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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE AGRONOMIA, MEDICINA VETERINÁRIA E
ZOOTECNIA
Programa de Pós-graduação em Agricultura Tropical
SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO AGROPECUÁRIA: EFLUXO DE
GASES E ATIVIDADE MICROBIANA DO SOLO
ANA CARLA STIEVEN
CUIABÁ – MT
2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE AGRONOMIA, MEDICINA VETERINÁRIA E
ZOOTECNIA
Programa de Pós-graduação em Agricultura Tropical
SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO AGROPECUÁRIA: EFLUXO DE
GASES E ATIVIDADE MICROBIANA DO SOLO
ANA CARLA STIEVEN
BIÓLOGA
Orientadores: Prof. Dr. Eduardo Guimarães Couto
Prof. Dra. Daniela Tiago da Silva Campos
Tese apresentada à Faculdade de
Agronomia, Medicina Veterinária e
Zootecnia, Universidade Federal de Mato
Grosso, para obtenção do título de Doutora
em Agricultura Tropical.
CUIABÁ – MT
2016
AGRADECIMENTOS
À Deus e a N.Sra. Aparecida agradeço pela vida e principalmente pela tranquilidade que me proporcionam quando recorro a vós!
Aos meus pais, Odete e Ari, pelos exemplos de caráter e honestidade, por toda a educação e incentivo em buscar a realização dos sonhos e objetivos;
À minha irmã, Ariane, que mesmo de longe nunca deixou de estar presente me incentivando em continuar;
Ao meu marido, Leandro, pelo carinho, paciência e atenção principalmente nos momentos mais difíceis, e por dividir comigo tantos momentos de felicidade;
À Universidade Federal de Mato Grosso e o programa de pós-graduação em Agricultura Tropical, coordenação, professores, secretários, alunos e colaboradores, agradeço as aulas, as ajudas e paciência de sempre e em especial a dedicação com que educam e fazem ciência, Obrigada!;
Aos meus orientadores, Prof. Eduardo e Profa. Daniela, por todas as oportunidades e ajudas nesses anos, obrigada pela amizade e pelos bons exemplos;
À Capes, Universidade Koblenz-Landau, meu boss in Germany, Prof. Hermann, e os amigos de Alemanha agradeço pela experiência impar conquistada com o intercâmbio - Danke für alles!;
Aos Profs. Dr. Onã da Silva Freddi e Dr. Anderson Lange, muito obrigada por compartilhar os dados de física e química do solo, e aos colegás Wininton Mendes e Wellington A. Magalhães pela ajuda na análise e interpretação desses dados;
A Embrapa, em especial ao pesquisador Flávio Wruck, e à Fazenda Gamada pela condução do experimento de campo;
Aos colegás e amigos de laboratório e programa de pós-graduação, com os quais dividi bancadas, biblioteca, salas de aula e de estudo, muito obrigada por dividir comigo seus conhecimentos e tantos momentos de descontração. Em especial gostaria de citar os nomes de Carol, Dafne, Gabriel, Isa, Josi e Willian – Muito obrigada! Sem vocês o trabalho de coleta e de laboratório não estaria pronto e não traria tantas lembranças boas!;
À Capes e à Agrisus pela bolsa de doutorado e financiamento do projeto de pesquisa;
Aos amigos e colegás do Univag pela amizade, troca de experiências e ajudas nesses anos de convivência;
Enfim, agradeço a todos que de uma forma ou outra colaboraram para a conclusão deste trabalho e no dia-a-dia nesse período de pós-graduação!
SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO AGROPECUÁRIA: EFLUXO DE
GASES E ATIVIDADE MICROBIANA DO SOLO
RESUMO GERAL: O presente trabalho contempla três capítulos: no primeiro objetivou apresentar as diferentes formas de manejos integrados de produção agropecuária com suas aplicações, formas de avaliação da microbiota e efluxo dos gases do solo; no segundo capítulo foi avaliado o efluxo de gases de amostras de solo provenientes dos manejos integração, lavoura-pecuária (ILP), pasto e floresta nativa, com adição de glifosato; no terceiro capítulo foi avaliada a dinâmica microbiológica no solo sob manejo com três sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF): linhas simples, duplas e triplas de eucalipto, comparando-as com pasto e floresta nativa. O capítulo 1 foi desenvolvido a partir da revisão de literatura, onde buscou o estado da arte bem como as definições de ILP e ILPF, a fim de diferenciar esses manejos. Além disso, foram apresentadas as variáveis utilizadas para monitorar a comunidade microbiana no solo com relação ao carbono retido na comunidade e as variáveis derivadas desta, bem como, quantificar as comunidades de micro-organismos e avaliar a atividade de enzimas no solo; outro ponto avaliado foi à dinâmica de gases no solo e as iniciativas para mitigar esse efluxo. Considerou ao final, a necessidade de avaliação prévia para a tomada de decisão frente aos manejos, levando em consideração os objetivos de cada uma, a reforma de pastagem para ILP e o máximo uso da área e inserção do produtor em diversas cadeias produtivas para ILPF. Por outro lado, há a necessidade de investigação desses sistemas a fim de comprovar a sustentabilidade do uso e manejo do solo empregado na área, evitando perdas e ônus de produtividade ambiental nesses locais. No capítulo 2 foram avaliadas a matéria orgânica, o Ph e a condutividade elétrica de amostras de solo sob ILP, pasto, floresta nativa e, posteriormente, o efluxo de CO2 e CH4 nessas amostras, com e sem tratamento com glifosato. Após o tratamento foram obtidos os resultados de efluxo de CO2 e CH4 a partir do fechamento de câmaras e avaliação por infravermelho. Fez quantificação do efluxo durante 10 dias após a aplicação, e os dados foram submetidos à análise de bootstrap. Conclui que o efluxos de CO2 e CH4 foi alterado pelos diferentes sistemas de manejos adotados, ILP, pasto e floresta nativa, a adição de glifosato reduz os efluxos em todos os manejos, principalmente no solo proveniente de floresta nativa. O capítulo 3 avaliou a microbiologia e química do solo, sob três diferentes de sistemas ILPF, linhas simples, dupla e tripla de eucalipto, e os comparou com área de pasto e floresta nativa, na profundidade 0-20 cm, com 2 anos de avaliação. Os dados foram submetidos à análise não paramétrica de comparações múltiplas, correlação, regressão entre variáveis, e análise de componentes principais. Conclui-se que o número de micro-organismos e a atividade dos mesmos, variaram em relação ao ano de coleta do que em relação ao manejo adotado; a microbiota do solo nos manejos realizados foi influenciada principalmente pelos atributos químicos, acidez potencial, matéria orgânica e capacidade de troca de cations; o magnésio foi fator importante na atividade das enzimas fosfatase alcalina e urease; constatou a necessidade de maior tempo de avaliação dos sistemas para atribuição de conclusões assertivas acerca da sustentabilidade dos mesmos. Palavras-chave: ILP, ILPF, microbiologia do solo, efluxo de gases do solo
INTEGRATED CROP-LIVESTOCK SYSTEM: SOIL GASES EFFLUX AND SOIL MICROBIAL ACTIVITY
ABSTRACT: This paper contains three chapters, at the first chapter the objective was to present the different forms of integrated management systems of agricultural production, with its applications and forms of soil microbiology and soil gases efflux; in the second chapter was developed to evaluate the soil samples from gás efflux from three different managements, integrated crop-livestock integration (ICL), pasture and native forest, with the glyphosate addition; the third chapter evaluated microbiological dynamics in soil under management with three different integrated crop-livestock-forest systems (ICLF), single, double and triple eucalyptus lines, and compared with pasture and native forest. Chapter 1 was developed from literature review, which sought to state of the art and the ICL and ICLF settings in order to differentiate these managements. In addition, the variables were presented used to monitor the microbial community in the soil, with respect to carbon held in the community and the variables derived from this, and to quantify the micro-organisms communities and evaluate soil enzymes activity. Another point was evaluated the dynamics of soil gases and initiatives to mitigate this efflux. The end is considered, the need for prior assessment for taking forward the decision to the managements, taking into account the objectives of each, which are grazing reform to ICL and maximum use of the area and insert the farmer in several production cadeis to ICLF. On the other hand, there is requirement to research these systems to prove the sustainable use and soil management employee in the area, preventing loss and burden of productivity and environmental in these locations. In chapter 2 it was carried out the evaluation of organic matter content, pH and electrical conductivity in pretreated soil, and treatment consisted of glyphosate application 4 L ha of in the from three different managements, ICL, pasture and native forest. After treatment the results obtained were CO2 and CH4 efflux from the closing cameras and infrared analysis. There was quantification of efflux for 10 days after application and the data were submitted to bootstrap analysis. It was concluded that the CO2 and CH4 efflux have been changed by different management systems adopted, and glyphosate addition reduces the efflux in all managements, especially in soil from native forest. Chapter 3 evaluated the soil microbiology and chemistry under three diferente ICLF systems, simple, double and triple eucalyptus lines, and compared them with pasture and native forest, in 0-20 cm depth, 2 years of evaluation. The results were submitted to multiple comparisons nonparametric analysis, correlation and regression between variables, and main components analysis. It was concluded the soil microorganisms enumeration and activity showed greater variation in relation to the year of collection that in relation to the adopted management; soil microbiology, in the realized managements, was mainly influenced by the potential acidity chemical attributes, organic matter and cation exchange capacity; magnesium was an important factor in the alkaline phosphatase and urease enzyme activity; it was noted the more time requeriment to review the systems for allocating assertive conclusions about the sustainability of the same.
Key-words: ICL, ICLF, soil microbiology, soil gas efflux
SUMÁRIO
RESUMO GERAL ....................................................................................................... 7 INTRODUÇÃO GERAL .............................................................................................. 2 JUSTIFICATIVA e OBJETIVOS ................................................................................. 4
CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 6 MODELOS DE SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO AGROPECUÁRIA E A AVALIAÇÃO DA MICROBIOTA DO SOLO – UMA REVISÃO .................................... 6 INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 6 Uso e manejo do solo: expansão agrícola .................................................................. 7
Estrutura do sistema de integração ........................................................................... 10
A microbiologia do solo em sistemas integrados ....................................................... 13 A microbiota e sua atividade ..................................................................................... 14 Efluxo e medidas de mitigação de gases do solo ...................................................... 18 Considerações finais ................................................................................................. 20
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 21 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................. 31 EFLUXO DE CO2 E CH4 DO SOLO SOB SISTEMA INTEGRADO DE PRODUÇÃO SUBMETIDO À ADIÇÃO DE GLIFOSATO................................................................ 31
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 33 MATERIAL e MÉTODOS .......................................................................................... 35
Descrição da área, coleta e transporte das amostras ......................................... 35
Desenho experimental e tratamentos ................................................................. 36 RESULTADOS e DISCUSSÃO ................................................................................. 38
CONCLUSÃO ............................................................................................................ 44 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 44 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................. 50 ATRIBUTOS MICROBIOLÓGICOS DO SOLO EM SISTEMA DE INTEGRAÇÃO LAVOURA-PECUÁRIA-FLORESTA .......................................................................... 50
INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 52 MATERIAL e MÉTODOS .......................................................................................... 53
Localização, descrição e dados climáticos da área experimental ....................... 53
Histórico da área ................................................................................................. 54
Coleta das amostras ........................................................................................... 54
Caracterização do solo ....................................................................................... 55
Análise estatística dos dados ............................................................................. 59 RESULTADOS e DISCUSSÃO ................................................................................. 60
Comparação entre os manejos e anos de coleta ................................................ 60
Correlação entre variáveis e agrupamento dos manejos .................................... 69 CONCLUSÕES ......................................................................................................... 77 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 77
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INTRODUÇÃO GERAL
A expansão agrícola brasileira deu em direção ao Cerrado e, posteriormente,
em áreas de Floresta Amazônica. Esta ocupação ocorreu com a derrubada da
vegetação nativa e incorporação de monoculturas em extensas áreas. Por décadas
essa foi a principal forma de produção de alimentos no país, entretanto no final do
século XX, frente às áreas completamente degradadas, diferentes propostas de
manejo começaram a surgir (Bungenstab e Almeida, 2014).
A adoção de práticas mais sustentáveis iniciou-se com o objetivo de recuperar
as áreas que estavam degradadas ou em processo de degradação, ou seja, não
respondiam aos anseios de produtividade esperados. Os sistemas de integração de
culturas e o plantio direto foram ganhando espaço onde a monocultura havia sido
amplamente explorada.
Os sistemas integrados são manejos agrícolas mais complexos, originalmente
estabelecidos com base na experiência dos agricultores e, recentemente com o
emprego de conhecimento técnico-científico passaram por processos de adaptação,
que levou a diferentes formas de manejo, aplicações frente às expectativas e aos
resultados esperados.
Dentre os sistemas, a integração lavoura-pecuária (ILP) e a integração
lavoura-pecuária-floresta (ILPF) apresentam com práticas viáveis para o emprego,
na mesma área, de duas ou três grandes explorações agrícolas (soja, milho),
pecuária (Urochloa sp.), e, no segundo caso, componente florestal (eucalipto, teca,
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mogno) representam, atualmente, alternativas para diversificação de renda e
sustentabilidade das áreas. Essa sustentabilidade é apontada economicamente
viável, por apresentar diversas fontes de renda; socialmente justa, com a inserção
do agricultor em cadeias, com necessidade de mão de obra diferenciada, o que
garante contratações e manutenção de novas vagas de emprego; e ecologicamente
correta, com o aumento de matéria orgânica ao solo, tanto em quantidade como em
diversidade, apontada como precursor da mitigação do efluxo de gases e melhoria
na qualidade física, química e especialmente biológica do solo (Altieri, 2002; Araujo
e Monteiro, 2007).
Para a verificação das qualidades ambientais dos sistemas, há diversos
meios que vem sendo empregados, dentre eles o solo é um dos componentes que
merece atenção por representar o ambiente comum para toda a prática
agropecuária, e por fim, é ele que recebe os resíduos das atividades desenvolvidas.
Dentre as características do solo vale ressaltar seus atributos químicos,
físicos e biológicos, que são influenciados pelos manejos e uso do solo. As
características biológicas, sendo indicador sensível a qualquer mudança no manejo
ou mesmo de clima, torna-se importante indicador da qualidade do solo.
A avaliação da microbiota do solo, por meio das quantificações da
composição da estrutura microbiana, ou seja, composição celular, bem como da
enumeração desses micro-organismos e avaliação da atividade enzimática, tem sido
amplamente utilizadas para avaliar diferentes sistemas agrícolas, com respostas
rápidas e eficientes na alteração dos manejos.
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JUSTIFICATIVA e OBJETIVOS
Os sistemas integrados de produção agrícola, como os sistemas de
integração lavoura-pecuária (ILP) e integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF) já
ocupam extensas áreas nas propriedades rurais. Os mesmos vêm sendo
implantados em áreas consideradas degradadas pela redução nos rendimentos das
culturas, bem como, sinais de degradação nas características físicas, químicas e
microbiológicas dos solos, além de serem apontadas como áreas propensas a
efluxos significativos de gases (Kluthcouski et al., 2003; Balbino et al, 2011; Bernardi
et al., 2014).
Os sistemas integrados de produção agropecuária apresentam potencial de
produção igualmente comparado à produção em monocultivo, o que desperta
interesse por parte dos produtores. A semeadura da safra anual, seguida de safrinha
integrada, com o pasto, além da utilização de árvores na implantação dos sistemas
integrados, são diferentes opções para redução dos custos de implantação, manejo
da cultura e agregação de valor ao sistema, uma vez que potencializa a utilização da
mesma área agrícola.
Ainda, são poucos os trabalhos que estudam as características físicas,
químicas e microbiológicas destes sistemas na região norte do estado de Mato
Grosso, sendo necessárias novas pesquisas para apontar as alterações dos efluxos
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de gases nesses sistemas e a dinâmica dos mesmos quando da adição de
xenobióticos, e orientar o manejo mais adequado para a conservação da microbiota
do solo.
Esta pesquisa está dividida em três capítulos, onde será apresentada, no
primeiro capítulo, uma revisão de literatura que busca descrever a expansão
agrícola e a configuração dos sistemas integrados de produção agropecuária que
foram utilizados nos demais trabalhos, bem como, as formas de avaliação das
atividades microbiológicas, efluxo de gases do solo e medidas de mitigação de
efluxos.
No segundo capítulo o objetivo foi avaliar se a adição do herbicida glifosato
(Roundup®) influencia na emissão de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) em
solos sob três diferentes manejos: integração lavoura-pecuária, área com pasto e
floresta nativa, localizados no bioma Cerrado, região norte de Mato Grosso. A
hipótese deste estudo é que a adição de glifosato ao solo aumenta a emissão dos
gases CO2 e CH4.
No terceiro capítulo o objetivo principal foi avaliar a influência de três
diferentes conformações de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF): linhas
simples, duplas e triplas de eucalipto, de uma área sob Latossolo Vermelho-Amarelo
Distrófico, textura argilosa, nas características químicas e microbiológicas do solo. A
hipótese deste estudo é que a presença do plantio silvicultural e o arranjo deste em
meio às culturas anuais no sistema de ILPF melhore os atributos químicos e
microbiológicos do solo.
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CAPÍTULO 1
MODELOS DE SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO AGROPECUÁRIA E A
AVALIAÇÃO DA MICROBIOTA DO SOLO – UMA REVISÃO
INTRODUÇÃO
A produção agrícola nacional teve grande incremento nas últimas décadas,
época na qual ocorreu a expansão da fronteira agrícola na região central do Brasil.
Grande adoção de tecnologia culminou altos índices produtivos e, nesse contexto,
milhares de hectares foram utilizados de forma exploratória para fins agrícolas.
Entretanto, atualmente, percebe-se a falta de conservação dessas áreas, e assim,
práticas agrícolas diferenciadas das convencionais precisam ser empregadas para a
sustentabilidade do sistema e a manutenção dos rendimentos biológicos e
econômicos (Behling et al., 2013).
Sistemas de produção que integram agricultura e pecuária, bem como,
agricultura, pecuária e floresta, são práticas recentes empregadas no estado de
Mato Grosso, responsáveis por uma das maiores produções agrícolas nacionais.
Esses sistemas de manejo buscam maximizar a utilização da área, integrando
grandes culturas como milho, soja e feijão, com pastagem, especialmente braquiária
e florestas. As árvores utilizadas no sistema são geralmente espécies de
reflorestamento como o eucalipto, mas também podem ser inseridas árvores nativas
ou as empregadas na indústria moveleira como o mogno, o pau-balsa e o pinho
cuiabano (Oliveira Neto e Paiva, 2010; Oliveira et al., 2011).
Embora tenha tantas vantagens, os manejos integrados de produção ainda
são pouco estudados com relação às condições do solo, fazendo-se necessárias
pesquisas que apresentem resultados de sustentabilidade ambiental, comparando-
os aos manejos convencionais, uma vez que as condições químicas, físicas e
microbiológicas estão fortemente relacionadas ao manejo do solo.
Resultado das atividades do solo são os efluxos de gases, e estes, por sua
vez, têm ganhado ampla discussão por serem relacionados às variações do clima e,
vulgarmente denominados, causadores do efeito estufa.
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A liberação de gases é proveniente da atividade microbiológica do solo e essa
é alterada de acordo com o manejo adotado na área, tendo respostas nas
quantificações da comunidade microbiana, bem como na atividade que estes micro-
organismos desempenham neste ambiente.
Os resultados obtidos por meio da mensuração da atividade microbiológica
são tomados para obter relatórios das condições ambientais de determinado local,
no qual deve ser levada em consideração a dinâmica adotada nesta área.
Esta revisão de literatura tem por objetivo descrever a expansão agrícola e,
especialmente, a configuração dos sistemas integrados de produção agropecuária
que serão apresentados nos próximos dois capítulos, bem como as formas de
avaliação microbiológica das atividades do solo.
Uso e manejo do solo: expansão agrícola
O modelo agrícola implantado após a revolução verde ocasionou grandes
transformações na história recente da agricultura (Altieri, 2002), e o uso intensivo de
insumos químicos trouxe graves danos ao meio ambiente contaminando solos,
recursos hídricos e fauna local (Oliveira Jr e Cabreira, 2012).
As culturas anuais de grãos proporcionaram, no decorrer das décadas de 80
e 90, a expansão da fronteira agrícola no Cerrado, por meio da correção do solo por
calagem, intensificação do uso dos recursos do solo, investimentos em mecanização
e adoção de tecnologias baseadas em alto consumo energético, fertilizantes e
defensivos. Entretanto, as monoculturas, ao mesmo tempo em que elevaram os
custos de produção também degradaram o meio produtivo, resultando na
instabilidade de grande parte das explorações (Kluthcouski et al., 2003).
Na busca por alternativas para o uso múltiplo do solo, diferentes modalidades
de produção fazem necessárias, tendo em vista as consequências ecológicas, das
práticas inadequadas, em diferentes regiões do país, de utilização dos recursos
naturais. Diante desta situação, tem-se destacado a viabilidade técnica, ecológica e
socioeconômica dos sistemas de integração agropecuária, em que se integram
animais, plantas forrageiras e, em alguns casos, árvores na mesma área (Bernardi et
al., 2014).
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Os diferentes sistemas integrados de produção agropecuária se
apresentaram como uma ferramenta útil na busca por produção agrícola sustentável.
Estas práticas surgiram no final do século XX com a necessidade inicial de
amortização dos custos para a recuperação de pastagens degradadas. Estes
sistemas estão presentes em 25 milhões de km2 (Bell e Moore, 2012) e são
responsáveis por aproximadamente 50% da produção de alimentos no mundo - 65%
dos bovinos, 75% do leite e 55% dos cordeiros, nos países em desenvolvimento
(Herrero et al., 2010).
Por essa representatividade, novas práticas de uso e manejo do solo são
consideradas vitais para a segurança alimentar em âmbito global, bem como,
mitigação dos danos ao solo. Além do seu papel na produção de alimentos, esse
sistema é à base da produção dos países em desenvolvimento, onde dois bilhões de
pessoas são sustentadas por esse modelo de produção (Wright et al., 2012).
O sistema de integração lavoura-pecuária (ILP) e integração lavoura-
pecuária-floresta (ILPF), ou agropastoril e agrossilvipastoril, integram os
componentes agrícola e pecuário em sucessão, consórcio ou rotação, e, no último
caso, com a inclusão do componente arbóreo na mesma área, onde o componente
"lavoura" é utilizado, normalmente, na fase inicial de implantação do componente
florestal (Balbino et al., 2011).
Os benefícios atribuídos pelo uso de lavoura e pecuária em uma mesma área
estão relacionados à maior produtividade de grãos, carne e/ou leite, proporcionando
maior sustentabilidade na produção de alimentos (Vilela et al., 2001).
Após a entressafra, a dessecação do pasto propicia a morte das raízes e a
formação de palhada que melhora a estrutura e a infiltração de água no solo; diminui
o risco de erosão, a variação da temperatura e da umidade relativa, e aumenta o
teor de matéria orgânica, o que permite maior desenvolvimento de micro-organismos
e insetos. Da mesma maneira, os resíduos da lavoura melhoram a fertilidade do
solo, a ciclagem de nutrientes e o controle de plantas daninhas (Mello et al., 2004).
Avaliando a produção de biomassa de raízes de cinco gramíneas tropicais
sob lotação contínua, observa-se que a Urochloa brizantha é a melhor opção para
ser introduzida em sistema de ILP, devido à maior produção e melhor distribuição do
sistema radicular (Kanno et al., 1999).
Em estudos que integraram a produção de Urochloa brizantha e Panicum
maximum com milho e adubação nitrogenada ocorreu alta produtividade de matéria
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seca e baixo teor de fibra em braquiária semeada em consórcio (Barducci et al.,
2009).
Por outro lado, o sistema de ILPF permite, também, a obtenção do produto
florestal, mantendo-se as atividades agrícolas no início do desenvolvimento do
plantio florestal e atividade pastoril até a colheita da floresta (Oliveira et al., 2011).
Dessa forma, a implantação da ILPF tem sido proposta como alternativa viável para
diversificação da produção e da renda na propriedade rural, além de promover
benefícios ambientais (Oliveira Neto e Paiva, 2010).
A ILPF possibilita a recuperação de áreas que foram degradadas em
resultado da intensificação do uso do solo sem manejos sustentáveis. Entretanto, o
emprego deste sistema permite elevada produção de grãos e forragens, incremento
no teor de matéria orgânica e maior ciclagem de nutrientes, além de diversificar as
atividades econômicas rurais, como a produção agrícola, pecuária e de madeira ou
energia (Trecenti et al., 2008).
Outro benefício que a ILPF proporciona em sistemas agropecuários está
correlacionado com o solo, e um deles é a redução dos processos erosivos, uma vez
que as copas das árvores retêm e diminuem a força com que as gotas da chuva
atingem o solo (Balieiro et al., 2004).
De acordo com os objetivos da implementação do sistema de integração, bem
como, a aptidão do solo e características de clima, são realizadas as escolhas dos
componentes desse sistema, o que o caracteriza em ILP e ILPF. A escolha está
relacionada aos benefícios esperados com os componentes empregados, ou seja, a
produtividade, ganhos financeiros e sustentabilidade ambiental (Jose, 2009).
O emprego da sustentabilidade dos sistemas de integração está relacionado,
entre outros fatores anteriormente mencionados, aos benefícios para o ambiente,
destacando: mitigação dos efluxos de gases, melhoria da qualidade química, física e
biológica, com melhor estrutura, cobertura e maior armazenamento de água no solo.
Entre outros benefícios, destacam-se a rotação de culturas, aumento na produção
de grãos e carne, desenvolvimento do setor rural, geração de empregos, menor
risco no sistema de produção, sustentabilidade da agropecuária e conservação do
meio ambiente (Kluthcouski et al., 2003).
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Estrutura do sistema de integração
Os sistemas de integração consistem na implantação de diferentes modelos
produtivos de grãos, fibras, carne, leite, agroenergia e outros, no mesmo ambiente
de cultivo, em plantio consorciado, sequencial ou rotacionado (Oliveira et al., 2012).
Assim o sistema é composto por espécies agrícolas, forrageiras, florestais e animais.
A integração de plantas e pecuária é denominada de integração lavoura-
pecuária (ILP). Essa estratégia de produção sustentável é aquela que integra as
atividades agrícola e pecuária em uma mesma área, caracterizada pela
diversificação, rotação, consorciação e ou sucessão de atividades (Alvarenga et al.,
2007), e que busca efeitos sinérgicos entre os componentes do agroecossistema
(Leite et al., 2010). Esta é uma prática recente, que surgiu no final do século XX com
a necessidade de amortização dos custos para a recuperação de pastagens
degradadas.
Os sistemas de ILP podem ser diferenciados de acordo com a sequência do
uso de cada componente, e são classificados em cinco diferentes grupos: pastagens
anuais em sucessão às culturas de verão, rotação de pastagens em áreas de
lavoura, rotação de culturas anuais em áreas de pastagem, ILP com rotação parcial
de lavoura-pastagem perene e ILP na agricultura familiar (Sulc, 2007; Machado e
Ceccon, 2010).
A ILP com característica de pastagens anuais em sucessão às culturas de
verão é realizada com o plantio simultâneo das sementes. A semente da pastagem é
depositada no solo junto com o adubo utilizado, porém em maior profundidade que a
semente da cultura anual (milho ou soja), o que permite que a germinação e
emergência das sementes de forrageira seja posteriores à das espécies agrícolas.
Essa prática não prejudica a produtividade e beneficia a pastagem com o adubo
residual e matéria orgânica residual da planta anterior (Machado et al., 2011).
A rotação de pastagem em áreas de lavoura caracteriza-se pelo uso da
mesma área, porém não concomitantemente. Após, a colheita da safra é realizado o
plantio da pastagem, que depois de 2 ou 3 anos, é dessecada para o plantio direto
de culturas anuais. O uso do ILP objetiva aumentar a disponibilidade de forragem
durante a estação seca, aumentar a disponibilidade de palha para o plantio direto e
manter a lavoura de verão (Van Der Vinne et al., 2009; Machado et al., 2011).
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Ao contrário do sistema anterior, a rotação de culturas anuais em áreas de
pastagens realiza o oposto, dispondo culturas anuais em áreas que geralmente são
de pastagem. Esse sistema é instalado com o objetivo de melhorar as condições
químicas, físicas e biológicas e, indiretamente, aumentar a qualidade da forrageira,
conhecido como reforma de pastagem. Este sistema é praticado em fazendas onde
predomina a pecuária de corte e, normalmente, a lavoura é conduzida por
arrendatários (Machado et al., 2011).
Nos sistemas de ILP com rotação parcial de lavoura-pastagem, adotam-se
partes da área da fazenda com pastagens e outras com lavoura. Esse sistema é
empregado quando o produtor não tem condições para a reforma total da área ou
não tem interesse. Neste caso, os talhões mais férteis são cultivados com culturas
anuais enquanto os menos férteis são utilizados com rotação entre lavoura-
pastagem até que esses apresentem melhor fertilidade (Machado et al., 2011).
O sistema de ILP na agricultura familiar combina as quatro classificações
apresentadas anteriormente, porém com o diferencial nas culturas anuais e
forrageiras utilizadas. Essa nova classe foi proposta por apresentar características
diferentes das demais, onde as culturas ditas anuais são menos comuns no cenário
nacional, com plantio de mandioca e feijão, e como forrageira, cana-de-açúcar,
milheto e milho forrageiro (Machado e Ceccon, 2010; Machado, 2011).
Além do sistema de ILP, mais recentemente tem se valorizado os sistemas
agroflorestais praticados por povos antigos, consorciados aos resultados das
pesquisas científicas atuais sobre as técnicas de utilização do solo para uma
produção agrícola concomitante à pecuária e floresta, denominado de ILPF (Lunelli
et al., 2013).
Na ILPF, o plantio das culturas agrícolas é realizado entre as fileiras das
espécies florestais, sendo implantadas de modo a permitir o trânsito de máquinas
agrícolas e, principalmente, a passagem de luz. A escolha da cultura agrícola
depende das condições ambientais, das características da propriedade, mercado e
adaptação ao cultivo consorciado com as espécies arbóreas e forrageiras (Freitas et
al., 2010; Behling et al., 2013).
Os sistemas têm sido classificados de acordo com sua estrutura (composição
e arranjo dos seus componentes), função conservacionista ou produtiva, escala
econômica, ciclo e manejo (Nair, 1985; Carvalho 2014). Outro tipo de classificação
que merece destaque é a divisão em categorias de acordo com o serviço ambiental
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proporcionado, como sequestro de carbono, enriquecimento do solo, conservação
da biodiversidade e qualidade da água e do ar (Jose, 2009; Bungenstab e Almeida,
2014).
O eucalipto, por ser uma espécie florestal de rápido crescimento é a mais
plantada comercialmente no Brasil e, por consequência, a espécie que tem maior
conhecimento acumulado, tornou-se a mais utilizada nesses sistemas florestais
(Oliveira Neto e Paiva, 2010).
Entretanto, semelhante a qualquer outra espécie agrícola ou florestal, o
eucalipto precisa ser visto como parte da cultura agrícola, sendo manejado com
cuidado. Para seu desenvolvimento satisfatório em monocultura, são necessárias
tecnologias modernas e, para transpô-la para sistemas silvipastoris ou
agrosilvipastoris, é necessária avaliação minuciosa de produtores e técnicos
(Medrado, 2009).
Nos sistemas agrossilvipastoris, as árvores e/ou os arbustos, devido à
influência que exercem no processo de ciclagem de nutrientes e no aproveitamento
da energia solar, são considerados os elementos estruturais básicos e a chave para
a estabilidade do sistema (Oliveira et al., 2011).
Em um sistema agrossilvipastoril, as espécies arbóreas podem desempenhar
diferentes funções, como produção de madeira, frutos, sementes, resina, látex, óleos
e também promover o incremento da diversidade, da ciclagem de nutrientes,
melhoria do microclima para criação animal, proteção do solo, entre outros serviços
ambientais (Oliveira Neto e Paiva, 2010).
Entretanto, na maioria das vezes, a produção de madeira tem sido a principal
justificativa para o plantio de árvores nas propriedades rurais. As árvores a serem
utilizadas nos sistemas integrados de produção devem apresentar, de preferência,
copas que permitam a passagem de luz para o crescimento das forrageiras.
Considera-se que a produção de pasto possa ser mantida com sombreamento de
até 30% da luz solar incidente na área (Porfírio da Silva et al., 2010).
O espaçamento recomendado entre as árvores é variável, e depende da
arquitetura das espécies arbóreas, do modo de distribuição das árvores, da
fertilidade do solo, entre outros fatores. Entretanto, deve-se levar em consideração
que em sistemas agro e/ou silvipastoris, a densidade de árvores não ultrapasse 40 a
50% de cobertura arbórea na área de pasto, sendo selecionadas as espécies de
árvores de arquitetura adequada (Carvalho et al., 2002).
13
Nos últimos anos tem crescido o interesse de produtores rurais pelos
sistemas agroflorestais manejados para uma produção mais intensiva,
principalmente de madeira, diante do aumento dos programas de fomento florestal
estabelecidos pelas empresas do setor florestal, bem como por órgãos
governamentais (Bernardes et al., 2004).
Esses incentivos incorporam a assistência técnica e transferência de
tecnologia aos pequenos e médios produtores rurais, que, de forma independente,
não teriam condições para desenvolver as atividades de silvicultura e ainda
contribuem para a regularização ambiental das propriedades rurais e para a
formação de empreendimentos de produção primária de madeira, propiciando o
surgimento de arranjos produtivos baseados em madeira (Fischer, 2009).
A microbiologia do solo em sistemas integrados
Observa-se que, com o aumento do conhecimento dos sistemas
conservacionistas, haja necessidade da utilização de um conjunto de indicadores e,
eventualmente, a inclusão deles em um modelo de avaliação da qualidade do solo
(Carneiro et al., 2008).
A qualidade do solo é a capacidade que um determinado tipo de solo
apresenta, em ecossistemas naturais ou agrícolas, para desempenhar uma ou mais
funções relacionadas à sustentação da atividade. Contudo, essa qualidade pode ser
avaliada considerando a capacidade do solo em disponibilizar nutrientes para as
plantas, suportar o crescimento e desenvolvimento de raízes, proporcionar
adequada atividade biológica, garantir estabilidade estrutural, resistir à erosão, entre
outros (Doran e Parkin, 1994; Casalinho et al., 2007, Vezzani e Mielniczuk, 2009).
Frente a resultados da biota tem-se observado que nas áreas com sistemas
integrados de cultivo, a qualidade biológica do solo é superior em relação às áreas
com monocultivo (Loss et al., 2013).
Nos sistemas de integração, o ambiente solo é melhorado devido ao aporte
de resíduos vegetais oriundos da parte aérea e das raízes das plantas em sucessão,
rotação ou perenes. Além da melhoria da qualidade física e biológica do solo,
observa-se aumento da matéria orgânica e redução de pragas e de doenças das
plantas. Também há benefícios no controle de erosão, devido à cobertura e à
proteção mecânica que os resíduos vegetais proporcionam (Alvarenga et al., 2007).
14
A qualidade dos atributos químicos, físicos e microbiológicos propicia
condições adequadas para o crescimento e o desenvolvimento das plantas e para a
manutenção da diversidade de organismos que habitam o solo (Neves et al., 2009).
Neste, existem diversas inter-relações entre as características físicas, químicas e
biológicas que controlam os processos e os aspectos relacionados à variação
biológica no tempo e no espaço. Assim, qualquer modificação no ambiente pode
alterar diretamente sua estrutura e sua atividade biológica e, consequentemente,
sua fertilidade, com reflexos nos agroecossistemas (Brookes, 1995).
No entanto, para avaliar a qualidade do solo é necessário que elejam algumas
propriedades deste a serem monitoradas como atributos indicadores. Para uma
propriedade ser um eficiente indicador de qualidade é necessário que este seja
sensível às variações do manejo e correlacionado com as funções desempenhadas
pelo solo (Doran e Zeiss, 2000).
Em geral, os estudos que focam a qualidade do solo avaliam características
microbiológicas, entretanto deve-se lembrar de que é nele que ocorrem inúmeras
interações ecológicas. Há ênfase na relação entre os micro-organismos e a ciclagem
de nutrientes, uma vez que esses seres são agentes dinâmicos das interações entre
os grandes sistemas terrestres, que, quando sofrem modificações, alteram o
equilíbrio natural do planeta. Dessa forma, é comum a avaliação da atividade
microbiana, a quantificação da biomassa de micro-organismos e a medição de
várias enzimas do solo envolvidas na ciclagem de nutrientes (Wollum, 1982; Bridges
e Catizzone, 1996; Tótola e Chaer, 2002; Muggler et al., 2005).
A microbiota e sua atividade
Os micro-organismos do solo são responsáveis por processos bioquímicos
diversos que desempenham papel fundamental nas transformações dos elementos
químicos e nas transferências de energia e nutrientes no sistema solo-planta-
atmosfera, constituindo a base de sustentação e produtividade dos ecossistemas
terrestres (Wardle e Giller, 1996; Moreira e Siqueira, 2006).
Os micro-organismos do solo são dinâmicos e respondem rapidamente às
alterações ambientais, sofrendo grande influência do ambiente, inclusive aquela
proveniente do uso e manejo do solo e vegetação, o que causa modificações
15
quantitativas e qualitativas na sua estrutura e atividade (Bending et al., 2004; Gupta
e Roget, 2004).
O estudo da quantidade e da atividade da biomassa microbiana pode fornecer
subsídios importantes para o planejamento do uso correto do solo, considerando a
dinâmica dos micro-organismos do solo (D’andréa et al., 2002). A avaliação dessa
comunidade microbiana pode ser realizada por métodos diretos e indiretos, gerando
dados que representam a densidade, diversidade e atividade dos micro-organismos
(Araújo et al., 2012; Sistla e Schimel, 2012).
A biomassa microbiana pode ser muito mais sensível que, por exemplo, o teor
de carbono orgânico no solo frente a uma alteração. Assim, mudanças significativas
na biomassa microbiana podem ser detectadas muito antes que alterações na
matéria orgânica, possibilitando que alternativas e medidas preventivas ou de
correção venham a ser adotadas antes que a perda de qualidade do solo seja mais
pronunciada (Powlson et al., 1987; Tótola e Chaer, 2002).
O conhecimento dos níveis de carbono da biomassa microbiana no solo é
importante para a conservação da matéria orgânica, o monitoramento de áreas sob
influência antrópica, servindo como sensível indicador de alterações provocadas no
ambiente (Silva et al., 2007). A biomassa microbiana desempenha importante função
no solo e possui estreita relação entre a decomposição, o acúmulo de matéria
orgânica, as transformações envolvendo os nutrientes minerais e a atividade
biológica (Tótola e Chaer, 2002; Brandão Junior et al., 2008; Araújo et al., 2013).
Apesar da mensuração do carbono da biomassa microbiana ser útil para
caracterizar o potencial biogeoquímico dos solos, este parâmetro não pode ser
utilizado para referenciar as taxas atuais de mineralização do solo. Para isso, é
preciso analisar fatores diretamente ligados às características fisiológicas e
atividades dos micro-organismos. Os atributos mais comumente escolhidos para tal
avaliação são a respiração basal, o quociente metabólico e a atividade enzimática
(Kutsch et al., 2009).
A atividade biológica pode ser definida como toda reação bioquímica
catalisada pelos organismos do solo e é quantificada, geralmente, através da
liberação de CO2 do solo, oxidação de compostos orgânicos e pela atividade
metabólica de organismos aeróbicos, o que se denomina respiração basal
(Drozdowicz, 1997; Paul et al., 2007).
16
A respiração basal é considerada um atributo positivo para as investigações
da qualidade do solo, pois é indicador de fatores como decomposição de resíduos,
rota metabólica do carbono orgânico e alterações do ecossistema neste ambiente.
Na maioria dos sistemas, o aumento inicial da taxa de respiração da população
microbiana ocorre quando uma fonte de carbono solúvel é adicionada ao solo
(Nicodemo, 2009).
Assume-se que, a eficiência das biomassas microbianas está relacionada
àquela que perde menos carbono na respiração e o incorpora mais em suas células
(Insam e Domsch, 1988). Assim a relação entre esses dois atributos é interpretada
como o quociente metabólico da biomassa microbiana e indica a eficiência de
utilização da matéria orgânica pelos micro-organismos do solo (Moreira e Siqueira,
2006; Nicodemo, 2009).
À medida que determinada biomassa microbiana se torna mais eficiente na
utilização dos recursos do ecossistema, mais carbono é incorporado aos tecidos
microbianos, o que eleva o estoque de carbono orgânico. Por isso menores taxas de
quociente metabólico indicam maior equilíbrio do sistema, menor liberação e perda
de carbono, em contrapartida maior acúmulo do mesmo (De-Polli e Guerra, 1997;
Tótola e Chaer, 2002).
A elevação dos teores de matéria orgânica e a melhoria da qualidade física do
solo pela introdução de determinados sistemas agrícolas, especialmente os de
integração de culturas, evidenciam o potencial deste sistema em reduzir não apenas
o impacto ambiental das atividades produtivas, mas também as emissões de gases
de efeito estufa melhorando o aproveitamento da água e dos nutrientes do solo
(Balbino et al., 2011).
A respiração basal frente às mudanças do uso do solo tem gerado efluxos
cada vez mais expressivos de gases, especialmente dióxido de carbono (CO2) e
metano (CH4). Esses gases são atributos relacionados à mudança no uso do solo,
especialmente às quantidades de matéria orgânica provenientes de atividades
agrícolas (Chhabra et al., 2011). A expansão das culturas anuais e pastagens, em
detrimento das florestas, resultaram em aumento da liberação desses gases e os
tornaram atributos potenciais na avaliação do uso do solo (Lal et al, 2008).
Aliado aos atributos previamente citados, também se destaca a técnica de
enumeração direta de micro-organismos, ou seja, visualização de colônias em meios
de cultura comerciais. Apesar de serem vistos com ressalvas, as técnicas de
17
enumeração e isolamento, com o emprego de meios de cultura seletivos, permitem o
crescimento, contagem e isolamento destes micro-organismos. Essas verificações
auxiliam na compreensão dos processos que ocorrem na comunidade microbiana,
uma vez que servem como indicador do impacto de diferentes atividades antrópicas
(Melo e Itamar, 1997; Previati et al., 2012).
As avaliações quantitativas das densidades populacionais na comunidade
microbiana dos solos são importantes tanto na identificação de fatores que exercem
influência no equilíbrio microbiológico, como na caracterização das relações entre os
diferentes grupos e espécies de micro-organismos. Contudo, a magnitude da
biodiversidade microbiana é restrita por essa técnica, pois a comunidade cultivável
do solo é estimada em somente em 1,0 % dos procariotos do solo (Pereira et al.,
1999; Torsvik et al., 2002; Goi e Souza, 2006).
Por outro lado, a avaliação qualitativa da atividade da comunidade
microbiana, através da atividade enzimática do solo, tem sido usada como indicador
das alterações causadas pelo manejo (Perucci, 1992; Garbeva et al., 2004). A
composição da comunidade microbiana determina seu potencial em sintetizar
enzimas, e, por esse motivo, qualquer alteração ambiental pode refletir na alteração
da comunidade microbiana, e consequentemente, refletir nos níveis da atividade
enzimática do solo e disponibilidade de nutrientes, uma vez que, as enzimas
catalizam todas as reações bioquímicas e são partes integrais da ciclagem de
nutrientes no solo (Tótola e Chaer, 2002; Kandeler, 2007).
Dentre as enzimas produzidas pelos micro-organismos destaca-se a β-
glicosidase. Ela é responsável pela transformação de biomoléculas em glicose, um
açúcar de baixa massa molecular, que é uma importante fonte de energia para a
atividade microbiológica (Dick, 1997).
A atividade das fosfatasses (ácida e alcalina) é diretamente relacionada aos
níveis de fósforo do solo, além do pH, sendo responsável pela liberação de fosforo
prontamente disponível para as plantas (Chuderova e Zubeta, 1969; Dick, 2002;
Matsuoka et al., 2006).
Em contrapartida, há ação sinergética de diferentes enzimas sintetizadas por
diferentes micro-organismos para a degradação de alguns compostos mais estáveis,
como exemplo a celulose. A celulose é considerada uma das únicas fontes
renováveis de carbono, sendo hidrolisada pela ação sinergética de enzimas
provenientes de fungos, bactérias e actinomicetos (Coelho et al., 2008).
18
Dessa maneira, estudos com o emprego de indicadores biológicos mostram
que os micro-organismos do solo, por suas características de abundância,
metabolismo e atividade bioquímica apresentam alto potencial de uso na avaliação
da qualidade e sustentabilidade do solo (Araújo e Monteiro, 2007), por fornecer
informação sobre a capacidade da comunidade microbiana do solo de mineralizar a
matéria orgânica e estocar carbono (Kutsch et al., 2009).
Efluxo e medidas de mitigação de gases do solo
A concentração de carbono livre na atmosfera, em forma de gases,
apresentou consideravel aumentou ao longo do século passado, 1900-2000, e está
previsto para subir ainda mais. Estudos apontam que o C é acumulado na atmosfera
a uma taxa de 3,5 Pg (Pg = 1015 g) por ano, e o maior aporte é proveniente da
combustão de combustíveis fósseis e conversão de florestas tropicais em áreas de
produção agropecuária (Keutgen e Chen, 2001; Bustamante et al., 2006).
No Brasil, emissões antrópicas de carbono são provenintes, em maior escala,
pelas emissões de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) derivados das
atividades agropecuárias, seja pelo uso de energia fóssil em operações agrícolas,
associada aos insumos como rações, fertilizantes, inseticidas e herbicidas; dos
excrementos animais, e na disponibilidade da materia orgânica aos micro-
organismos, quando da mudança do uso do solo ou manejos não sustentaveis de
sistemas agropecuários (Forster et al., 2007; MCTI, 2011; Cardoso, 2012).
Os solos são fontes importantes de efluxos de gases, mas estão associados a
diversos processos biológicos importantes para a manutenção da vida e produção
de matéria prima base para a alimentação humana e animal (Dixon, 1995;
Anderson-Teixeira et al., 2009). Por outro lado, frente à complexidade desse
ambiente, ele torna-se reservatório favorável de carbono quando bem manejado,
convertendo carbono da atmosfera em biomassa (Dixon, 1995; Lal, 2004; Lal, 2008).
A capacidade de estoque de carbono no solo corresponde a mais de duas vezes a
quantidade estocada na vegetação ou na atmosfera (Cerri et al., 2009; Anderson-
Teixeira et al., 2009).
A dinâmica do efluxo de gases do solo esta associada às atividades
biológicas que ocorrem nesse ambiente. A atividade aeróbica, realizada pela
19
respiração das raízes e organimos do solo, sejam este de dimensões macro ou
microscópicas, são responsáveis pelos efluxos de dióxido de carbono (CO2). A
relação entre a respiração e a decomposição de material orgânico corresponde às
taxas de fixação ou perda de carbono do ambiente solo para a atmosfera; assim,
quando a respiração basal apresenta valores superiores à deposição de matéria
orgânica, assume-se um balanço negativo de fixação e então há taxas pronunciadas
de efluxo de CO2 (Fearnside e Barbosa, 1998; Cerri et al., 1999; Bustamante et al.,
2006; Carvalho, 2009).
O CO2 é o produto gerado pela atividade biogeoquímica de organismos que
utilizam o oxigênio como aceptor final de elétrons na respiração celular. Os
processos de decomposição e taxas de mineralização são controlados por fatores
ambientais, tais como umidade, temperatura e disponibilidade de nutrientes no solo
(Firestone e Davidson, 1989; Davidson, 1992; Conrad, 1996; Smith et al., 2003).
Os fatores ambientais variam no tempo e no espaço. Assim, estimativas
específicas de intercâmbio anual de efluxos são susceptíveis de conter grandes
incertezas, o que gera maior interesse em processos de retenção de carbono. No
ambiente solo, essa fixação é assumida e mediada por três principais processos,
que são a humificação, agregação e sedimentação. Ao mesmo tempo, os processos
responsáveis pelas perdas de carbono do solo é a erosão, decomposição,
volatilização e lixiviação (Robert, 2001; Machado, 2005).
Outro importante gás emanado de solos, e ainda mais sensível às práticas
inadequadas de manejo, é o metano (CH4). O efluxo de CH4 solo-atmosfera resulta
das atividades de bactérias metanogênicas, que são organismos estritamente
anaeróbicos (Conrad, 1996; Conrad, 2002). Os processos de inundação decorrentes
de ciclos hídricos, bem como causados por manejos que geram compactação do
solo, potencializam o efluxo de CH4 (Dorr et al., 1993; Keller e Reiners 1994;
Brumme e Borken, 1999; Verchot et al., 2000).
Por outro lado, solos bem manejados, onde a matéria orgânica é presente, a
drenagem é eficiente e não há processo de compactação, podem funcionar como
fixadores de CH4 atmosférico, uma vez que a absorção deste ocorre pela atividade
de bactérias metanotróficas que oxidam a molécula (Hutch, 2001; Xu et al., 2005;
Sousa-Neto et al., 2011).
A ciclagem do elemento carbono, especialmente no solo, associa os
processos de efluxo de CO2 e CH4 quando em ambientes óxicos e anóxicos (Odum,
20
1985; Madingan et al., 2004). Ambos os casos são mediados pela presença de
matéria orgânica e oxigênio presente ou ausente. Dessa forma, manejos e uso do
solo que mantém altas taxas de matéria orgânica e oxigenação adequada ao
desenvolvimento de comunidades mistas, ou seja, não estritas ao oxigênio, tendem
a ser mais sustentáveis em manter o aporte de carbono e geram menores efluxos de
gases (Cerri, 1999; Braga, 2008; Cerri, 2009; Powlson et al., 2011).
Diante das investigações das fontes de efluxo de gases e do seu potencial de
efeito estufa, ações de mitigação foram propostas. Durante a 3ª Conferência das
Partes (COP-3), realizada em Quioto em 1997, foi definido que o sequestro de
carbono é a captura e estocagem de C da atmosfera com a finalidade de conter e
reverter o aquecimento associado ao efeito estufa. Desde então, uma variedade de
meios artificiais de captura e de sequestro do carbono, assim como processos
naturais, estão sendo estudados e explorados.
Uma das Ações de Mitigação Nacionalmente Apropriadas (NAMA) para
permitir o desenvolvimento da pecuária brasileira, com mitigação de gases de efeito
estufa, é a recuperação de pastagens, seja diretamente ou envolvendo sistemas
diferenciados de manejos, como as integrações lavoura-pecuária e lavoura-
pecuária-floresta. Esse plano de ação, conjuntamente com outros, foram
apresentados na 16ª Conferência das Partes (COP-16) realizada em Paris em
janeiro de 2016.
Entende-se como a lógica da mitigação com a recuperação da pastagem, a
intensificação do sistema de produção, com maior produção de carne por unidade
de área, acompanhada por menor efluxo de gases. No entanto, não é claro até que
nível de intensificação do sistema de produção pode-se atingir eficiência econômica
e ambiental (Conant et al., 2001; Braga, 2008; Carvalho, 2009).
Assim, do total das metas de redução de gases, com efeito, estufa (GEE) que
o Brasil propôs em suas diretrizes jurídicas, aproximadamente 90% são originários
da agropecuária e da mudança no uso do solo (Teixeira, 2012; COP-16).
Considerações finais
Estratégias de manejos integrados de produção agropecuária é uma maneira
de reestruturar áreas degradadas ou em processo de degradação do solo. A
21
vantagem na adoção desses sistemas depende de avaliação prévia, com condutas
que podem ter diferentes objetivos.
Os sistemas de integração lavoura-pecuária são apontados como melhores
alternativas para reforma de pastagens e incremento de matéria orgânica ao solo,
enquanto os sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta buscam maximizar o
uso da área e inserir o produtor em diversas cadeias econômicas.
A avaliação do solo deve ser ampliada nesses sistemas, a fim de comprovar a
sustentabilidade do uso e manejo do solo empregado na área, evitando assim
perdas de produtividade e ônus ambiental nesses locais.
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CAPÍTULO 2
EFLUXO DE CO2 E CH4 DO SOLO SOB SISTEMA INTEGRADO DE PRODUÇÃO
SUBMETIDO À ADIÇÃO DE GLIFOSATO
RESUMO: Este trabalho teve como objetivo avaliar se a adição de glifosato (Roundup®) influencia o efluxo de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) em solos sob três diferentes manejos, sendo eles um sistema de integração lavoura-pecuária (ILP), área com pasto e floresta nativa. O experimento foi realizado com amostras de solo proveniente de fazenda localizada ao norte do estado de Mato Grosso, com três tipos de manejo: ILP, pasto e floresta nativa. Coletaram-se amostras de solo na profundidade de 0-20 cm, onde estas foram peneiradas e enviadas ao laboratório de Geoecologia da Universidade Koblenz-Landau, Alemanha. No laboratório, amostras de 500 g de cada manejo de solo foram dispostas em pratos de 13 cm de diâmetro, com quatro repetições e seis tratamentos, sendo que o tratamento consistiu no manejo adotado, ILP, pasto e floresta nativa, e manejo mais adição de glifosato na proporção de 4 L ha-1. Foram determinados os teores de matéria orgânica (MO), pH e condutividade elétrica (CE), das amostras, de acordo com metodologia da Embrapa; e uso do aparelho Los Gatos Research Avaliador Ultra portátil de Gases do Efeito Estufa, com o qual foi obtido resultados instantâneos da concentração dos gases CO2 e CH4. As coletas de gases se deram nos tempos 0, 2, 4, 6 e 8 min após o fechamento da câmara, em cada amostra, durante 10 dias consecutivos após o tratamento. As médias e os intervalos de confiança foram calculados empregando a técnica de “bootstrap”, com 1.000 reamostragens aleatórias com reposição. Os resultados de MO classificaram os solos com baixos teores e semelhantes entre si. Com relação ao pH, o pasto apresentou solo e é diferente dos demais, enquanto que a CE que se apresentou muito superior no solo de ILP. Essa condição pode ser atribuída à constante adição de fertilizantes a essa área. Para o efluxo de gases, o solo com manejo de ILP gerou os maiores valores de efluxo de CO2, com 1928,8 mg m-2 d-1, seguido de pasto, 1535,8 mg m-2 d-1, e floresta nativa, 1545,1 mg m-2 d-1, que apresentaram valores próximos. Entretanto, a adição de glifosato gerou decréscimo nos efluxos em todos os manejos avaliados. Para o efluxo de CH4, a dinâmica foi inversa, onde a ILP apresentou a menor média, 0,4 µg m-2 d-1, e a floresta nativa a maior, com 0,7 µg m-2 d-1. A adição de glifosato também gerou decréscimo nos efluxos de CH4. Conclui-se que os efluxos de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) foram alterados pelos diferentes sistemas de manejos adotados, ILP, pasto e floresta nativa; e a adição de glifosato (Roundup®) reduz os efluxos em todos os manejos, principalmente no solo proveniente de floresta nativa. Palavras-chave: herbicidas; manejos integrados; mitigação de gases
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SOIL GASES EFFLUX FROM PRODUCTION INTEGRATED SYSTEM SUBMITTED TO GLYPHOSATE ADDITION
ABSTRACT: This study aimed to evaluate the effect of glyphosate (Roundup®) addition on carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) efflux in soils under three different managements, being one integrated crop-livestock system (ICL), pasture and native forest. The experiment was conducted with soil samples from farm located in north of Mato Grosso, with three types of management: ILP, pasture and native forest. Collected up soil samples 0-20 cm depth, where they were screened and sent to the Geoecology laboratory of Koblenz-Landau University, Germany. In the laboratory, samples of 500 g of each soil management were placed on plates of 13 cm diameter, with four replications and six treatments, and the treatment consisted of management adopted, ILP, pasture and native forest, and management more added glyphosate ratio of 4 L ha-1. They were determined organic matter (OM), pH and electrical conductivity (EC) of the samples, according to Embrapa methodology; and use the equipament Los Gatos Research Reviewer Ultraportable of grennhaouse gases, with which was obtained instantaneous results of CO2 and CH4 gases effluxes. The gas was measured at 0, 2, 4, 6 and 8 min after closing the chamber on each sample for 10 consecutive days after treatment. The means and confidence intervals were calculated using the technique of "bootstrap" with 1.000 random resampling with replacement. MO results classify soils with low levels and similar to each other with respect to pH, the pasture appears acid soil and is different from the others, while the EC has performed much higher than the ICL soil. This condition can be attributed to the constant addition of fertilizers this area. For the efflux gases soil with ICL management generated the highest CO2 efflux values with 1928.8 mg m-2 d-1, followed by pasture, 1535.8 mg m-2 d-1, and woodland native forest, 1545.1 mg m-2 d-1 that showed similar values. However, the glyphosate addition decrease the efflux generated in all management systems evaluated. For the CH4 efflux, dynamic was reversed, where the ICL had the lowest average, 0.4 ug m-2 d-1, and natural forest the largest efflux, 0.7 ug m-2 d-1. The glyphosate addition also caused a decrease CH4 efflux. It is concluded that carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) efflux were changed by different management systems adopted, ICL, pasture and native forest; and glyphosate (Roundup®) additions educes the efflux in all handlings, especially in soil from native forest. Key-words: herbicides addition; integrated management systems; gás mitigation
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INTRODUÇÃO
A preocupação global não está voltada para o aquecimento causado por
fontes naturais de gases do efeito estufa, sem o qual o planeta estaria em estado de
frio extremo, mas sim, no aumento do efluxo de gases para a atmosfera,
provenientes de ações antropogênicas, que tem sido apontada como causa das
mudanças climáticas (Jungkunst e Fiedler, 2007; Jungkunst, 2011).
Os efluxos de gases têm inúmeras fontes, mas três atividades representam
mais de 50 % de todas as emissões: a mudança no uso do solo, o desmatamento e
a queima de combustíveis fósseis (IPCC, 2014); os principais gases emitidos são o
dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4).
O quarto relatório do IPCC (2007) relata que a conversão de ecossistemas
nativos para agrossistemas contribuem com aproximadamente 24 % das emissões
mundiais de CO2 e 55 % das emissões de CH4. Por outro lado, CERRI et al., (2009)
utilizando a metodologia Climatic Analisys Indicator Tool, apresentaram dados para
o Brasil em que efluxos de gases oriundos da mudança de uso do solo e da
agropecuária são relativamente bem mais acentuadas, representando
aproximadamente 75 e 91 % do total das emissões de CO2 e CH4, respectivamente.
Além da conversão dos sistemas de áreas naturais em agrícolas, o uso de
pesticidas tem impacto importante nos efluxos de gases, uma vez que causa
descompasso na atividade e comunidade da biota do solo, e, diretamente
relacionada na decomposição da matéria orgânica (Audsley, 2009; Cerri et al., 2009;
Jiang et al., 2015).
A conservação de estoques de carbono nos solos, florestas e outros tipos de
vegetação, a preservação de florestas nativas, a implantação de florestas, sistema
agroflorestais e a recuperação de áreas degradadas entre outros, contribuem do
ponto de vista biológico para a redução da concentração do carbono na atmosfera
(British Council, 2012).
O solo representa o maior reservatório terrestre de carbono, contendo
aproximadamente 1550 Pg deste elemento (Lal, 2008), o que equivale a mais de
duas vezes a quantidade estocada na vegetação ou na atmosfera (Cerri et al., 2009;
Anderson-Teixeira et al., 2009). A emissão de CO2 está relacionada à respiração
pelas raízes e organismos do solo, ao longo do tempo, e quando a respiração é
34
superior à deposição de material orgânico ocorre perda de carbono do solo
(Bustamante et al., 2006).
A conversão de áreas de vegetação nativa em pastagens com baixa
produtividade e mal manejadas têm apresentado redução dos teores de carbono
orgânico do solo (Cerri et al., 1999; Fearnside, 2000; Carvalho, 2009;) nos biomas
Amazônico e Cerrado.
Entre as atividades propostas para a redução do efluxo de gases nas
atividades agropecuárias está a redução no desmatamento da Amazônia e do
Cerrado, que representa aproximadamente 70% do total das metas, além da
recuperação de pastagens degradadas e da adoção de sistemas de integração
lavoura-pecuária e lavoura-pecuária-floresta, que representa aproximadamente 12%
desse total. Mais ainda, se propõe um aumento no uso da fixação biológica de
nitrogênio e do plantio direto (Brasil, 2010).
A quantidade de carbono em áreas de pastagens bem manejadas é superior
a de áreas degradadas quando comparados solos de mesma textura e estrutura
(Cerri et al., 1999). Portanto, áreas com pastagens são factíveis de mitigar os
efluxos de gases do efeito estufa. Após a mudança de uso no solo espera-se que o
carbono do solo entre em novo equilíbrio, associado à maior eficiência de produção
de carne e leite e de outros produtos, acarretando menos emissões de CH4 e CO2
(Cerri et al., 2010).
Inferências sobre a contribuição da mudança de uso do solo e do setor
agropecuário nas mudanças climáticas globais são mais laboriosas de serem
quantificadas quando comparadas aos demais setores da economia, uma vez que
os efluxos são provenientes de fontes difusas e sistemas de difícil simplificação
(Behling et al., 2014).
Dessa forma, este trabalho teve como objetivo avaliar se a adição de glifosato
(Roundup®) influencia a emissão de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) em
amostras de solos coletadas em manejo de integração lavoura-pecuária, área com
pasto e floresta nativa, localizados no bioma Cerrado, na região norte de Mato
Grosso.
35
MATERIAL e MÉTODOS
Descrição da área, coleta e transporte das amostras
O experimento foi realizado a partir de amostras de solo coletadas no
município de Santa Carmem, norte de Mato Grosso, na Fazenda Dona Isabina, com
coordenadas de 12º03’58” S e 55º21’07” W.
O clima da região é do tipo Aw, segundo a classificação de Köppen, tropical
chuvoso, quente e úmido, com uma estação seca mais prolongada e uma estação
úmida de quatro meses, entre dezembro e março. A precipitação pluviométrica
média anual é de 2000 mm, a temperatura média em torno de 24 ºC, com vegetação
caracterizada por floresta semidecídua, de topografia plana e altitude de 367 m
(Araújo et al., 2009).
As amostras de solo foram coletadas em março de 2013, em um Latossolo
Vermelho-Amarelo distrófico (LVd) (Seplan-MT, 2001), de textura argilosa. Foram
feitas coletas em três diferentes áreas de uso e manejo do solo, sendo elas:
1 - integração lavoura-pecuária (ILP): adoção de pastagens anuais em sucessão às
culturas de verão, dispostas em 5 ha, com histórico de abertura de área com
queimada no ano de 1996, seguido de plantio de Urochloa brizantha. O sistema de
ILP foi conduzido desde a safra de 2005/2006, com consórcio de soja (Glycine max),
cultivar precoce, e forrageira braquiária ruziziensis (Urochloa ruziziensis); ao final do
período de seca (maio-outubro) efetuava-se a aplicação de glifosato na dose 4L ha-1
para dessecar a forrageira e, então era realizado plantio direto consorciado da planta
anual com a forrageira, onde a semente da forrageira era incorporada ao adubo na
formulação 0N-20P-40K em maior profundidade;
2 – pasto: área com abertura por meio de queimada, ano de 1996, seguido de
plantio de Urochloa brizantha;
3 – floresta nativa – característica de Cerrado em transição com Floresta Amazônica,
ecótono (Araujo et al., 2009).
As coletas foram realizadas na profundidade de 0-20 cm, com cinco pontos
em cada área, compostos por três subpontos cada. As amostras de solo foram
encaminhadas ao laboratório de Microbiologia do Solo da Faculdade de Agronomia,
Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade Federal de Mato Grosso, Campus
Cuiabá-MT, onde foram peneirada com malha de 2 mm e então enviada para a
36
Universidade Koblenz-Landau, Alemanha em julho de 2013, com autorização
sanitária nacional sob n° UVGECGB-MT 188.008/2013CF. As amostras foram
acondicionadas em sacos plásticos identificados e alocados em tambores de
plástico para o transporte.
Desenho experimental e tratamentos
No Laboratório de Geoecologia da Universidade Koblenz-Landau, campus
Landau in der Pfalz, Alemanha, as cinco amostras de cada tratamento foram
homogeneizadas e, a partir da amostra composta, 500 g de solo foi alocado em
pratos de plástico de 13 cm de diâmetro e 4,3 cm de altura.
No laboratório foi realizado o delineamento inteiramente casualizado (DIC),
com 3 diferentes manejos de solo, 6 tratamentos e 4 repetições, em experimento
fatorial 3x6.
Anteriormente aos tratamentos, foi determinado o pH em água, a
condutividade elétrica e o teor de matéria orgânica, de acordo com metodologia da
Embrapa (1997).
Todas as amostras foram enriquecidas com adição de solução de glicose
(C6H12O6 - 800 Kg C ha-1) e nitrato de potássio (KNO3 - 80 kg N ha-1) dois dias antes
dos tratamentos e início das coletas dos gases, após, as amostras foram mantidas a
90 % da capacidade de campo. Os tratamentos consistiram em:
1 – solo de ILP mantido a 90 % de retenção de água no solo;
2 - solo de ILP mantido a 90 % de retenção de água no solo e submetido a uma
aplicação de glifosato (Roundup®), na proporção de 4 L ha-1;
3 – solo de pasto mantido a 90 % de retenção de água no solo;
4 - solo de pasto mantido a 90 % de retenção de água no solo e submetido a uma
aplicação de glifosato (Roundup®), na proporção de 4 L ha-1;
5 – solo de floresta nativa mantido a 90 % de retenção de água no solo;
6 - solo de floresta nativa mantido a 90 % de retenção de água no solo e submetido
a uma aplicação de glifosato (Roundup®), na proporção de 4 L ha-1.
Após os tratamentos foram coletadas amostras de gases provenientes do
solo. No tanto, no topo de cada prato foi alocada uma câmara de plástico com altura
de 14,5 cm e capacidade total de 1 L. Na parte superior da câmara foram acoplados
dois longos tubos de plástico aos quais foram conectados o aparelho Los Gatos
37
Research® Avaliador Ultra portátil de Gases do Efeito Estufa, com o qual se obteve
resultados instantâneos, em parte por milhão (ppm), da concentração dos gases
dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) (Figura 1).
Figura 1. Aparelho de coleta e análise do efluxo de gases dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), provenientes de diferentes manejos e tratamentos do solo.
O equipamento Los Gatos Research quantifica instantaneamente a
concentração de gases-traços, H2O, CO2 e CH4, a partir da leitura em espectro de
absorção a laser (LGRINC, 2016).
Os efluxos dos gases foram registrados durante o período de 8 min após o
fechamento da câmara, nos tempos 0, 2, 4, 6 e 8 min, em cada amostra. Os dados
foram coletados durante 10 dias consecutivos e, então, submetidos à correção de
temperatura e pressão para serem avaliados estatisticamente.
Como os dados não apresentaram normalidade, mesmo após o emprego das
transformações usuais, optou-se, pelo uso da estimativa da média empregando a
técnica de “bootstrap”, com 1.000 reamostragens aleatórias com reposição, de
acordo com metodologia descrita por Christie (2004). A partir desse universo de
1.000 valores, foram estabelecidos os limites superior e inferior do intervalo de
confiança da média, a 95 % de probabilidade. Assim, médias com valores comuns
dentro de seus intervalos de confiança não diferiram entre si, ao nível de
significância de 5%.
38
RESULTADOS e DISCUSSÃO
O teor de matéria orgânica (MO), potencial hidrogeniônico (pH) e
condutividade elétrica (CE) apresentaram variação entre diferentes sistemas de
manejo adotados (Figura 2).
Figura 2. Matéria orgânica (MO), potencial hidrogeniônico (pH) e condutividade
elétrica (Ce) de solos sob três diferentes sistemas de manejo: integração lavoura-pecuária (ILP), pasto e floresta nativa, com seus respectivos desvios da média, em avaliação na profundidade de 0-20 cm. As médias e os intervalos de confiança foram calculados empregando a técnica de “bootstrap”, com 1.000 reamostragens aleatórias com reposição.
39
A partir dos valores observados para a variável MO, onde o sistema de
integração lavoura-pecuária (ILP) apresentou média de 18,04, pasto com 18,0 e
floresta nativa com média de 24,08 g MO kg-1, classificam-se os solos estudados
como baixo teor de matéria orgânica (Tomé Júnior, 1997). As áreas de ILP e pasto
não apresentam diferenças entre si, enquanto que a floresta nativa apresenta maior
teor de MO e é diferente dos demais sistemas. Esse resultado é esperado quando
assumido que as áreas de floresta são mais estáveis, e as dinâmicas biológicas,
sejam de ciclos vegetais ou degradação da matéria orgânica, estão em equilíbrio
(Casalinho et al., 2007; Kutsch et al., 2009).
Nicoloso (2008) em trabalho realizado em sistema de ILP constatou que
ocorreu adição de matéria orgânica no decorrer dos anos de implantação do
sistema. O mesmo espera do sistema integrado em estudo, pois ele está sob plantio
direto, entretanto assume que, para tal verificação, o tempo de avaliação do sistema
deve ser expandido.
Com relação ao pH, o sistema de ILP foi igual à floresta nativa, pH 7,1 e 7,0,
respectivamente, no pasto foi diferente dos demais, pH 6,6, onde os dois primeiros
apresentam caráter neutro e, o pasto apresenta pH ácido (Figura 2). O pH é um
importante indicador das condições químicas do solo por possuir capacidade de
interferir na disposição de vários elementos químicos essenciais ao desenvolvimento
vegetal, favorecendo ou não suas liberações. BRADY (1983) e TOMÉ Jr (1997)
descrevem que o pH quando em condições muito ácidas, isto é abaixo de 4,5, pode
resultar em dissolução de alguns elementos como ferro, alumínio e manganês, em
proporções tais que, podem tornar-se tóxicos para algumas espécies de plantas.
Quando o pH se encontra muito elevado, isto é, acima de 8,0, o ferro, o manganês e
o zinco se tornam menos assimiláveis ao vegetal, também interferindo em seu
desempenho.
A partir dessa afirmação, as áreas avaliadas não apresentam impedimentos
ao manejo agrícola. Entretanto faz-se necessário acompanhamento da área de
pasto, evitando problemas futuros e buscando minimizar os efluxos de gases, uma
vez que as relações de pH são importantes para os efluxos, pois solos que
apresentam rizosfera morta ou em processo avançado de decomposição são áreas
com maior efluxo de metano (CH4), acréscimos estes que podem chegar até 124 %
nos valores (Smith et al., 2000; Fender et al., 2013).
40
Com relação à CE, o manejo influenciou no atributo avaliado (Figura 2). As
médias dos valores de CE foram de 1,2 dS cm-1 em área sob ILP, 0,2 dS cm-1 em
área de pasto e 0,1 dS cm-1 sob floresta nativa, sendo os manejos diferentes entre
si, e o solo sob ILP apresenta resultados muito superiores aos demais, de até 6
vezes o valor encontrado nos demais sistemas. De acordo com a literatura, áreas
com valores iguais ou superiores a 4,0 dS cm-1 de Ce são consideradas potenciais
impedimentos a cultura e não sustentáveis do ponto de vista biológico (Tomé Jr,.
1997).
A adubação frequente nas áreas de ILP pode justificar os valores muito
superiores aos demais manejos, uma vez que a CE é usada para medir a
quantidade de sais presente em solução do solo. Quanto maior a quantidade de sais
presente na solução, maior será o valor de CE obtido.
Os efluxos de gases, especialmente de dióxido de carbono (CO2), estão
diretamente ligados às atividades aeróbicas nos solos, sejam estas pelas plantas ou
pela microbiota atuante, onde a atividade da água tem grande importância nesses
sistemas bioquímicos (Walker et al., 2003; Brimecombe et al., 2007; Brumme et al.,
2009). A dinâmica do efluxo de CO2 nos três manejos avaliados está apresentada na
Figura 3.
Figura 3. Efluxo de dióxido de carbono (CO2) emanados de solos sob três diferentes sistemas de manejo: integração lavoura-pecuária (ILP), pasto e floresta nativa, e submetidos à dose de 4 L ha-1 de glifosato (Roundup®), quantificados durante 10 dias consecutivos após o tratamento. As médias e os intervalos de confiança foram calculados empregando a técnica de “bootstrap”, com 1.000 reamostragens aleatórias com reposição.
41
O solo manejado com ILP apresentou maiores efluxos de CO2, comparado
aos outros dois manejos avaliados. Entretanto, as médias são estatisticamente
diferentes apenas entre floresta nativa e floresta nativa com glifosato. Os valores
médios encontrados para ILP foram de 1928,8 mg CO2 m-2 d-1 e 1895,6 mg CO2 m
-2
d-1, sem e com adição de glifosato, representando decréscimo de 1,7 % quando da
adição do herbicida.
Observando os teores de MO, pH e CE do solo de ILP, verificou que estes
são estatisticamente iguais para MO e diferentes para pH e CE. Esses parâmetros
podem justificar a maior emissão de CO2, podendo ser atribuído também, a uma
maior dinâmica da matéria orgânica no sistema, pois o solo de área de ILP foi
revolvido recentemente quando comparada as demais, a fim da implantação do
sistema. Além disso, ocorre aporte de matéria orgânica mais diferenciada, com fonte
de resíduos de leguminosa na safra e gramínea na entressafra, além da adubação
anual de N-P-K.
Autores relatam que a mudança do uso do solo gera potencialização dos
efluxos de gases do solo e quanto maior for o seu revolvimento, maior será a
liberação do CO2, uma vez que esse gás está relacionado com a dinâmica de uso da
matéria orgânica (Da Silva et al., 2006; Malhi et al. 2008; Gerold et al., 2014).
O efluxo de CO2 apresentou diferença após o tratamento com glifosato, em
todos os manejos avaliados, tendo o solo de floresta nativa apresentada a maior
percentagem, com 17% de decréscimo, entre as médias de 1545,1 e 1281,1 mg CO2
m-2 d-1 em floresta nativa sem e com adição de glifosato, respectivamente.
A redução do efluxo de CO2 após a aplicação de glifosato encontrada no
presente trabalho, também foi evidenciada por outros autores (Le Mer e Roger,
2001; Munoz et al; 2010; Jiang et al; 2015). Jiang et al. (2015) afirmam que essa
redução do efluxo ocorre particularmente nos primeiros dez dias após a aplicação, e
este resultado está relacionado com a morte do sistema radicular das plantas e a
atividade da microbiota, com redução nas atividades enzimáticas do solo.
O glifosato é um herbicida não seletivo utilizado no controle de plantas
herbáceas (Departamento de agricultura dos Estados Unidos – USDA, 2000; Cox,
2000; Duke e Powles, 2008), tem seu modo de ação direcionado à inibição da
biossíntese dos aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina e triptofano) das
plantas (Arhens, 1994; Zablotowicz e Reddy, 2004).
42
A presença de glifosato no solo altera a composição da comunidade
microbiana, reduz potencialmente a comunidade de micro-organismos nativos que
resulta diretamente na poluição do solo por diminuir consideravelmente a hidrólise
de organofosfatados (De Andrea et al., 2003). Por outro lado, provoca uma explosão
da população de Fusarium e Phytophthora, fungos fitopatogênicos (Liu et ai, 1991;
Araujoet al 2003; Kremer e Means, 2009; Lancaster et al. 2010), o que, em alguns
casos, leva à inviabilização da área para fins agrícolas.
Após o decréscimo do efluxo de CO2 nos 10 dias subsequentes à aplicação
de glifosato, esse composto químico poderá ser decomposto principalmente por
bactérias e fungos, e a taxa de degradação depende do tipo de solo, das condições
climáticas, e biodisponibilidade de glifosato, e tenderá ao aumento do efluxo de CO2
(IPCS Inchem 1994; Ternan et al.1998; Veiga et al., 2001).
Outro gás analisado foi o metano (CH4), e a dinâmica do efluxo deste nos
sistemas, está apresentado na Figura 4. Os efluxos de CH4 registrados apontam
baixas emissões em todos os solos, porém os tratamentos comportaram-se de
formas diferentes.
Figura 4. Efluxo de metano (CH4) emanados de solos sob três diferentes sistemas de manejo: integração lavoura-pecuária (ILP), pasto e floresta nativa, e submetidos à dose de 4 L ha-1 de glifosato (Roundup®), quantificados durante 10 dias consecutivos após o tratamento. As médias e os intervalos de confiança foram calculados empregando a técnica de “bootstrap”, com 1.000 reamostragens aleatórias com reposição.
43
Oposto ao observado no efluxo de CO2, para o CH4 o sistema de ILP sem, e
com adição de glifosato, apresentou os menores efluxos de CH4, com médias de 0,4
e 0,3 µg m-2 d-1, respectivamente, seguido de pasto e floresta nativa. Entretanto,
observa-se a mesma dinâmica do CO2, com redução dos efluxos após a adição de
glifosato.
Os micro-organismos associados à metanogenese (emissão de CH4),
denominados metanogênicos, são comumente encontrados em habitats de áreas
úmidas e com restrição de oxigênio, e os efluxos de CH4 são maiores durante
temperatura mais elevadas (Blais et al., 2005). Os valores médios de CH4 em áreas
com essas caraterísticas podem chegar até 100 µg CH4 m-2 d-1 (Schlesinger, 1997;
Blais et al., 2005; Jungkunst et al., 2011), muito superior aos apresentados nesse
trabalho, os quais não ultrapassam 2,0 µg m-2 d-1.
O efluxo de CH4 depende especialmente de condições de anaerobiose, que
ocorrem em relação à aeração e disponibilidade de água no solo, fato este, que
pode ser alterado, por exemplo, em função do pisoteio dos animais e aumento da
umidade em função da precipitação (Cerri et al., 2009). Quando essas condições
não se encontram presentes sob pastagens, os solos tendem a ser dreno de
carbono, diminuindo consideravelmente o efluxo de CH4 (Steudler et al., 1996).
Considerando a área de estudo, a justificativa do maior efluxo de CH4 em solo
de floresta comparado a ILP e pasto, está na ausência da gramínea, ou seja,
gramínea na área. Por outro lado, na ILP, a pastagem é presente em boa parte do
ano, e no pasto durante todo o período. Entretanto, vale ressaltar que o ILP se
beneficia da sucessão de culturas, o que remete a sistemas mais sustentáveis do
ponto de vista ambiental.
A adição de glifosato representou um decréscimo no efluxo de CH4, de 35,2 %
no sistema de ILP, 40,9% em área de pasto e 77,3% na floresta nativa. Frente a
essa alteração, a área de floresta nativa com glifosato apresenta diferente
estatisticamente dos outros manejos avaliados.
A floresta nativa apresentou o maior efluxo de CH4, com média de 0,7 µg
CH4 m-2 d-1 em solo sem adição de glifosato; e após a adição o menor efluxo, com
média de 0,2 µg CH4 m-2 d-1, sugerindo que neste ambiente está presente uma
comunidade maior, ou mais ativa, de micro-organismos metanogênicos nativos, por
isso a sensibilidade quando do contato com o xenobionte glifosato.
44
Os resultados encontrados podem estar ligados às condições de manejo,
uma vez que a área de floresta nunca foi manejada, enquanto que as demais foram
preparadas e utilizadas com agricultura. O manejo e uso do solo, bem como, a
dinâmica da água, aplicação de fertilizantes, e a aplicação de outros agroquímicos,
pode afetar a produção de CH4 e seu efluxo do solo (Le Mer e Roger, 2001; Munoz
et al; 2010).
Os resultados de efluxo de CH4 do presente trabalho, referente à redução do
efluxo de CH4, não corroboram com os resultados apresentados na revisão de LE
MER E ROGER (2001). Os autores encontraram diversos trabalhos que apresentam
valores maiores de efluxo, os quais justificam que quando da adição de materiais
orgânicos, como o xenobionte conhecido como glifosato (C3H8NO5P), fornece fontes
de carbono para a produção de CH4.
Por outro lado, comparados os resultados de adição de xenobiontes (Le Mer
e Roger, 2001) e ambientes estritamente anóxicos (Jungkunst et al., 2011), os
ambientes com oxigenação reduzida representam áreas com efluxos de CH4 muito
mais elevados.
CONCLUSÃO
Os efluxos de dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4) foram alterados pelos
diferentes sistemas de manejos adotados, integração lavoura-pecuária (ILP), pasto e
floresta nativa.
A adição de glifosato (Roundup®) reduz os efluxos em todos os manejos,
principalmente no solo proveniente de floresta nativa.
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50
CAPÍTULO 3
ATRIBUTOS MICROBIOLÓGICOS DO SOLO EM SISTEMA DE INTEGRAÇÃO
LAVOURA-PECUÁRIA-FLORESTA
RESUMO: Sistemas diferentes de uso do solo têm sido propostos e implementados na região centro-oeste do Brasil. Um deles é a integração lavoura-pecuária-floresta na qual emprega, na mesma área, as práticas de plantio consorciado de agricultura, pasto e floresta. Essas novas técnicas garantem a recuperação de áreas degradadas e a potencialização do uso e por isso esses sistemas têm se tornado cada vez mais frequentes, o que exige conhecimento técnico para confirmar a sua viabilidade. O objetivo deste trabalho foi avaliar os atributos químicos e microbiológicos de uma área sobre Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico com adoção de três sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF) e compará-los com uma área de pasto e floresta nativa, em dois anos de avaliação (2012 e 2013). As coletas foram realizadas em uma unidade de referência tecnológica da Embrapa Agrossilvipastoril, localizada ao norte do estado de Mato Grosso, no final do período de chuvas na região, na profundidade de 0-20 cm. As análises microbiológicas do solo foram realizadas com o método de fumigação-incubação para a determinação de carbono da biomassa microbiana e seus derivados; diluição seriada e incubação em meio seletivo para a enumeração de micro-organismos cultiváveis; incubação em substrato seletivo e leitura em espectrofotômetro para as atividades enzimáticas, e a caracterização química e física se deram pelas metodologias convencionais de análises de solo. Os resultados indicaram que a presença e atividade microbiológica são alteradas de acordo com o período de coleta, onde o primeiro ano apresentou os maiores resultados para a maioria das variáveis. A correlação entre todas as variáveis, coletas e manejos, identificou que os fungos totais são responsáveis pela atividade da maioria das enzimas investigadas, além de sofrer influência das variáveis químicas: acidez potencial, matéria orgânica e capacidade de troca de cátions. A correlação dentro de cada ano de avaliação evidenciou a dinâmica das enzimas com relação ao atributo magnésio. Os resultados da análise de componentes principais mostraram que os dois primeiros componentes explicaram 49 % da variação dos dados. Conclui-se que houve maior variação em relação ao período de coleta do que em relação ao manejo adotado, além disso, a condição química tem correlação direta com a presença de fungos totais e atividade das enzimas do solo. As enzimas fosfatase alcalina e urease são influenciadas especialmente pelo atributo Mg e constatou-se a necessidade de maior tempo de avaliação dos sistemas para atribuição de conclusões assertivas acerca da dinâmica dos atributos químicos e microbiológicos estudados. Palavras-chave: sistemas integrados; atividade enzimática; biomasa microbiana
51
SOIL MICROBIOLOGICAL ATTRIBUTES IN INTEGRATED CROP-LIVESTOCK-FOREST SYSTEM
ABSTRACT: Different land use systems have been implemented in the Brazil midwest region, one of them are Integrated crop-livestock-forest where it is used agriculture, pasture and forest practices in the same area as intercropping. These new techniques ensure soil recuperation and enhancement of use, so these systems have become frequent increasingly which requires technical knowledge to confirm its viability. The objective of this study was to evaluate the chemical and microbiological attributes of an area under Red-Yellow Dystrophic Latosol with the adoption of three integrated crop-livestock-forest systems (ICLF) and compare them with a pasture and native forest area, in two year assessment (2012-2013). Samples were collected in a technological reference unit Embrapa Agrosilvopastoral, located at north of Mato Grosso, the sample collection were at the end of rainy season in the region, at 0-20 cm depth. Microbiological analyzes were performed by soil fumigation-incubation method for determining microbial biomass carbon and its derivative ; serial dilution and incubation in selective medium for the microorganisms enumeration; incubation in selective substrate and reading in spectrophotometer for enzymatic activity , and chemical and physical characterization is given by the conventional methods of soil analysis. The results indicated that the presence and microbial activity are changed according to the collection time, where the first year showed the highest results for most variables. Moreover, the correlation between all variables collection and management systems identified that the total fungi are responsible for the majority investigated enzymes activity, and be influenced by the chemical variables: potential acidity, organic matter and ability to effectively cation exchange. The correlation within each year evaluation showed the dynamics of enzymes with respect to magnesium attribute. The results from analysis of main components showed that two factors explained 49% of datas variation. It was concluded that there was a greater change in relation to the sampling period which, for the management adopted, moreover, the chemical conditions has a direct correlation with the presence of fungi and total soil enzymes activity. The enzymes alkaline phosphatase and urease are influenced especially by Mg attribute and it was noted more time requeriment for to review the systems for allocating assertive conclusions about the dynamics of chemical and microbiological attributes studied. Key-words: integrated systems; enzymatic activity; microbial biomass
52
INTRODUÇÃO
As atividades agrícolas realizadas após a revolução verde geraram grandes
mudanças no cenário agrícola nacional e mundial. O uso e manejo do solo objetivou
o aumento da produtividade e expansão das áreas empregadas para os fins de
produção agropecuária (Moran, 2008; Altieri, 2012; Bungenstab et al., 2014).
Diante do emprego dessas práticas exploratórias durante décadas, os
objetivos de produtividade foram alcançados com resultados jamais vistos, porém,
diversas áreas apresentaram sinais de degradação, com baixa produtividade e
comprometimento dos atributos do solo, que gerou a necessidade do emprego de
outras práticas agrícolas que visassem recuperar as áreas degradadas e minimizar a
abertura de novas áreas (Kluthcouski et al., 2003; Alvarenga et al., 2007).
Entre as novas tecnologias de uso e manejo do solo, incluindo os sistemas
sustentáveis de produção, como por exemplo, o plantio direto na palha, que é o
precursor do emprego de revolvimento mínimo do solo, e os sistemas integrados de
produção agropecuária. Esses sistemas integrados vêm ganhando espaço nas
propriedades rurais do Brasil. Os sistemas que integram diferentes espécies
vegetais são apontados como uma estratégia de produção sustentável, pois pode
integrar atividades agropecuárias e florestais numa mesma área, e buscar efeitos
sinérgicos entre os componentes do agroecossistema (Alvarenga et al., 2007; Leite
et al., 2010; Balbino et al., 2011).
O sistema que desenvolve atividades agrossilvipastoris na mesma área é
denominado de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF). Neste sistema, os
componentes são usados em manejo consorciado, rotacionado ou sucessão,
visando melhorias na qualidade econômica, bem estar social e preservação do meio
ambiente (Barcellos et al., 2011; Vilela et al., 2012; Alvarenga et al., 2012).
Entretanto, toda e qualquer conversão de florestas em áreas cultiváveis leva à
mundanças adversas nas propriedades do solo, principalmente na microbiota, que é
de fundamental importância para o solo, uma vez que é responsável pelo seu
equilíbrio, pois regula os processos e transformações estruturais do ambiente
(Sahani e Behera, 2001; Stavi et al , 2012). A biomassa microbiana e sua atividade
têm sido apontadas como as características mais sensíveis às alterações na
qualidade do solo, causadas por mudanças de uso e práticas de manejo (Neves et
al., 2009).
53
Desta forma, para que os sistemas integrados sejam adotados como opções
sustentáveis de manejo em áreas comerciais, é necessária a realização de
pesquisas nas áreas já instaladas e a demonstração dos resultados provenientes
das esferas físicas, químicas e microbiológicas do solo. O objetivo deste trabalho foi
avaliar a influência de três diferentes conformações de integração lavoura-pecuária-
floresta de uma área sobre Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico, textura argilosa,
nas características químicas e microbiológicas do solo.
MATERIAL e MÉTODOS
Localização, descrição e dados climáticos da área experimental
O experimento de campo foi instalado na Fazenda Gamada, município de
Nova Canaã do Norte, MT, localizada a 10º33’29” O e 55º57’11” S. O solo da
propriedade é classificado como Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico (LVAd) com
textura argilosa, de acordo com a SEPLAN, MT (2014). O clima da região é
classificado segundo Köppen como Aw, clima tropical com chuvas excessivas no
verão e inverno seco (Rolim et al., 2007). A região apresenta temperatura média
anual de 26 ºC e precipitação média anual de 2.500 mm. A dinâmica de temperatura
e precipitação está apresentada na Figura 1.
Figura 1. Temperatura média e precipitação mensal para a região de estudo no
período de junho/2011 a maio/2013. Fonte: Dados INMET.
54
Histórico da área
Em 1998, a área experimental teve a floresta derrubada para a implantação
de pasto de braquiarão (Urochloa brizantha cv Marandu), o qual permaneceu por
dois anos. Em seguida a área foi cultivada por seis anos, e na sequência teve o
braquiarão implantado por mais três anos (2006- 2008).
Em outubro de 2008 o solo foi amostrado na profundidade de 0-20 cm e
apresentava as características químico-físicas abaixo (Tabela 1).
Tabela 1. Análise do solo na pré-instalação do experimento de integração lavoura-pecuária-floresta e pasto, avaliação na profundidade de 0-20 cm.
Para a implantação do experimento de integração, o pasto presente na área
foi dessecado com glifosato (Roundup®) e a cultura do arroz implantada no sistema
de semeadura direta em dezembro de 2008. O plantio das árvores de eucalipto
(Eucalyptus urograndis) ocorreu em janeiro de 2009, em três configurações: a) linha
simples com 2 m de distância entre plantas e 20 m entre linhas; b) linhas duplas
espaçadas de 3 m, com 2 m entre plantas e 20 m entre conjuntos de filas duplas, e
c) linhas triplas espaçadas de 3 m, com 2 m entre plantas e 20 m entre conjuntos de
filas triplas. Cada configuração ocupou uma área de 5 ha, totalizando 15 ha sob
integração com eucalipto. A faixa de 20 metros foi ocupada por lavoura de soja
(Glycine max) nas safras 2009/10 e 2010/11, seguido de milho (Zea mays) na
safrinha e pasto (Urochloa ruziziensis) na entressafra. O pasto implantado em 2011
permaneceu na área até 2014, compreendendo a todo o período de amostragem da
pesquisa.
Coleta das amostras
As amostras de solo para as análises foram coletadas em abril dos anos de
2012 e 2013, na profundidade de 0-20 cm, no sentindo transversal às linhas de
plantio de eucalipto, a 0, 3, 6 e 10 m à esquerda e à direita (Figura 2). Cada amostra
pHágua P K Ca Mg Al H V MO Argila Silte Areia --- mg dm
3 --- ------------ cmolc dm
3 ---------- % ------------ g Kg
-1 ------------
5,7 2,5 111,0 1,6 0,4 0,0 1,7 56,0 17,0 456,0 177,0 367,0
55
foi composta por três subamostras de pontos próximos. Em cada unidade
experimental foram retiradas quatro repetições de cada ponto, ou seja, no total a
integração lavoura-pecuária-floresta linha simples de eucalipto, foram retiradas 28
amostras, e o mesmo foi repetido nas configurações linhas duplas e triplas de
eucalipto.
Amostras de solo foram também coletadas na profundidade de 0-20 cm em
área de pasto com o mesmo histórico da área da integração, porém mantida apenas
com o capim desde 2008, e em área de floresta nativa. Nestes locais, foram obtidas
quatro amostras compostas de três subamostras. Os locais de coleta foram tomados
aleatoriamente dentro de uma área de 5 ha.
Todas as amostras de solo foram acondicionadas em sacos de plástico
identificados previamente e mantidas sob temperatura de ± 7 °C para o transporte.
No laboratório as mesmas foram passadas em peneiradas de 2 mm de abertura de
malha e armazenadas sob refrigeração a ± 7 °C até seu processamento.
Caracterização do solo
O solo foi caracterizado quimicamente de acordo com Embrapa (1997), sendo
o pH determinado em água; os nutrientes Ca, Mg e Al foram extraídos por KCl 1 M e
determinados por titulometria; a acidez potencial (H+Al) foi extraída de solução de
acetato de cálcio e titulada com solução de NaOH 0,1 N; o P e K foram extraídos
com solução de Mehlich 1, sendo o P determinado por fotocolorimetria e o K por
Figura 2. Descrição esquemática das distâncias de coletas de amostras nas áreas sob Integração Lavoura-Pecuária-Floresta, Unidade de Referência Tecnológica – Embrapa, Nova Canaã do Norte/ MT.
56
fotometria de emissão de chama; a matéria orgânica (MO) foi extraída por solução
de dicromato de potássio e ácido sulfúrico e titulada com sulfato ferroso amoniacal
0,5 N.
A soma de bases foi calculada pela fórmula: SB = Ca+2 + Mg+2 + K+, a CTC a
ph 7,0 calculado pela fórmula: CTC = SB + (H+ + Al+3) e a saturação de bases
calculada pela fórmula: V = 100 (SB / CTC), segundo Claessen (1997).
A caracterização microbiológica do solo foi realizada no Laboratório de
Microbiologia do Solo, Universidade Federal de Mato Grosso, Campus de Cuiabá,
MT. Os atributos microbiológicos avaliados foram respiração basal (RB), carbono da
biomassa microbiana (CBM) e quociente metabólico (qMet); enumeração de
bactérias totais, actinomicetos e fungos totais; e atividade das enzimas β-
glicosidase, fosfatase alcalina, fosfatase ácida, e urease.
Para a quantificação da RB e determinação do CBM e qMet empregou-se a
metodologia de Jenkinson e Powlson (1976), realizado em quadruplicada para cada
amostra que foi retirada do campo. A metodologia consiste em fumigar as amostras
com clorofórmio e, posteriormente, incubá-las com NaOH a fim de quantificar, via
titulação ácido-base, a respiração basal do solo. O mesmo procedimento é feito com
amostras não fumigadas e frascos sem amostras, para efetuar os cálculos de
estimativas de CBM e qMet.
Os cálculos foram efetuados segundo Alef e Nannipieri (1995) para RB, CBM,
e qMet, pelas expressões abaixo:
Onde,
CO2-C = Respiração basal do solo em µg CO2 g solo-1;
S = Quantidade de ácido necessária, em mL, para titular o NaOH exposto nas
amostras de solo;
B = Quantidade de ácido necessária, em mL, para titular o NaOH exposto nas
amostras de “branco”, sem solo;
M = molaridade do HCl (0,3);
E = número atômico do Carbono (6);
A = volume do NaOH titulado (20 mL);
DW = massa de solo seco utilizado (25 g - %água).
57
Onde,
Biomassa C = Carbono da Biomassa Microbiana em µg C g solo-1;
Fc = CO2-C evoluído das amostras de solo fumigado incubado durante o
período de 0-10 dias (7 dias neste experimento) - CO2-C evoluído das amostras de
solo não fumigado incubado durante o período de 0-10 dias (7 dias neste
experimento);
Kc = Quociente de correção do solo, (0,45) conversão da biomassa morta e
mineralizada para CO2 durante os 5 dias de incubação (Jenkinson, 1988).
Onde,
qMet = Quociente metabólico em μg CO2 μg Cmic dia-1;
CO2-C = Respiração basal do solo em µg CO2 g solo-1;
Biomassa C = Carbono da Biomassa Microbiana em µg C g solo-1.
A enumeração da comunidade microbiana heterotrófica e aeróbica do solo foi
feita pelo método de diluição seriada e plaqueamento spread plate em meio seletivo
(Wollum, 1982). Foram tomadas amostras de 10 g de solo para execução da
metodologia, a partir dessa amostra foi realizada diluição seriada até 10-5. Após a
homogeneização da amostra em solução salina, com auxílio de pipetador
automático, foram distribuídos 200 μL de cada diluição sobre os meios ágar nutriente
para bactérias totais, extrato de solo para actinomicetos, batata dextrose ágar para
fungos totais, e meio ricos em celulose para enumeração de micro-organismos
celulolíticos. Utilizou-se alça de Drigalski para uniformidade das amostras sobre o
ágar. As placas, de 9 cm de diâmetro, foram incubadas invertidas a 28 ± 2 ºC. Foram
utilizadas três placas para cada diluição, e consideradas para cálculos apenas as
diluições cujas placas tinham entre 30 e 300 colônias.
Os valores obtidos a partir da contagem direta das colônias foram calculados
para unidades formadoras de colônias por mililitro de acordo com a equação abaixo:
58
Onde,
N° UFC = número de unidade formadoras de colônias;
a = número de unidade formadoras de colônia quantificadas visualmente;
b = expoente da diluição que apresentou colônias entre o número de 30 e 300
c = alíquota de amostra inoculada nas placas (mL).
A determinação da atividade das enzimas β-glicosidase, fosfatase alcalina e
fosfatase ácida foram feitas utilizando os métodos descritos por Tabatabai e
Bremner (1969), e para a urease do solo utilizou-se a metodologia de Kandeler e
Gerber (1988). Estes métodos baseiam-se na determinação colorimétrica das
soluções resultantes da ação destas enzimas quando o solo é incubado com
solução tamponada de substratos específicos de cada uma delas. Para a β-
glicosidase, fosfatase alcalina e fosfatase ácida incubou-se o solo com substrato p-
nitrofenil-β-D-glucopiranosídeo, que após filtrados foram analisadas em
espectrofotômetro a 400 nm de absorbância. A ureia foi o substrato utilizado para a
determinação da atividade da urease. Depois de filtradas, as amostras foram
analisadas em espectrofotômetro a 690 nm de absorbância.
Os resultados das atividades das enzimas β-glicosidase, fosfatase alcalina e
fosfatase ácida foram calculados de acordo com a equação de Tabatabai e Bremner
(1969) e Eivazi e Tabatabai (1977) conforme a seguinte equação:
Onde,
C = Concentração obtida a partir da leitura em espectrofotômetro e plotada na
equação do gráfico da curva de calibração;
v = volume total da suspensão do solo (mL);
dwt = massa de solo seco utilizado (g);
SW = massa da quantidade de solo utilizado (0,5 g).
t = tempo de incubação em horas (1).
59
Os resultados da atividade da urease foram calculados de acordo com o
Kandeler e Gerber (1988), conforme a seguinte equação:
Onde,
N – NH4: atividade enzimática da urease em mg N – NH4 g solo-1;
C = Concentração obtida a partir da leitura em espectrofotômetro e plotada na
equação do gráfico da curva de calibração;
v = volume total da suspensão do solo (7,75 mL);
dwt = massa de solo seco utilizado (0,5 g).
Análise estatística dos dados
Os resultados foram submetidos a teste não paramétrico de comparações
múltiplas, teste de correlação, regressão de variáveis, e análise de componente
principal, com auxílio do pacote estatístico SPSS 19 (Spss, 2010).
Aplicou o teste de Kruskal-Wallis para as comparações múltiplas entre os
manejos avaliados, uma vez que não houve normalidade dos dados e o desenho
experimental não obedeceram às premissas da estatística paramétrica (repetição,
casualização e normalidade dos dados). Para a comparação dos anos avaliados
(2012-2013) efetuou-se o teste T.
A correlação de Pearson foi empregada para três cenários, sendo eles: toda a
variável independente do ano, e dentro de cada ano de avaliação. As variáveis com
correlação significativa dentro de cada ano foram plotadas em teste de regressão e
expressas em gráficos.
Com a finalidade de reduzir as variáveis que melhor explicassem a variação
dos dados, foi utilizada a técnica multivariada por meio da análise de componentes
principais (PCA) envolvendo todas as variáveis em estudo, a partir da qual foi
reduzido o conjunto de dados em combinações lineares, gerando os escores dos
dois primeiros fatores. Esses escores foram projetados em gráficos bidimensionais.
60
RESULTADOS e DISCUSSÃO
As coletas das amostras de solo foram realizadas nas três conformações de
integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF) e esses ambientes encontravam-se sob
pastejo com lotação animal média de 3,7 animais/ha. No sistema de ILPF foi feita
coleta em sete distâncias do pé da planta perene (0, 3, 6 e 10 m, nas direções leste
e oeste das linhas com plantas de eucalipto), conforme a Figura 2, e nas áreas de
pasto e floresta nativa a coleta foi feita em cinco pontos aleatórios. Inicialmente os
dados resultantes das análises das distâncias dentro dos sistemas de ILPF foram
tratados de acordo com as coletas efetuadas, variáveis microbiológicas e químicas,
porém não foram encontradas diferenças estatísticas significativas. Assim, optou-se
por utilizar os resultados provenientes das distâncias 0 e 10 m para caracterizar os
sistemas, e usa-los como repetições nos testes estatísticos realizados para
comparar os sistemas.
Comparação entre os manejos e anos de coleta
Os atributos microbiológicos e químicos avaliados comportaram de forma
diferenciada nos manejos adotados e nos anos avaliados.
As variáveis relacionadas ao carbono da biomassa (carbono da biomassa
microbiana - CBM, respiração basal - RB e quociente metabólico – qMet) não
apresentou diferenças entre os manejos avaliados e coletas realizadas. Entretanto,
foi possível observar que, as médias do primeiro ano foram na maioria dos casos,
mais elevadas do que no segundo ano (Tabela 2).
61
Tabela 2. Caracterização microbiológica de um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico (LVAd), submetidos a cinco manejos, três diferentes conformações de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), sendo elas linhas simples de eucalipto (ILPF1), linha dupla de eucalipto (ILPF2) e linha tripla de eucalipto (ILPF3), pasto e floresta nativa, na profundidade de 0,0 – 0,20 cm, com dois anos de avaliação, coletas 2012 e 2013.
Variável Coleta Manejos
ILPF 1 ILPF 2 ILPF 3 Pasto Floresta
CBM 2012 699,56 aA 309,33 aA 624,00 aA 140,00 aA 2600,00 aA
µg C g solo-1 2013 700,43 aA 508,84 aA 565,75 aA 171,51 aA 547,55 aA
RB 2012 619,60 aA 459,60 aA 661,20 aA 480,00 aA 573,00 aA
µg CO2 g solo-1 2013 311,40 aA 266,52 aA 409,65 aA 383,82 aA 350,74 aA
QMet 2012 1,70 aA 2,34 aA 1,73 aA 7,49 aA 1,19 aA
% 2013 1,21 aA 0,69 aB 0,99 aA 3,13 aA 1,41 aA
Bactérias Totais 2012 4,24E+05 aA 3,50E+05 abA 3,71E+05 abA 1,58E+05 bA 2,28E+05 abA
UFC g solo-1 2013 2,01E+05 aB 3,19E+05 aA 1,96E+05 aA 1,10E+05 aA 3,13E+04 aB
Fungos Totais 2012 8,75E+04 aA 6,98E+04 abA 5,14E+04 abA 2,25E+04 bA 6,85E+04 abA
UFC g solo-1 2013 3,33E+03 aB 4,00E+03 aB 8,67E+03 aB 1,13E+04 aA 1,25E+04 aB
Actinomicetos 2012 5,05E+05 abA 6,67E+05 aA 5,18E+05 abA 2,35E+05 bA 3,17E+05 abA
UFC g solo-1 2013 3,37E+05 abA 3,83E+05 aB 6,41E+04 abB 7,38E+04 abA 1,79E+04 bB
Celulolíticos 2012 5,45E+05 abA 8,17E+05 aA 6,43E+05 abA 1,78E+05 abA 1,62E+05 bA
UFC g solo-1 2013 3,95E+05 aA 3,05E+05 abA 1,17E+05 bB 4,21E+04 abB 2,67E+04 abB
Β-glicosidase 2012 408,68 aA 456,76 aA 348,34 aA 337,34 aA 342,60 aA
µg p-nitrofenol h-1 g solo 2013 46,89 abB 37,45 bB 42,89 abB 60,46 aB 36,72 abB
Fosfatase alcalina 2012 39,36 bA 55,89 abA 66,80 aA 56,93 abA 43,69 abA
µg p-nitrofenol h-1 g solo 2013 31,95 aA 60,19 aA 33,37 aB 25,72 aB 27,21 aA
Fosfatase ácida 2012 65,68 abA 62,45 abA 50,71 abA 41,09 bA 72,66 aA
µg p-nitrofenol h-1 g solo 2013 48,44 aB 40,83 aB 45,05 aA 36,17 aA 40,05 aB
Urease 2012 64,87 abB 62,35 abB 82,99 aB 53,31 abB 29,21 bB
mg N-NH4 g solo-1 2013 7146,07 bA 7692,95 abA 13297,94 aA 13133,17 abA 9871,31 abA
* Médias seguidas de mesma letra, minúscula na linha e maiúscula na coluna, não diferem entre si pelo teste não paramétrico de comparações múltiplas de Kruskal-Wallis e teste T. ** ILPF1: integração lavoura-pecuária-floresta linha simples de eucalipto; ILPF2: linha dupla de eucalipto; ILPF3: linha tripla de eucalipto; CBM: carbono da biomassa microbiana; RB: respiração basal; qMet: quociente metabólico; UFC: unidades formadoras de colônias.
62
Alguns autores relatam que a microbiota tende a se equilibrar em função do
tempo de adoção de sistemas sustentáveis onde mantém, e eleva os valores de
CBM e reduz os valores de RB (Nicodemo, 2009; Baldino et al., 2011), situação esta
que foi observada no presente trabalho.
Por outro lado, a enumeração de bactérias e fungos totais, actinomicetos e
celulolíticos, apresentaram diferenças estatísticas significativas entre os manejos e
coletas avaliadas (Tabela 2).
Os valores médios da enumeração de bactérias foram mais elevados no ano
de 2012 do que em 2013 para a integração lavoura-pecuária-floresta linha simples
de eucalipto (ILPF1) e para a floresta. Vale ressaltar que para a ILPF1, o valor
diminuiu praticamente a metade, e no caso da floresta, a diminuição foi muito mais
drástica, cerca de 10 vezes.
Quando comparadas áreas nativas e demais uso do solo é comum encontrar
uma população mais diversificada em solo sob ambientes não manejados, como
florestas, entretanto estas se apresentam mais sensíveis a qualquer alteração
(Previati et al., 2012). Esta afirmação pode justificar a diminuição drástica do número
de bactéria em área de floresta comparada a ILPF1.
Seguindo a mesma tendência, os valores médios de enumeração de fungos
totais foram mais elevados no ano de 2012 do que em 2013, com diminuição de
mais de 10 vezes para todos os manejos, exceção para pasto que diminuiu a
metade do valor.
A maior enumeração de bactérias e fungos totais em áreas sob ILPF, no
primeiro ano de avaliação, em comparação, especialmente, com área de pasto,
pode ser justificada pela presença de diferentes espécies vegetais que foram
cultivadas em rotação ou sucessão nos anos anteriores a data de coleta, ou seja, ao
histórico da área, pois o acúmulo de matéria orgânica diferenciada favoreceu o
crescimento e atividade microbiana na camada superficial do solo (Vargás e
Scholles, 2000; Blagodatskaya e Kuzyakov, 2013).
Os valores médios da enumeração de actinomicetos apresentaram diferenças
de acordo com o manejo adotado. No sistema de integração lavoura-pecuária-
floresta linha dupla de eucalipto (ILPF2) a diminuição média, do ano de 2012 para
2013, foi de metade do seu valor, enquanto que, para integração lavoura-pecuária-
floresta linha tripla de eucalipto (ILPF3) e floresta a diminuição, para o mesmo
período, foi de até 10 vezes. Além disso, observou-se que, em todos os manejos,
63
houve redução do número de actinomicetos ao longo do tempo de avaliação, e os
sistemas de ILPF apresentou as maiores médias em comparação ao pasto e floresta
nativa.
Para os valores médios da enumeração de celulolíticos, a enumeração seguiu
a mesma tendência observada para os actinomicetos, entretanto para a ILPF3 a
diminuição foi de 6 vezes o valor do primeiro ano, e para pasto e floresta a
diminuição foi ainda mais drástica, cerca de 10 vezes.
A diferença de habitats pode justificar a presença de um maior número de
unidades formadoras de colônias (UFC) de actinomicetos e celulolíticos nos
sistemas de ILPF, pois os habitats apresentam grandes diferenças em suas
características, onde as integrações possuem matéria orgânica diferenciada e
exploração rizosférica em diferentes profundidades, de maneira que um habitat
favorável ao crescimento de uma população de organismos pode ser extremamente
nocivo a outro (Pereira, 1999; Previati et al., 2012).
Além disso, alguns trabalhos relatam que a serapilheira de áreas com plantio
de eucalipto apresenta substâncias com atividade antimicrobiana, que, ao passar do
tempo de adoção do sistema, pode dificultar a sobrevivência e o crescimento de
diferentes grupos de micro-organismos do solo, especialmente os mais sensíveis
como os actinomicetos (Pereira, et al., 1999; Alvarenga et al., 2007; Fernandes et
al., 2012).
A atividade dos micro-organismos está associada diretamente com a
produção de enzimas. Desta forma, observa-se que a atividade das enzimas β-
glicosidase, fosfatase alcalina e fosfatase ácida foram superiores no primeiro ano de
avaliação em comparação ao segundo (Tabela 2).
A atividade da β-glicosidase variou mais de 10 vezes nos sistemas ILPF2 e
floresta, do ano de 2012 para 2013. Observa que a atividade desta enzima manteve
na casa centesimal no primeiro ano, enquanto no segundo ano todos os manejos
apresentam quedas de atividade para a casa decimal.
A β-glicosidase é uma das enzimas mais comuns encontradas no solo, e atua
na etapa final do processo de decomposição da celulose. Essa enzima é
responsável pela hidrólise dos resíduos de celobiose, formando o açúcar simples β-
D-glicose, ou seja, libera glicose como fonte de energia para os micro-organismos
(Tabatabai, 1994; Makoi e Ndakidemi, 2008). A partir dessa afirmação, pode-se
inferir que o processo de degradação da matéria orgânica, rica em carbono,
64
proveniente dos resíduos vegetais diversos, teve acentuada atividade da enzima β-
glicosidase no primeiro ano, e então, com a redução da disponibilidade de matéria
orgânica no segundo ano a atividade desta enzima foi reduzida.
Observa-se que a atividade, das fosfatases também sofreram redução ao
longo do tempo, entretanto essa redução foi menos expressiva se comparada a β-
glicosidase. Carneiro e colaboradores (2008) sugerem que a β-glicosidase é
responsável pela produção de uma fonte importante de energia para os micro-
organismos do solo, e alterações no solo resultam em redução acentuada da
atividade desta enzima devido a sua fragilidade, por outro a fosfatase apresenta
reabilitação rápida da atividade, não sendo tão influenciada por alterações no solo.
A área ILPF3 apresentou a maior média de atividade de fosfatase alcalina no
ano de 2012 e reduziu à metade no ano de 2013. O mesmo resultado foi observado
para a área de pasto, sendo que o resultado de 2013, neste sistema, foi o menor
valor encontrado para esta atividade.
Na avaliação da fosfatase ácida, os manejos que apresentaram diferenças
estatísticas entre as coletas foram ILPF1, ILPF2 e floresta. A floresta apresentou a
maior atividade encontrada, com a média para o ano de 2012 de 72,66 µg p-
nitrofenol h-1 g solo, enquanto no segundo apresentou a menor média desta enzima,
com 40,05 µg p-nitrofenol h-1 g solo.
A atividade das fosfatases, sejam elas alcalina ou ácida, está diretamente
relacionada aos teores de fósforo no solo, dessa forma a deficiência deste nutriente
irá interferir no desemprenho desta atividade enzimática (Gomide et al., 2011). Além
disso, as fosfatases são dependentes das condições de pH que o solo apresenta.
Neste estudo foram encontrados resultados similares para ambas às enzimas em
todos os sistemas avaliados.
A produção de enzimas pelos micro-organismos, ou seja, a atividade
microbiana está condicionada a inúmeros fatores, especialmente aqueles que
favorecem a vida microbiana. Além disso, é importante ressaltar que apenas a
presença de matéria orgânica não é suficiente para que se inicie sua degradação.
As condições locais de água e temperatura, bem como, a disponibilidade de outros
nutrientes para os micro-organismos são fatores extremamente relevantes para seus
processos bioquímicos (Reis Junior e Mendes, 2009; Gomide et al., 2011).
Oposto ao observado para as enzimas β-glicosidase e fosfatases, os valores
de urease foram maiores no ano de 2013 e foi diferente estatisticamente do ano de
65
2012, para todos os manejos avaliados. A atividade desta enzima variou de 29,21 a
13297,94 mg N-NH4 g solo-1 do ano de 2012 para 2013, em solo sob floresta e
ILPF3, respectivamente.
A variação da urease pode estar associada ao incremento de matéria
orgânica nitrogenada aos sistemas. Observando o histórico da área, remete ao
segundo ano um maior período de pastejo e, consequentemente, incremento de
resíduo bovino, rico em ureia. A qualidade dos resíduos depositados, bem como, as
condições locais de pH, temperatura e umidade são os principais fatores que afetam
as atividades enzimáticas do solo (Ekenler e Tabatabai, 2003; Mendes et al., 2009).
A floresta pode ter sido influenciada pelo mesmo fato, uma vez que, a coleta
deu após o período de chuvas da região, e a pluviosidade pode ter levado essa
matéria orgânica das áreas sob pastejo para a floresta.
A urease é uma enzima produzida, quase que exclusivamente, por micro-
organismos do solo, sejam eles bactérias, fungos ou archeas, que facilitam a
hidrólise da molécula de ureia em amônia, com liberação de CO2 e H2O, sendo
verificado que a atividade da urease está associada ao tamanho da população, à
época de avaliação e principalmente à presença de matéria orgânica nitrogenada
(Matsuoka, 2006; Lisboa et al., 2012).
As enzimas apresentam grande importância para os solos, pois grande parte
das transformações bioquímicas que ocorrem neste ambiente é dependente ou
relacionada à presença e atividade de enzimas. A avaliação da atividade enzimática
pode ser útil para indicar se um solo está desempenhando adequadamente os
processos que estão intimamente ligados a sua qualidade, como a fertilidade (Reis
Junior e Mendes, 2009).
A avaliação dos atributos químicos mostrou variação entre os manejos no
primeiro ano, para a maioria das variáveis, enquanto o segundo ano de avaliação
apresentou diferenças estatísticas apenas para o fósforo (P). Em relação ao período
de coleta, apenas as variáveis magnésio (Mg), acidez potencial (H+Al), matéria
orgânica (M.O) e capacidade de troca de cátion (CTC) apresentaram variação,
sendo maiores no primeiro ano comparado ao segundo (Tabela 3).
66
Tabela 3. Caracterização físico-química de um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico (LVAd), submetidos a cinco manejos, três diferentes conformações de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), sendo elas linhas simples de eucalipto (ILPF1), linha dupla de eucalipto (ILPF2) e linha tripla de eucalipto (ILPF3), pasto e floresta nativa, na profundidade de 0,0 – 0,20 cm, com dois anos de avaliação, coleta 2012 e 2013.
* Médias seguidas de mesma letra, minúscula na linha e maiúscula na coluna, não diferem entre si pelo teste não paramétrico de comparações múltiplas de Kruskal-Wallis e teste T; ** ILPF1: integração lavoura-pecuária-floresta linha simples de eucalipto; ILPF2: linha dupla de eucalipto; ILPF3: linha tripla de eucalipto; H+Al: acidez potencial; S: soma de bases; CTC T: capacidade de troca de cátions em pH 7; CTC t: capacidade de troca de cátions efetiva; V: saturação por bases; m: saturação por Al
Variável Coleta Manejos
ILPF 1 ILPF 2 ILPF 3 Pasto Floresta
pH 2012 5,51 aA 5,78 aA 5,60 aA 5,53 aA 5,09 aA
H2O 2013 5,58 aA 5,53 aA 5,45 aA 5,87 aA 5,13 aA
P 2012 6,63 aA 4,32 abA 3,26 abA 1,63 bA 2,49 abA
mg dm-3 2013 4,40 aA 2,66 abA 2,15 abA 1,11 bA 3,30 abA
K 2012 75,92 abA 82,05 abA 112,64 aA 24,06 bA 57,28 abA
Ppm 2013 55,40 aA 57,48 aA 69,31 aA 33,51 aA 57,38 aA
Ca 2012 1,29 aA 2,09 aA 1,62 aA 1,10 aA 1,00 aA
cmolc dm-3 2013 1,29 aA 1,37 aA 1,31 aA 1,27 aA 2,84 aA
Mg 2012 0,90 aA 0,87 aA 1,27 aA 0,63 aA 0,73 aA
cmolc dm-3 2013 0,70 aA 0,76 aA 0,55 aB 0,34 aA 0,93 aA
Al 2012 0,24 abA 0,17 aA 0,18 abA 0,14 bA 0,65 aA
cmolc dm-3 2013 0,27 aA 0,22 aA 0,23 aA 0,30 aA 0,37 aA
H+Al 2012 5,60 abA 5,81 abA 6,66 abA 4,20 bA 7,73 aA
cmolc dm-3 2013 3,51 aB 3,35 aB 3,93 aB 3,15 aB 3,38 aB
M.O 2012 3,73 aA 3,45 abA 3,54 abA 2,87 bA 3,78 abA
% 2013 2,06 aB 2,09 aB 2,20 aB 1,91 aB 2,07 aA
S 2012 2,38 aA 3,17 aA 3,18 aA 1,79 aA 1,88 aA
cmolc dm-3 2013 2,13 aA 2,26 aA 2,03 aA 1,70 aA 3,03 aA
CTC T 2012 7,97 abA 8,98 abA 9,84 aA 5,99 bA 9,61 abA
cmolc dm-3 2013 5,64 aB 5,60 aB 5,95 aB 4,85 aB 6,41 aA
CTC t 2012 2,62 abA 3,35 aA 3,37 abA 1,93 bA 2,53 abA
cmolc dm-3 2013 2,40 aA 2,47 aA 2,26 aA 2,00 aA 3,40 aA
V 2012 29,12 abA 34,90 aA 31,46 abA 29,97 abA 19,55 bA
% 2013 36,83 aA 38,90 aA 33,09 aA 35,01 aA 41,85 aA
m 2012 11,07 abA 6,20 bA 6,68 abA 7,15 abA 27,94 aA
% 2013 15,02 aA 12,69 aA 13,90 aA 15,53 aA 26,49 aA
Argila 2012 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA
g Kg-1 2013 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA 456,00 aA
Silte 2012 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA
g Kg-1 2013 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA 177,00 aA
Areia 2012 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA
g Kg-1 2013 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA 376,00 aA
67
Os valores médios de P apresentaram-se de forma semelhante em ambos os
anos. Vale ressaltar que a ILPF1 apresentou maior média, com 6,63 e 4,40 mg dm3,
e pasto a menor, com 1,63 e 1,11 mg dm3, para o ano de 2012 e 2013,
respectivamente, e não foram evidenciadas diferenças significativas entre os anos.
Em função do teor médio de argila na área de estudo ter sido 456,0 g kg-1, os
solos estudados apresentam teor baixo de P (Martha Jr, 2007), porém a presença de
maiores médias de P nas áreas de ILPF sugere que a ciclagem desse elemento está
ocorrendo com maior intensidade nessas áreas, em ambos os anos, comparado ao
pasto. Este resultado possivelmente está relacionado com a disponibilização de P
pela atividade de degradação da matéria orgânica e morte dos micro-organismos
(Carneiro et al., 2008).
O P orgânico é uma fonte potencial de P disponível às plantas, graças à
ciclagem biológica, à síntese e exsudação de fosfatases, pelos micro-organismos e
raízes das plantas (Ross et al., 1995). Em trabalho realizado com a finalidade de
verificar a fertilidade do solo com manejo de sistema misto, também foi verificado
acréscimos nos teores de P (Santos et al., 2003).
O potássio (K) apresentou diferenças significativas entre os manejos no
primeiro ano, onde ILPF3 apresentou a maior média, 112,64 ppm, e pasto a menor,
33,51 ppm, verificadas para os dois anos. A classificação do K no solo, tomando os
resultados de CTC T, apresenta teor baixo de K (Martha Jr, 2007).
O elemento K não é parte integrante de compostos orgânicos, assim, não
está localizado na parte estrutural dos seres vivos, porém ele atua na atividade
hídrica das células, principalmente na atividade de abre-fecha dos estômatos
(Mengel e Kirkby, 1978; Silveira e Malavolta, 2000), o que o torna indispensável no
desenvolvimento vegetal.
As variáveis, alumínio (Al) e H+Al apresentaram de forma diferente entre os
manejos, no ano de 2012. O Al apresentou maior na floresta, e menor em área de
pasto, com 0,65 e 0,14 cmol dm3, respectivamente, os solos caracterizam-se por
apresentar teor baixo de Al (Tomé Júnior, 1997).
Os baixos teores de Al são desejáveis, pois as altas concentrações no solo
são responsáveis pela inibição do crescimento das raízes e influenciam
negativamente na absorção de água e P, e a H+Al dos solos tem relação direta com
a matéria orgânica presente, o que sugere boas condições de aporte desta nos
solos estudados (Cruz et al.; 2008).
68
Trabalhos realizados comparando diferentes espécies florestais adotadas nos
sistemas de ILPF apontam que a adoção de eucalipto como espécie floresta na ILPF
tende a favorecer um menor teor de Al no solo (Silva et al., 2011; Azevedo et al.,
2010).
Os valores de M.O foram alterados de acordo com os manejos, no primeiro
ano. O maior teor foi encontrado na floresta e o menor em área de pasto, 3,78 e 2,87
%, respectivamente. De acordo com Embrapa (1999), os solos são reconhecidos
como valores médios de concentração de M.O. Estoques de M.O estão relacionados
ao balanço da razão entre a formação/decomposição do carbono orgânico do solo
(COS) (Lal, 2004; Jandl et al., 2007), baixos teores de M.O prejudicam a retenção de
nutrientes, como K, Ca e Mg (Chiodini et al., 2013) e levam a necessidade de adição
de fertilizantes com maior frequência.
A M.O diminuiu com o tempo de avaliação, no segundo ano apresentou
menor teor para todos os tratamentos, com diferenças estatísticas significativas,
exceto para floresta. Essa situação remete a sustentabilidade do sistema agrícola;
sabe-se que para atingir a utilização sustentável do solo agrícola deve-se aumentar
o estoque da M.O do solo para manter o nível próximo ao da área original (Balota et
al., 2003; Bayer et al., 2006).
Desta maneria, há um grande interesse no desenvolvimento de práticas
agrícolas que reduzam a degradação do solo e tenham potencial de aumentar a
sustentabilidade agrícola e conservação do solo (Richardson e Simpson, 2011),
entretanto necessita-se de investigações em longo prazo de manejos diferenciados,
a fim de comprovar tais potenciais.
Em respostas as condições supracitadas, as variáveis químicas CTC, V e m
apresentaram as mesmas tendências dos elementos químicos.
Os baixos valores encontrados para CTC e V caracterizam os solos
estudados, como solos distróficos ou pobres, e está relacionado com a capacidade
de reserva de nutrientes. Assim, potencializar a presença microbiana e, mais ainda,
sua atividade, são medidas sustentáveis para o solo, uma vez que irá aumentar e
permitir a ciclagem de nutrientes e a estabilidade do sistema.
Resultados da literatura sugerem que sistemas florestais apresentam a
vantagem de retirar nutrientes dos horizontes mais profundos dos solos e promover
a ciclagem de nutrientes para horizontes superficiais por meio da serapilheira
69
depositada na superfície do solo, o que gera equilíbrio ecológico ao longo do tempo
de adoção desses manejos (Figueiredo, 2005; Schumacher et al., 2008).
Correlação entre variáveis e agrupamento dos manejos
A correlação entre variáveis apresentou maior em número e em
significância quando se analisou o conjunto de variáveis para os dois anos de coleta
(Tabela 4).
Tabela 4. Correlações significativas entre as variáveis de solo para três cenários: a) todas as variáveis e tratamentos nos dois anos de avaliação, coletas 2012 e 2013; b) todas as variáveis e tratamentos apenas no primeiro ano de avaliação, coleta 2012; c) todas as variáveis e tratamentos apenas no segundo ano de avaliação, coleta 2013.
Houve correlação positiva entre váriaveis microbiológicas e químicas do
solo, onde observou relação positiva entre as atividades enzimática β-glicosidase e
urease, enumeração dos micro-organismos, fungos totais e celulolíticos, H+Al, M.O
e CTC T. Por outro lado, ocorreu correlação negativa para a urease em relação a
todas as demais variáveis.
A interação entre todas as variáveis sugere que, os fungos são os
promotores da atividade da β-glicosidase e fosfatase ácida, bem como, há relação
direta com a atividade celulolítica no solo. Além disso, houve correlação forte com a
a)
Β-glicosidase Fungos totais Celulolíticos Urease Fosf. Ácida H+Al M.O CTC T
Β-glicosidase 1 Fungos totais 0,83 1
Celulolíticos 0,55 0,46 1 Urease -0,72 -0,66 -0,51 1
Fosf. Ácida 0,59 0,65 ns -0,49 1 H+Al 0,66 0,69 0,32 -0,60 0,55 1
M.O 0,74 0,74 0,31 -0,64 0,56 0,75 1 CTC T 0,64 0,64 0,41 -0,63 0,45 0,84 0,67 1
b)
Actinomicetos Mg
Celulolítico 0,84 Fosf. Alcalina ns 0,47
Urease ns 0,43
c)
Actinomicetos Mg
Celulolítico 0,86 Fosf. Alcalina ns 0,53
Urease ns -0,44
70
M.O, o que era esperado, uma vez que as atividades correlatas a essa comunidade
microbiológica necessitam de substrato para sua funcionalidade e, condições
químicas que favoreçam suas atividades (Tabatabai e Bremner, 1969; Gomide et al.,
2011), o que pode ser visualizado com correlação moderada entre H+Al e CTC T.
Por outro lado, a urease apresentou correlação moderada e negativa com as
variáveis β-glicosidase, fungos totais e celulolíticos. Assumindo, que os fungos são
responsáveis pela atividade dessas variáveis, uma vez obtido correlação negativa a
ele, também ocorrerá com as demais. Uma possível explicação para a inversão na
correlação, é que a atividade da urease promove a formação de carbonatos e,
consequentemente, aumenta a alcalinidade do meio (Bremner e Krogmeier, 1989;
Ciurli et al., 1996; Sondi e Salopek-Sondi, 2005).
Como discutido anteriormente, a atividade microbiológica é condicionada a
presença de substrato e características ambientais (Ekenler e Tabatabai, 2003;
Mendes et al., 2009; Gomide et al., 2011) e o teste de correlação entre todas as
variáveis confirma e reforça esta afirmação.
As correlações dentro do primeiro ano de avaliação (2012) apresentaram
correlação significativa e forte entre celulolíticos e actinomicetos, e fraca para
fosfatase alcalina e magnésio (Mg), e urease e Mg. No segundo ano de avaliação,
2013, a mesma dinâmica de correlações foi visualizada, porém houve correlação
negativa entre a variável urease e Mg (Tabela 4.b-c).
As regressões entre as variáveis com correlação moderada a forte, nos dois
anos de avaliação, estão apresentadas nas figuras 3, 4 e 5.
O modelo logarítmico foi o que melhor ajustou para as variáveis, enumeração
de celulolíticos e enumeração de actinomicetos em ambos os anos de avaliação,
entretanto, o coeficiente de correlação foi menor no primeiro ano em relação ao
segundo. Assim, no primeiro ano, 2012, 40,8% da enumeração de celulolíticos pode
ser explicada pela enumeração de actinomicetos, enquanto que no segundo ano,
2013, essa percentagem foi de 66,7% (Figura 3).
Entre outros grupos de micro-organismos do solo, os actinomicetos são, em
especial, com potencial capacidade celulolítica de converter a biomolécula celulose
em formas de açúcar assimiláveis que, muitas vezes, são utilizadas como fonte de
energia pela própria comunidade microbiana do solo (Zimmermann, 1990; Nurkanto,
2009), e há tendência em aumentar a degradação com o aumento do número de
actinomicetos presentes no ambiente, o que foi observado neste trabalho.
71
Os actinomicetos são grupos de bactérias de importância ecológica pela sua
capacidade em produção de enzimas e degradação de composto de difícil
degradação, onde, por exemplo, os fungos não conseguem atuar com eficácia
(Ramesh e Mathivanan, 2009).
Figura 3. Comparação entre as regressões das variáveis enumeração de celulolíticos em função da enumeração de actinomicetos nos dois anos de avaliação, 2012 e 2013.
Por outro lado, a ação das enzimas é mediada por compostos químicos, e
essa afirmação pode ser evidenciada pela relação entre as enzimas fosfatase
alcalina e urease com o Mg, o único nutriente que se correlacionou
significativamente com essas enzimas (Figuras 4 e 5).
O modelo exponencial foi o que melhor se ajustou para a regressão entre
fosfatase alcalina e Mg. Entretanto, o coeficiente de determinação foi baixo para
ambos os anos. No primeiro ano (2012), apenas 10,8% da fosfatase alcalina pode
ser explicada pelo Mg, e no segundo ano (2013) essa percentagem foi de 18,4%
(Figura 4).
Legenda ILPF1 ILPF2 ILPF3 Pasto Floresta nativa
Legenda
ILPF1 ILPF2 ILPF3 Pasto
Floresta
72
Figura 4. Comparação entre as regressões das variáveis fosfatase alcalina em função do magnésio (Mg) nos dois anos de avaliação, 2012 e 2013.
Pode inferir que o Mg foi proveniente da calagem realizada com calcário
dolomítico, no período de preparo do solo para a safra 2011/2012. Dessa forma é
explicável a presença da atividade da enzima onde houve maior concentração de
Mg. Valem observar que não houve tendência clara da atividade em algum manejo,
eles apresentam dispersão das repetições em ambos os anos, com valores
diferentes do produto da atividade enzimática, porém, na maioria dos casos entre os
valores de 20,0 e 80,0 µg p-nitrofenol h-1 g solo e com os teores de 0,0, a 1,0 cmolc
Mg dm-3.
Resultados da literatura apontam que a fosfatase alcalina é mediada,
inicialmente pelo pH do meio, seguido de compostos químicos, onde o Mg ocupa
posto importante na sequência de afinidades do sítio ativo. Os micro-organismos
têm perfis de adaptação imediata frente às alterações químicas, dessa forma ainda
Legenda ILPF1 ILPF2 ILPF3 Pasto
Floresta
73
não sabem quais são os elementos chave para cada enzima (Kandeler e Gerber,
1988; Tabatabai, 1994; Makoi e Ndakidemi, 2008).
O Mg também apresentou relação com a enzima urease. O modelo linear foi o
que melhor ajustou para a regressão entre urease e Mg, para ambos os anos, porém
observou relação inversa nos anos de avaliação. Para o primeiro ano (2012) a
crescente dose de Mg levou a tendência de aumento da atividade da urease, e o
coeficiente de determinação expressa que 18,3% da urease pode ser explicadas
pelo Mg; enquanto no segundo ano, 2013, observa o inverso, o aumento do teor de
Mg decresceu a atividade da urease, porém o coeficiente de determinação foi de
19,5% (Figura 5).
Figura 5. Comparação entre as regressões das variáveis urease em função do
magnésio (Mg) nos dois anos de avaliação, 2012 e 2013.
A relação inversa pode ter ocorrido de acordo com a mudança da
disponibilidade da própria matéria orgânica a ser degradada, uma vez que no
segundo ano de avaliação a presença de compostos ureados tendeu a ser maior
Legenda ILPF1 ILPF2 ILPF3 Pasto
Floresta
74
pelo maior tempo de pastejo dos animais na área e, assim a adição de resíduos foi
em maior quantidade.
Como já referido, a dinâmica microbiológica é passível de rápida adaptação,
porém identificar possíveis interferentes que estimulam ou minimizam impactos
sobre a comunidade, é uma ferramenta útil para estimular ou minimar a ciclagem
dos nutrientes nos sistemas, especialmente quando assumidos sistemas
sustentáveis de produção (Nurkanto, 2009; Gomide et al., 2011).
Frente às dinâmicas dos sistemas nos dois anos avaliados, a análise de
componentes principais (PCA) revelou 2 fatores principais que juntos explicaram
49% da variação dos dados. A PCA e os respectivos coeficientes de variação (CV)
dos dados dentro de cada sistema, para cada ano, foram plotados na Figura 6.
O Fator 1 explica 32% dos resultados e a ele são agrupadas as variáveis
M.O, fungos totais, β-glicosidase e fosfatase ácida, as quais observam valores
positivos para o eixo X no primeiro ano, ou seja, maiores resultados no primeiro ano
de avaliação, 2012, em todos os sistemas.
Em contrapartida, a variável urease comporta de forma contrária as demais
agrupadas pelo Fator 1. A atividade da enzima urease apresenta resultados
negativos no eixo X, ou seja, ocorreu aumento da atividade do primeiro para o
segundo ano de avaliação.
O Fator 2 explica 17% dos resultados e agrupa as variáveis pH, Ca e K, com
valores positivos e crescentes do primeiro para o segundo ano, eixo Y, enquanto a
variável Al foi inversa as demais agrupadas pelo Fator 2.
Observa o agrupamento das variáveis microbiológicas em um fator e eixo,
Fator 1 e eixo X, enquanto as variáveis químicas foram agrupadas no fator e eixo
oposto, Fator 2 e eixo Y. Sabe que a atividade microbiológica é mediada pelos
atributos químicos do solo e evidencia, por exemplo, que o pH e Al contrapõem e
podem ser responsáveis pela alteração da atividade da microbiota na degradação da
matéria orgânica.
Tomando o agrupamento dos manejos no ano de 2012, os manejos pasto e
floresta agrupam opostos um ao outro. Além disso, o sistema de ILPF3 apresenta
próximo ao pasto, enquanto o ILPF1 foi agrupado com a floresta, e o sistema ILPF2
encontra intermediário aos demais. Esse agrupamento fornece informações de que
as condições de que M.O, fungos totais, β-glicosidase, fosfatase ácida e urease
estão comportando da mesma maneira nos sistemas agrupados, dando indícios de
75
que o sistema que mais se assemelha as condições de floresta, então mais
sustentável, é a ILPF1 para o ano de 2012.
Figura 6. Análise de componentes principais, Fator 1 e 2, com respectivamente 32%
e 17% das variações explicadas, retidos na análise das variáveis químicas e microbiológicas, nos diferentes sistemas de manejos; e a amplitude dos dados dos Fatores 1 e 2, para cada ano de avaliação (2012-2013).
Por outro lado, no ano de 2013, a tendência não manteve, e o agrupamento
de floresta e ILPF não foi evidenciado, enquanto que o pasto, ILPF3 e ILPF2
parecem agrupar, apresentam redução das variáveis M.O, fungos totais, β-
glicosidase e fosfatase ácida e aumento da atividade da urease.
Autores relatam que a adoção de ILPF gera inúmeros benefícios sociais,
econômicos e ambientais, entretanto é comum encontrar trabalhos com avaliação
dos primeiros anos de adoção do sistema integrado. A parcela de benefícios
ambientais tem sido quantificada em relação à qualidade climática do ambiente,
atributos químicos do solo e influência do pastejo nos atributos físico do solo
Amplitude dos dados Fator 2
Amplitude dos dados Fator 1
76
(Macedo, 2001; Alvarenga et al., 2007; Balbino et al., 2011), porém dados
microbiológicos são escassos.
Os resultados microbiológicos publicados sugerem a mesma relação do
observado no presente trabalho, onde o comportamento dos sistemas de ILPF não
se mantém constante ao longo do manejo, podendo ser compreendido que, como o
sistema de ILPF apresenta mudança constante, como consórcio de gramínea com
leguminosa, após, manutenção apenas da gramínea com entrada de animais para
pastejo, e ainda poda ou retirada da espécie florestal, a variação da microbiota e sua
atividade tendem a ser constantes (Oliveira, 2013; Lisboa et al., 2014; Stieven et al.,
2014).
As avaliações da amplitude de dados foram plotadas para os Fatores 1 e 2 e
são visualizadas à direita e à esquerda do gráfico da PCA. A cor das setas
representa o manejo correspondente, e o tamanho das setas representa a dispersão
das variáveis dentro de cada tratamento (Figura 6).
Observou que o Fator 1, agrupamento das variáveis microbiológicas,
apresentou menor amplitude dos dados no ano de 2012 comparado ao ano de 2013,
e a amplitude da maioria dos manejos foi muito semelhante no primeiro ano, onde a
menor seta observada foi para o manejo de pasto. Entretanto, no segundo ano
houve um aumento significativo das setas e, aparentemente, apenas o manejo
ILPF3 não sofreu tanta variação de um ano para o outro, nas variáveis
microbiológicas.
Para o Fator 2, agrupamento das variáveis químicas, a amplitude aumentou
no manejo de floresta, do ano de 2012 para 2013, entretanto os sistemas de ILPF1 e
pasto apresentaram diminuição da amplitude.
As amplitudes são critérios assumidos para avaliação dos dados
experimentais, entretanto, esses são condicionados à dinâmica de cada variável, o
desenho experimental e a qualidade de análise (Amaral et al., 1997; Costa et al.,
2002; Lima et al., 2004).
Alguns dados, como, por exemplo, os resultados de pH apresentaram baixa
amplitude e esse fato é devido ser este uma função logarítmica e, assim, apresenta
naturalmente pequena variação (Davis et al., 1995). Por outro lado, observando a
variáveis M.O, que é suscetível de alterações rápidas e constantes, a variação deste
atributo pode levar ao aumento da amplitude dos dados do sistema como um todo.
77
Além disso, o desenho experimental é um fator importante para controlar
variações, onde experimentos com delineamento bem definido tende a apresentar
menor amplitude nos dados (Silva et al., 2011). Essa afirmação pode justificar a
discrepância das repetições e ausência de tendência nos manejos, uma vez que, os
sistemas não obedecem a delineamento convencional.
CONCLUSÕES
1. A enumeração e atividade dos micro-organismos do solo apresentaram maior
variação em relação ao ano de coleta do que em relação ao manejo adotado;
2. A microbiota do solo nos manejos avaliados foi infuenciada principalmente
pelos atributos químicos acidez potencial (H+Al), materia ogânica (M.O) e
capacidade de troca de cations (CTC);
3. O magnésio (Mg) foi fator importante na atividade das enzimas fosfatase
alcalina e urease;
4. Constatou-se a necessidade de maior tempo de avaliação dos sistemas para
atribuição de conclusões assertivas sobre a sustentabilidade dos sistemas
estudados.
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