSPrincipais entradas e sadas dos ecossistemas naturais

Pluviolixiviados

M O S

LiteiraNvel do soloMacro/mesofauna Microrganismos

Gases

RazesC orgnico Exsudatos

dissolvido

Conceitos e constituintes da MOSPrincipais entradas e sadas dos agrossistemasResduos orgnicos e das culturasPluviolixiviados

M O

LiteiraNvel do solo

Gases

Eroso

Razes

SExsudatosSoluo do solo

Conceitos e constituintes da MOSCO2

Resduos vegetaisComponente estrutural muita lignina, pouco N C/N = 100-200 Turnover time 2-4 anos Componente metablico pouca lignina, muito N C/N = 10-25 Turnover time 0,1-0,5 anos

MOS ativaCO2

1-2 anos 20-50 anos 400-2000 anos

MOS lentaCO2 CO2

MOS passiva

EXERCCIO Estime a quantidade de resduos e o tempo para elevar em 1 % oteor de MO em 10 cm, considerando a densidade solo igual 1,0 g cm-3. A converso da MO em C (C = MO/1,724), transformao do C-

resduo em C-matria orgnica da ordem de 30 %. O resduopossui em mdia 45% de C e adio anual de 5 t ha-1 ano-1 de resduos.

RESPOSTA

Estime a quantidade de resduos e o tempo para elevar em 1 % o teor de MO em 10 cm, considerando a densidade solo igual 1,0 g cm-3. A converso da MO em C (C = MO/1,724), transformao do C-resduo em C-matria na orgnica da ordem de 30 %. O resduo possui em mdia 45% de C e adio anual de 5 t ha-1 ano-1 de resduos Vsolo= 100 x 100 x 0,1 = 1000 m3Densidade = 1 g cm-3 = 1 kg L-1 = 1 t m-3 Massa de solo = 1000 t m-3 ou 1000 t ha-1

1000 t ha-1 de solo * 1% de MOS (aumento) = 1000 * 0,01 = 10 t ha-1 de MOS 10 t ha-1 de MOS / 1,724 = 5,8 t C ha-1 5,8 t C ha-1 / 30% (considerando 70 de perda na forma de CO2) = 5,8/0,3 = 19,33 t C ha-1

19,33 t C ha-1 / 0,45 (considerando 45% de C no resduo) = 42,96 t MS ha-1T para aumento de 1% da MOS (adio de 5 t ha ano) = 42,96 / 5 = 8,59 ou 9 anos