Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas,
Agrárias e da Saúde
ISSN: 1415-6938
[email protected]
Universidade Anhanguera
Brasil
Costa Junior, Ciniro; de Cassia Piccolo, Marisa; Barbosa de Camargo, Plínio; Yoric Bernoux, Martial
Michel; Siqueira Neto, Marcos
Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde, vol. 15, núm. 2, 2011, pp. 47-66
Universidade Anhanguera
Campo Grande, Brasil
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Ensaios e Ciência
Ciências Biológicas,
Agrárias e da Saúde
NITROGÊNIO E ABUNDÂNCIA NATURAL DE 15N
EM AGREGADOS DO SOLO NO BIOMA CERRADO
Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011
RESUMO
Ciniro Costa Junior
Centro de Energia Nuclear na Agricultura
USP
[email protected]
Marisa de Cassia Piccolo
Centro de Energia Nuclear na Agricultura
USP
[email protected]
Plínio Barbosa de Camargo
Centro de Energia Nuclear na Agricultura
USP
[email protected]
Martial Michel Yoric Bernoux
Institut de Recherche pour le
Développement - IRD (França)
[email protected]
Marcos Siqueira Neto
Centro de Energia Nuclear na Agricultura
USP
[email protected]
Anhanguera Educacional Ltda.
Correspondência/Contato
Alameda Maria Tereza, 2000
Valinhos, São Paulo
CEP 13.278-181
[email protected]
Coordenação
Instituto de Pesquisas Aplicadas e
Desenvolvimento Educacional - IPADE
Artigo Original
Recebido em: 26/01/2011
Avaliado em: 25/04/2011
Publicação: 14 de novembro de 2011
O nitrogênio (N) pode ser considerado um dos elementos que possui uma
das dinâmicas mais pronunciadas no sistema solo-planta-atmosfera. O
objetivo do trabalho foi avaliar os teores de N, a abundância natural de δ15N
e a agregação do solo em quatro usos da terra: pastagem (PA), plantio
convencional (SPC), plantio direto (SPD) e Cerradão (CE). As áreas estão
localizadas em Rio Verde (GO) em um Latossolo Vermelho distrófico
argiloso. Foram coletadas seis amostras por área, nas camadas 0-5, 5-10 e 1020 cm para determinação da quantidade de agregados estáveis em água
(micro, macro e agregados > 2,00 mm), o diâmetro médio ponderado (DMP)
e geométrico (DMG), além dos teores e estoques de N e análises isotópicas
das abundâncias naturais de δ15N. A conversão do Cerrado em diferentes
usos ocasionou mudanças negativas nos teores de N (0-5 e 5-10 cm) e na
agregação do solo (exceto na PA). Entre os sistemas de manejo, o SPD
apresentou o maior teor de N no solo e nas classes > 2,00 mm e
macroagregados (0-5 cm). A agregação apresentou correlação com os teores
de N, enquanto as análises isotópicas de δ15N nas amostras das áreas de CE e
PA indicaram maior sensibilidade do N nos agregados > 2,00 mm e
macroagregados, significando que a preservação dessas classes pode levar a
aumento nos teores de N no solo.
Palavras-Chave: Agregação do solo; sistemas de manejo; matéria orgânica do
solo; composição isotópica.
ABSTRACT
Nitrogen (N) can be considered one of the elements which has pronounced
dynamics in the soil-plant-atmosphere. The objective was to evaluate the N
contents, natural abundance of δ15N and soil aggregation in four land uses:
pasture (PA), conventional tillage (CT), no-tillage (NT) and Savana (CE). The
areas are located in Rio Verde (GO) where the soil was classified as Oxisol
clay texture. Six soil samples were collected in layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm
and were determined the distribution of water stable aggregates (micro,
macro and aggregates > 2.00 mm), aggregates mean weight diameter
(MWD) and geometric (GMD), N contents and stocks and isotopic natural
abundances of δ15N analysis. The conversion of the Cerrado in different uses
caused negative changes in the N levels (05 and 5-10 cm) and soil
aggregation (except PA). Among the management systems, the NT had the
highest content of N in the soil and aggregates > 2.00 mm and
macroaggregates. The aggregation was correlated with N content, while the
isotopic analysis of δ15N in the CE and PA samples showed greater
sensitivity to the N in aggregates > 2.00 mm and macroaggregates, meaning
that preservation of these classes may increase the N content in soil.
Keywords: Soil aggregation; management systems; soil organic matter;
isotopic composition.
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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
1.
INTRODUÇÃO
A conversão do Cerrado por meio da derrubada e queima da vegetação natural, seguida
da introdução de pastagens e sistemas agrícolas resultam na alteração da dinâmica da
matéria orgânica do solo (MOS), com mudanças no ciclo biogeoquímico dos elementos
(LAL, 2003). Essas alterações são geralmente acompanhadas por mudanças na agregação
do solo, que é onde a MOS encontra-se protegida fisicamente contra decomposição
microbiana.
O sistema plantio convencional (SPC) devido ao revolvimento do solo destrói a
estrutura original do solo, por meio do cultivo mecânico, com o aumento de espaços
porosos que intensifica a disponibilidade de oxigênio que conduz ao decréscimo do Ntotal com a oxidação da MOS. Enquanto que em solos cultivados sob sistema plantio
direto (SPD), o não revolvimento e a manutenção de resíduos vegetais na superfície
estimulam a proteção física da MOS no interior de macroagregados (> 0,25 mm) e,
conseqüentemente, apresentam menor taxa de decomposição ou até mesmo aumento do
conteúdo de N (AMADO et al., 2001; AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010; FABRIZZI et
al., 2009; SIQUEIRA NETO et al., 2009).
Com relação às pastagens, diversos autores têm reportado que a conversão do
Cerrado para esse fim conduz a diminuição na quantidade de MOS com drástica redução
da quantidade de N disponível (SILVA et al., 2004; SIQUEIRA NETO et al., 2009). Por
outro lado, uma variedade de opções de manejos (como irrigação, fertilização e
introdução de leguminosas) tem mostrado favorecer a manutenção e até mesmo aumentar
quantidade de agregados nestes solos (SALTON et al., 2008).
Inúmeros estudos sobre o efeito de sistemas de manejo na MOS tem sido
desenvolvidos no Brasil (MARTINS et al., 2009; SIQUEIRA NETO et al., 2009; SALTON et
al., 2008) e no exterior (AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010; FERNANDEZ et al., 2010),
entretanto, o enfoque principal normalmente está no C, que é o elemento que se apresenta
em maior quantidade, com menor atenção dada ao nitrogênio (N). Contudo, o N é um
elemento bastante relevante na formação da MOS, sendo um de seus principais
componentes e com uma das dinâmicas mais pronunciadas no solo.
A maior parte do N presente no solo encontra-se na fração orgânica (mais de
90%) e por meio da mineralização da MOS transforma, em média, de 2% a 5% desse
elemento para as formas inorgânicas, sendo que este processo pode ser altamente
influenciado pelo uso do solo e sistema de manejo empregado (MOREIRA; SIQUEIRA,
2002).
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Estudos com a abundância isotópica natural do N do solo (δ15N) em ambientes
naturais pode trazer informações sobre o ciclo do elemento (HÖGBERG, 1997). A variação
natural do δ15N reflete tanto a fonte como o fracionamento do N durante suas
transformações no solo (PICCOLO et al., 1994).
Na maioria dos ecossistemas o N na MOS esta enriquecido em δ15N, em
comparação com o N2 atmosférico (KARAMANOS et al., 1981). O fracionamento durante
os processos de nitrificação e desnitrificação, assim como durante a agregação do solo,
alteram o δ15N proveniente do substrato natural fornecido ao solo, resultando em maiores
valores de δ15N com o aumento da profundidade do solo (humificação da MOS) ou no
resíduo vegetal em estado mais avançado de decomposição (NADELHOFFER; FRY,
1988).
Considerando a importância do N no processo produtivo e as mudanças
promovidas pelas práticas de manejo, a presente pesquisa tem por objetivo avaliar a
agregação do solo, os teores totais de N e as abundâncias naturais de δ15N em áreas sob
diferentes usos da terra no bioma Cerrado.
2.
MATERIAL E MÉTODOS
As áreas de estudo estão localizadas no município de Rio Verde, Estado de Goiás. O clima
da região é do tipo Aw (KÖPPEN) – tropical, com chuvas concentradas no verão e
período seco bem definido durante a estação de inverno. A média anual da precipitação é
de 1500 mm ano-1 e a média anual da temperatura é de 23°C (Figura 1). O solo foi
classificado como Latossolo Vermelho distrófico caulinítico de textura argilosa
(EMBRAPA, 2006), cuja vegetação original predominantemente é arbórea, com
fitofisionomia de Cerradão e mata seca subcaducifólia (EITEN, 1972).
Figura 1. Temperatura media (máxima e mínima) mensal (°C) e
precipitação (mm) no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).
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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
As áreas avaliadas foram: Cerradão – CE (17°39’07” S e 51°02’49” O) com estrato
arbóreo semidecidual e altura entre 15 a 25 m; pastagem – PA (17°38’58” S e 51°03’57” O)
que após o desmatamento foi cultivado com arroz (Oryza sativa L.) por nove anos, com
posterior introdução da pastagem com braquiária (Brachiaria decumbens Stapf) por 20 anos,
atualmente com sinais de degradação – aplicação de 3,0 Mg ha-1 de calcário dolomítico
antes da implantação da pastagem; plantio convencional – SPC (17°41’36” S e 51°10’56” O)
que após o desmatamento foi cultivado com arroz por dois anos, seguido por 29 anos de
soja (Glycine max [L.] Merr.) alternada com milho (Zea mays L.), anualmente, nesta área
foram aplicados 2,0 Mg ha-1 de calcário dois anos antes da realização do estudo; plantio
direto – SPD (17°20’12” S e 51°15’03” O) que após o desmatamento foi convertido em
pastagem por cinco anos, seguida pelo cultivo de arroz em sistema convencional durante
dois anos, depois milho e soja alternadamente por oito anos e posteriormente convertido
para plantio direto por 15 anos com soja sucedido por milho ou sorgo (Sorghum bicolor [L.]
Moench). Para esta área foram aplicados 3,0 Mg ha-1 de calcário em superfície, seis anos
antes da realização deste estudo; contudo para a manutenção dos teores de cálcio e
magnésio, foram aplicados 400 kg ha-1 de silicato de cálcio e magnésio no ano anterior à
realização do estudo.
Nas áreas sob SPD e SPC a soja recebeu 450 kg ha-1 de 02-20-18 na semeadura e
cobertura de 100 kg ha-1 de KCl, com produtividade média de 3600 kg ha-1. A safrinha de
milho foi realizada apenas na área com plantio direto, onde foram aplicados 550 kg ha-1
de 08-20-20 na semeadura e cobertura de 200 kg ha-1 de uréia, com produtividade média
de 7500 kg ha-1.
A caracterização físico-química das áreas foi realizada no início do estudo em
fevereiro de 2007 e estão apresentadas na Tabela 1. O pH foi determinado em água
usando a relação solo:solução de 1:2,5. Os teores de argila foram determinados pelo
método do densímetro após a dispersão da argila com hexametafosfato e a digestão do
material orgânico em H2O2 (EMBRAPA, 1997). A densidade do solo foi determinada em
amostras indeformadas pelo método do cilindro volumétrico segundo Blake e Hartge
(1986). A capacidade de troca de cátions (T) e a saturação por bases (V%) foram calculadas
a partir das determinações dos cátions trocáveis (RAIJ; QUAGGIO, 1983) e da acidez
potencial do solo (EMBRAPA, 1997). Os teores de carbono foram determinados através de
combustão a seco no aparelho LECO-CN® em amostras secas ao ar e peneiradas a 100
mesh.
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Tabela 1. Características físico-químicas de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).
Área
Argila
pH
3
C
P
-1
K
Mg
H + Al
T
V%
g cm
H2O
g kg
1,0
4,7
2,6
6,8
1,1
1,0
1,3
79,2
82,6
4,0
mg kg
-1
Ca
a?
g kg
a
Ds
-1
-3
---------------- cmolc dm ------------
CE
541
PA
641
1,2
6,1
1,8
8,3
0,9
11,2
11,0
30,0
53,1
41,3
SPC
562
1,9
5.5
1,7
11.3
2.2
10.0
2.7
36.6
51,5
28,1
SPD
770
1,1
6.0
2,3
29.3
1.7
15.3
6.2
40,0
63,2
35,7
CE: Cerrado nativo; PA: pastagem, SPC: sistema plantio convencional; SPD: sistema plantio direto.
Valores seguidos de mesma letra na coluna dentro de cada profundidade não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).
Nas áreas de estudo foi empregado o delineamento experimental inteiramente
casualizado (DIC) com seis repetições. A coleta das amostras de solo foi feita com a
utilização de enxadão e espátulas. Após a abertura de mini-trincheiras no solo (50 cm de
largura x 50 cm de comprimento x 40 cm de profundidade) com auxílio de enxadão,
foram retirados blocos de solo (monólitos) com 100 cm de área (10 x 10 cm) com três
profundidades, referentes as camadas de solo estudadas, 0-5, 5-10 e 10-20 cm.
A separação dos agregados em classes de tamanho foi feita pela desagregação e
peneiramento em meio úmido de 50 gramas de cada bloco de solo extraído das áreas de
estudo pelo método descrito por Kemper e Chepil (1965) e alterações propostas por Silva e
Mielniczuk (1997). Após essa operação foram obtidas três classes de agregados
denominadas: agregados > 2,00 mm, macroagregados (2,00 < 0,25 mm) e microagregados
(0,25 < 0,053 mm). Os valores obtidos nos peneiramentos foram usados para cálculo do
DMP por meio da equação: DMP=
(xi.wi), em que wi = proporção (%) de cada classe
em relação ao total; e xi = diâmetro médio das classes, expresso em mm; e do DMG com a
equação: DMG = 10W , sendo w = [∑(z log y / ∑n].
Para as determinações dos teores totais de N e abundância natural isotópica de
15N
foram retiradas de alíquotas de aproximadamente 10 gramas das amostras de solo e
das classes de agregados obtidas após o peneiramento. Essas alíquotas foram então
moídas e peneiradas a 100 mesh. Os teores de N foram obtidos por combustão a seco por
meio do aparelho LECO-CN®, enquanto as determinações isotópicas de 15N foram obtidas
através de um analisador elementar acoplado a um espectrômetro de massas Carlo Erba®
Delta Plus, ambos os analisadores estão localizados no Centro de Energia Nuclear na
Agricultura (Piracicaba – SP).
As determinações da abundância isotópica de
15N
nas classes de agregados do
solo foram feitas apenas nas amostras das áreas de Cerrado e pastagem com intuito de se
inferir com maior nitidez sobre a dinâmica do N no solo. Pois, o cultivo dos solos sob SPD
e SPC com soja sucedida por uma gramínea (milho, sorgo ou milheto) leva a uma mistura
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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
na contribuição isotópica do N no solo e nos agregados, que conduz a uma menor clareza
na diferenciação isotópica quando comparado ao solo sob Cerrado nativo, ao contrário
dessa comparação feita com a área de pastagem que é cultivada apenas com gramínea.
Isto se deve a forma de N que cada cultura aporta ao sistema; i) a soja que por meio de
endossimbiose com o fungo micorrizico Bradyrhizobium japonico realiza a fixação biológica
do N2 atmosférico aporta resíduos com N que apresenta um fracionamento isotópico
maior do elemento, portanto valores mais próximos a zero. No caso das gramíneas, ocorre
uma fixação não simbiótica, contudo a maior parte do N será fornecida as culturas por
meio do fertilizante. O processo de fabricação dos fertilizantes nitrogenados extrai o
elemento da atmosfera por meio de fixação química, com baixo fracionamento isotópico,
portanto valores mais enriquecidos em 15N e mais discrepantes em relação ao solo sob os
plantios avaliados no presente trabalho, com sucessão soja/milho.
Os estoques de N foram calculados a partir dos valores de teor de N e dos valores
da densidade do solo e das camadas de solos (Eq. 1) (Bernoux et al., 1998).
E = Ds h N
(1)
em que E é o estoque de N do solo (Mg ha-1); Ds é a densidade do solo; h é a espessura da
camada amostrada; e N é o teor de nitrogênio do solo.
Contudo, uma vez que as áreas amostradas apresentaram valores diferentes na
densidade do solo, optou-se pela correção do estoque de N do solo pela massa de solo da
área sob vegetação nativa, seguindo os cálculos apresentados por Sisti et al.(2004) (Eq. 2).
EN = Σn-iE + {[Mai – (ΣnMa – ΣnMr)]Ni}
(2)
em que EN é o estoque corrigido de N pela massa de solo (Mg ha-1); Σn-iE, o somatório dos
estoques das camadas, sem a última camada amostrada; Mai, a massa de solo da última
camada de solo amostrado; ΣnMa, o somatório da massa total de solo amostrada; ΣnMr, o
somatório da massa de solo referência; e Ni, o teor de N na última camada amostrada.
Os resultados foram submetidos à análise de variância e a comparação de médias
foi realizada com o teste de Tukey (p < 0,05). Para as correlações de Pearson foi aplicado o
Teste t (p < 0,01 e 0,05), utilizando o programa SAS (2003).
3.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1. Nitrogênio e δ15N no solo
Os teores de N foram maiores em superfície, decrescendo em profundidade e variaram de
0,76 a 2,45 g kg-1. Foram maiores sob CE, com valores intermediários no SPD e menores na
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PA e SPC nas duas primeiras camadas de solo avaliadas (0-5 e 5-10 cm), enquanto na
camada 10-20 cm maior valor foi verificado no SPD e menor na PA.
Teor de N (g kg-1)
δ15N (‰)
Figura 2. Teores de N totais (g kg-1) e composição isotópica do nitrogênio (δ15N) de diferentes sistemas de
manejo em um Latossolo Vermelho para a camada 0-20 cm no bioma Cerrado em Rio Verde (GO). Os
valores representam a média (n = 6 para o teor de N e n = 3 para os valores isotópicos) e as barras
horizontais, a diferença mínima significativa (DMS) pelo teste de Tukey (p < 0,05).
Semelhantemente aos teores, os estoques calculados apresentaram maior valor no
solo sob CE (2,93 Mg ha-1), contudo sem diferenças significativas para o SPD (2,59 Mg ha-1),
e menores na PA e SPC (respectivamente 2,17 e 2,24 Mg ha-1).
Figura 3. Estoque de nitrogênio do solo sob diferentes sistemas de manejo em um
Latossolo Vermelho (0-20 cm), corrigido pela última camada de solo, no bioma
Cerrado em Rio Verde (GO).
Os resultados representam à média (n = 6) ± desvio padrão. Médias seguidas de
letras iguais não apresentam diferenças significativas pelo
teste de Tukey com 5% de probabilidade.
Mesmo sem diferenças significativas no estoque de N entre os diferentes sistemas
de manejo avaliados, a prática do SPD em 15 anos indicou tendência em acumular esse
elemento no solo. Entre os vários fatores que podem estar relacionados a essa tendência, o
tempo de adoção e as culturas utilizadas podem ser apontados como fatores primordiais
(AMADO et al., 2001; D’ANDREA et al., 2004; FABRIZZI et al., 2009).
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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
Esses resultados corroboram com o estudo desenvolvido por D’Andrea et al.
(2004) que avaliaram os estoques de N em um Latossolo vermelho no bioma Cerrado,
concluíram que a introdução recente do SPD (dois anos), ou mesmo de pastagens ou
cultivo convencional de longa duração pode não causar alterações significativas nos
teores e estoques de N (0-15 cm). Enquanto Fabrizzi et al. (2009) reportaram maior estoque
de N (0-15 cm) sob SPD, com vinte anos de adoção, em relação a um SPC, sendo que
ambos reduziram esse estoque comparados ao solo sob vegetação nativa, concluindo que
esses resultados se devem a melhor manutenção da MOS pelo SPD em relação ao SPC.
Com relação às culturas utilizadas, a área sob SPC foi cultivada com soja,
entretanto somente a área sob SPD teve culturas em sucessão (gramínea – milho ou
sorgo), o que pode justificar a tendência em aumento do estoque de N, onde a
decomposição do resíduo da soja forneceu compostos orgânicos prontamente
decomponíveis, com a liberação de N mais rapidamente na forma inorgânica e assimilável
pelos microrganismos no solo, favorecendo sua incorporação junto ao C proveniente dos
resíduos da cultura em sucessão (gramínea) que apresenta relação C:N mais elevada
(AMADO et al. 2001).
Estudos realizados em Eldorado do Sul em um Argissolo Vermelho distrófico de
textura média com diferentes sucessões de cultura para o SPD verificaram que o uso de
leguminosas no sistema de rotação promoveu aumentos de 28 a 33% no estoque de N do
solo após dezessete anos (DIEKOW et al., 2005).
Os valores de estoque de N semelhantes entre as áreas também pode estar
associado ao cultivo do milho onde foram aplicados 130 kg ha-1 de N-fertilizante ao
sistema, com uma quantidade semelhante para o sorgo, isto pode ter reativado a
atividade da biomassa microbiana, e juntamente com os resíduos vegetais promoveu a
mineralização do N-orgânico (efeito priming). O fornecimento de N pode acelerar ou
retardar a ciclagem da MOS com liberação de N-inorgânico (KUZYAKOV et al., 2000).
No entanto, em pesquisa realizada por Benbi e Senapati (2010) concluíram que
diferentes doses de fertilização nitrogenada não influenciaram significativamente os
teores de N totais em áreas cultivadas com trigo e arroz sob Neossolo na Índia sob SPC.
Os autores concluíram que o aumento da MOS depende do aumento da quantidade de
resíduos culturais introduzidos e mantidos no solo.
Já na área sob PA, por tratar-se de uma área de baixa produtividade com
ausência de manejo e pastoreio intensivo, o provável menor aporte de resíduos vegetais
em relação às demais áreas associado à redução na distribuição do sistema radicular,
justifica um dos menores estoques de N encontrado no solo.
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As áreas convertidas em pastagens e posteriormente abandonadas ou com
ausência de manejo e manutenção da produtividade, normalmente, apresentam baixos
níveis de MOS abaixo em relação aos encontrados originalmente sob vegetação nativa
(FUJISAKA et al., 1998). Contudo, em áreas de pastagens manejadas a quantidade de
MOS encontrada facilmente supera as quantidades encontradas sobre as áreas com
vegetação nativa (SILVA et al., 2004) que proporcionam elevação na quantidade N-total
no solo.
Nesse sentido, a tendência de acúmulo de N verificado no presente estudo pode
estar associada, ao não revolvimento do solo e ao tempo de implantação, além das
culturas utilizadas no sistema de sucessão, com aporte de resíduos vegetais com diferente
qualidade (relação lignina+polifenóis:N) alterando a ciclagem do elemento em superfície.
A composição isotópica pode fornecer indícios sobre origem do N presente no
estoque do solo e tem sido utilizada como ferramenta de estudo principalmente em
sistemas naturais em comparação a sistemas com plantas leguminosas que fixam N em
comparação a fertilização nitrogenada (PICCOLO et al., 1994). Durante o processo de
fixação biológica do N2 atmosférico cada etapa envolvida apresenta um valor diferente de
fracionamento isotópico do elemento (BUSTAMANTE et al., 2004).
As abundâncias naturais de δ15N determinadas aumentaram no perfil do solo em
todas as áreas avaliadas. Esse padrão é reflexo da decomposição do resíduo vegetal
incorporado, que devido ao fracionamento da MOS durante a mineralização e as
sucessivas assimilações de N pelas plantas, levam a maior decomposição do isótopo mais
leve de N (14N), deixando a MOS com alto valor de δ15N (HÖGBERG, 1997).
Os valores mais baixos de δ15N ocorreram no CE, sugerindo a presença de
plantas leguminosas fixadoras de N (Figura 6). Bustamante et al. (2004) realizaram
levantamento de 45 espécies de plantas do Cerrado em Brasília (DF) e verificaram
menores valores de δ 15N em tecidos de plantas leguminosas comparadas a nãoleguminosas, esta informação pode explicar os menores valores encontrados no estoque
de N encontrado sob vegetação nativa.
Por outro lado, a área sob PA apresentou os valores mais elevados de δ15N,
indicando ausência de contribuição no estoque de N do solo de uma fonte de fixação
simbiótica de N2 atmosférico por bactérias de vida livre, que ocorre em solos cultivados
com espécies do gênero Braquiária (BODDEY; DOBEREINER, 1988). Esses resultados
demonstram, possivelmente, maior taxa de nitrificação na pastagem.
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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
Já as áreas sob SPC e SPD apresentaram valores de δ15N característicos de uma
mistura no sistema em que, mesmo sendo cultivada com soja regularmente, a cultura
utilizada em sucessão (milho ou sorgo) normalmente utiliza uma elevada quantidade de
fertilizante nitrogenado.
A soja e algumas gramíneas que também podem ser fixadoras de N, mesmo que
por processos diferentes, não apresentaram influências representativas nos valores de
δ15N na superfície do solo para as áreas estudadas sob diferentes usos. Roggy et al. (1999)
estudaram a vegetação de espécies pioneiras em floresta tropicais na Guiana Francesa não
conseguiram distinguir o δ15N nas folhas de espécies fixadoras de N que possuíam
associação endo ou ectomicorrhizico.
3.2. Agregação do solo
A distribuição das classes de agregados do solo estáveis em água indicou predominância
das classes de agregados > 2,00mm e macroagregados (em torno de 90%) para as três
camadas estudadas (Tabela 2). A predominância de agregados > 0,25 mm é uma
característica de solos tropicais e evidencia a elevada influencia das interações
eletrostáticas dos óxidos e minerais de argila 1:1 no processo de agregação (FABRIZZI et
al., 2010). Fabrizzi et al. (2010), estudando o efeito de solos tropical e temperado na
proteção da MOS sob SPD e SPC, encontraram para o primeiro menos de 5% dos
agregados concentrados nos microagregados enquanto para o segundo cerca de 20%.
Tabela 2. Distribuição dos agregados estáveis em água (%) em diferentes classes (agregados > 2,00 mm,
macroagregado e microagregado) e os índices diâmetros médio ponderado (DMP) e geométricos (DMG)
dos agregados de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO)
Áreas
CE
PA
SPC
SPD
CE
PA
SPC
SPD
> 2,00
Macro
Micro
---------------- % -----------------0-5 cm
63,9 a
28,5 b
6,0 c
60,7 a
31,2 b
5,9 c
29,5 c
48,4 a
14,5 a
53,3 ab
30,3 b
9,5 ab
5-10 cm
64,6 a
28,6 b
5,0 b
62,5 a
28,3 b
6,8 b
43,4 b
41,8 a
10,5 a
46,0 b
38,0 a
11,1 a
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66
DMP
DMG
---------- mm ----------4,0 a
3,9 a
2,3 b
3,5 a
2,7 a
2,5 a
1,1 b
1,8 b
4,1 a
3,9 a
3,0 ab
3,1 ab
2,8 a
2,5 a
1,6 b
1,6 b
Ciniro Costa Junior, Marisa de Cassia Piccolo, Plínio Barbosa de Camargo, Martial Michel Yoric Bernoux, Marcos Siqueira Neto
Áreas
CE
PA
SPC
SPD
a
> 2,00
Macro
Micro
---------------- % -----------------10-20 cm
63,8 a
29,0 b
5,8 b
62,7 a
26,7 b
7,5 ab
47,0 b
39,1 a
8,6 ab
41,5 b
39,7 a
12,4 a
DMP
57
Tabela 2. continuação
DMG
---------- mm ----------4,0 a
3,9 a
3,2 b
3,0 b
2,7 a
2,4 a
1,7 b
1,5 b
CE: Cerrado nativo; PA: pastagem; SPC: sistema plantio convencional; SPD: sistema plantio direto.
Valores seguidos de mesma letra na coluna dentro de cada profundidade não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).
Admitindo que a agregação do solo máxima sob vegetação nativa original (SIX et
al., 2002), observou-se que a introdução dos sistemas de manejo, exceto a PA, provocaram
ruptura da classe de agregados > 2,00 mm com aumento da quantidade macro e
microagregados, com reflexo nos valores de DMP e DMG, em todas as camadas avaliadas.
Contudo, essa situação foi mais acentuada sob SPC que apresentou menores valores de
agregados > 2,00 mm e macroagregados em relação às demais áreas na camada 0-5 cm de
solo.
Nessa camada de solo (0-5 cm) os valores da porcentagem da classe de agregados
> 2 mm, DMP e DMG para o SPD (50; 3,5 e 1,8%) foram cerca de 40% maiores que o SPC
(30; 2,0 e 1,1%) (Figuras 1 e 2). Esses resultados destacaram o beneficio que o SPD por
meio da não-destruição mecânica pelos implementos de preparo do solo e o papel que os
resíduos vegetais (soja/milho) mantidos na superfície do solo exercem na proteção e
estimulo aos processos de agregação (BARRETO et al., 2009; MARTINS et al., 2009;
MULUMBA; LAL, 2008; PINHEIRO et al., 2004). Mulumba e Lal (2008) encontraram uma
significante relação entre solos cobertos com resíduos vegetais e DMP (R2 = 0,87). Assim
como Martins et al. (2009) que reportaram que a presença de resíduos de milho sob SPD
contribuíram significativamente para elevada estabilidade de agregados do solo.
Madari et al. (2005) encontraram o mesmo padrão do presente estudo, com maior
quantidade de macroagregados (> 0,25 mm) e menor de microagregados (0,25 < 0,053
mm) respectivamente sob SPD em relação ao SPC apenas na camada 0-5 cm de solo.
Semelhantemente, Pinheiro et al. (2004) encontraram maiores valores de agregados > 2,00
mm, DMP e DMG sob vegetação nativa (respectivamente 70; 4,2 e 1,1%) seguido do SPD
(respectivamente 50; 3,0 e 1,0%) e menores no SPC (respectivamente 30%, 2,0 e 1,0) na
camada 0-5 cm de um Latossolo Vermelho no Rio de Janeiro. Assim como Corrêa (2002),
que
em
Latossolo
Vermelho-amarelo
no
Cerrado
(0-15
cm)
relatou
valores
significativamente maiores de porcentagem de agregados > 2,00 mm e DMP sob SPD
(respectivamente 36 e 2,2%) em relação ao SPC (respectivamente 23 e 1,6%). Enquanto
Barreto et al. (2009), que em Latossolo do Estado do Paraná também reportaram melhor
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66
58
Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
índices de agregação do solo sob vegetação nativa do que cultivados, enquanto entre o
SPD e SPC, o sistema conservacionista (SPD) mostrou melhor estado de agregação e ainda
indicou sinais de recuperação após ser introduzido em área previamente cultivada sob
SPC.
Assim, como nas pesquisas citadas acima, o SPD do presente estudo mostrou-se
capaz de deter e recuperar o declínio da qualidade estrutural da camada superficial do
solo (0-5 cm), uma vez que, a área foi anteriormente cultivada sob SPC por dez anos,
esperando-se estender esses benefícios para as camadas mais profundas com o maior
tempo de adoção.
A exceção foi à área sob PA, que apresentou quantidades de agregados > 2 mm
(60%), macroagregados (20%), DMP (4,0) e DMG (2,5) semelhantes ao sistema nativo para
todas as camadas estudadas, indicando que a introdução da PA após nove anos sob SPC
pode ter recuperado a agregação do solo, considerando, como visto acima, que o cultivo
anterior sob SPC tenha afetado essa propriedade. Salton et al. (2008) destacaram que a
manutenção do DMP com valores semelhantes ou superiores aos verificados na condição
de vegetação natural de Cerrado somente foi obtida com a rotação lavoura-pastagem em
ciclos de dois anos ou com pastagem permanente.
Segundo Salton et al. (2008) e Denef e Six (2006) o crescimento das raízes
aumenta a atividade microbiana e a produção de agentes de agregação, alem de forças
mecânicas que também podem estabilizar agregados. E mesmo com a atual baixa
produtividade, o cultivo da gramínea evidenciou a forte influência das raízes em agregar
o solo.
3.3. N associado aos agregados do solo
Os teores de N nas classes de agregados seguiram o mesmo padrão observado para os
teores de N total, apresentando maiores valores em superfície decrescendo em
profundidade (Tabela 3). Entre as classes de agregados, não apresentaram diferenças
significativas, exceto no CE (0-5 cm) com maiores teores de N nos agregados > 2,00 mm e
macroagregados em relação aos microagregados.
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66
Ciniro Costa Junior, Marisa de Cassia Piccolo, Plínio Barbosa de Camargo, Martial Michel Yoric Bernoux, Marcos Siqueira Neto
59
Tabela 3. Teores de N totais (g kg-1) de diferentes classes de agregados (agregados > 2,00 mm,
macroagregados e microagregados) de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).
a
Áreas
> 2,00 mm
CE
PA
SPC
SPD
3,10 aA
1,67 bcA
2,17 bA
2,70 aA
CE
PA
SPC
SPD
2,20 aA
1,47 bA
2,73 aA
2,30 aA
CE
PA
SPC
SPD
2,07 aA
1,30 bA
1,90 aA
1,67 abA
Macroagregados
0-5 cm
3,67 aA
1,97 cA
2,17 cA
2,70 bA
5-10 cm
2,20 aA
1,67 bA
2,57 aA
2,27 aA
10-20 cm
1,83 aA
1,30 abA
1,70 aA
1,47 aA
Microagregados
2,13 abB
1,37 cA
2,03 abA
2,63 aA
1,40 bB
1,33 bA
2,03 aA
1,83 abA
1,33 aB
1,30 aA
1,57 aA
1,43 aA
CE: Cerrado nativo; PA: pastagem; SPC: plantio convencional; SPD: plantio direto.
Valores seguidos de mesma letra minúscula na coluna e maiúscula na linha dentro de cada profundidade não diferem
significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).
Os valores encontrados indicaram, de uma forma geral, que o SPD pode
apresentar teores de N nos agregados (concomitante aos teores totais de N) superiores
que o SPC e a pastagem com baixa produtividade, entretanto, limitando-se a camada 0-5
cm de solo.
Para a camada 0-5 cm de solo os teores de N foram maiores nos agregados > 2,00
mm sob CE e SPD, nos macroagregados sob CE e valores intermediários sob SPD,
enquanto para os microagregados foram menores sob PA. Na camada 5-10 (todas as
classes) e 10-20 cm (apenas nos agregados > 2,00mm) os teores de N apresentaram
menores valores sob PA.
O SPC devido à destruição acentuada da estrutura original do solo conduziu ao
decréscimo da MOS pelo aumento da atividade microbiana, refletindo em menores teores
de N nos agregados do solo. Enquanto sob SPD, o não revolvimento e a manutenção de
resíduos vegetais na superfície do solo estimulam a proteção física da MOS no interior de
macroagregados (> 0,25 mm) e conseqüentemente apresentou maiores teores de N
(FABRIZZI et al., 2009; AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010).
Semelhantemente ao presente trabalho, Fabrizzi et al. (2009), em pesquisa
realizada em um Latossolo no sul do Brasil, também reportaram que diferenças nos teores
de N foram mais pronunciadas na camada 0-5 cm e que o SPD apresentou maiores valores
em relação ao SPC. Assim, como Anders et al. (2010), que relataram maiores teores de N
sob SPD comparado ao convencional apenas na camada 0-5 cm de um solo siltoso (Peridje
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66
60
Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
silt loam) nos EUA. Ambos os autores citaram que a maior quantidade de N sob SPD
pode ser devido à maior quantidade de macroagregados que protegeram a MOS contra
acentuada oxidação microbiana.
Por outro lado, quando são analisados os resultados sob a área PA, nota-se que a
agregação do solo em relação ao sistema nativo não apresentou modificações, contudo os
teores de N foram afetados negativamente. Essas observações podem estar associadas à
mineralogia e textura do solo e indicam que na presente pesquisa a teoria hierárquica de
agregação não foi expressa e que óxidos e raízes podem ter sido os principais fatores de
agregação (TISDALL; OADES, 1982; ZOTARELLI et al., 2005; SALTON et al., 2008).
Em solos sob clima tropical, a MOS pode ter papel secundário na formação de
agregados (DENEF; SIX, 2005), sobrepondo as interações eletrostáticas entre óxidos
(principalmente de ferro e alumínio) e a fração mineral do solo, não acumulando
necessariamente MOS (e conseqüentemente N) concomitante a agregação. Contudo, a
baixa produtividade da PA possivelmente limitou a quantidade de MOS necessária aos
processos de acúmulo, afetando os teores de N. Pois segundo Six et al. (2004) o
mecanismo que leva ao acúmulo de MOS sob SPD se deve a uma situação ótima entre o
turnover de macroagregados e mineralização de MOS recente ocorrendo sob taxas
médias, que favorece a oclusão dessa MOS nessa classe de agregados com posterior
transferência e estabilização nos microagregados. Um turnover de macroagregados mais
elevado (SPC) não permite que a MOS recente seja oclusa em macroagregados, devido à
quebra, facilitando sua oxidação microbiana e conseqüentemente perda de MOS.
Quando a agregação do solo foi correlacionada aos teores de N contido em cada
classe de agregado avaliada, os resultados reforçaram que os sistemas de manejo afetam
predominantemente a camada 0-5 cm de solo e que os agregados > 2,00 mm e os
macroagregados estiveram moderadamente relacionados com os teores de N, enquanto os
microagregados negativamente. An et al. (2010) ao analisar os teores de N em agregados
do solo sobre áreas florestadas também concluíram que os macroagregados (> 0,25 mm)
por comportarem maior quantidade de MOS, apresentam maior susceptibilidade a
decomposição comparado aos microagregados.
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Ciniro Costa Junior, Marisa de Cassia Piccolo, Plínio Barbosa de Camargo, Martial Michel Yoric Bernoux, Marcos Siqueira Neto
61
Tabela 4. Correlação de Pearson entre o estoque de N (Mg N ha-1), diferentes classes de agregados do solo
(agregados >2,00mm, macroagregados e microagregados) e os índices de agregação (DMP e DMG) de um
Latossolo Vermelho em Rio Verde (GO).
Índices de agregação
Agregados do solo
> 2 mm
DMP
DMG
0,35*
0,33*
DMP
DMG
DMP
DMG
ns
ns
10-20
ns
ns
DMP
DMG
ns
ns
Micro
0-5 cm
0,41*
ns
0,42*
ns
5-10 cm
ns
ns
ns
ns
Estoque de N
Macro
ns
ns
ns
ns
ns
-0,23*
0-20 cm
-0,36*
-0,42*
0,41*
0,44*
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns: não significativo (P ≤ 0.05); *significativo (P ≤ 0.05)
Essas observações demonstram que aumento da agregação do solo pôde
favorecer o aumento dos teores de N, embora isso não foi predominante no solo em
estudo, indicando que a agregação do solo em estudo sofre influências secundárias da
MOS.
3.4. δ15N associado aos agregados do solo do Cerrado e da pastagem
Os valores de δ15N nos agregados do solo seguiram a mesma tendência para o solo e
também foram significativamente menores em superfície aumentando em profundidade,
com maiores na PA em relação ao CE.
Diferenças significativas desses resultados foram predominantes na camada 0-5
cm de solo. Nessa camada, para ambas as áreas, os valores mais positivos de δ15N foram
verificados nos microagregados com diminuição à medida que aumenta o tamanho da
classe de agregado. Esses resultados sugerem que a formação de agregados de maior
tamanho ocorreu por meio da associação de material orgânico adicionado (resíduos
vegetais em decomposição) recente nos macroagregados com posterior transferência e
maior cimentação da MOS, em grau mais elevado de mineralização (elevação nos valores
de δ15N) aos microagregados.
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66
62
Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado
Figura 4. Composição isotópica do nitrogênio orgânico (δ15N) nas diferentes classes de agregados sob
vegetação nativa (CE) e pastagem (PA) em um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).
Os resultados representam à média (n=3).
Essas observações reforçam a sugestão da maior participação dos agregados >
2,00 mm e macroagregados no acúmulo de N, enquanto nos microagregados a MOS
encontra-se mais protegida a oxidação microbiana e atuam com menor intensidade (SIX et
al., 2002; DE GALDO et al., 2003). Assim, a preservação dos agregados > 0,25 mm
associada à constante e suficiente entrada de MOS pode favorecer ao acúmulo de N no
solo.
Apesar de não avaliado, a dinâmica de agregação do solo sugerida pelos
resultados isotópicos de N possivelmente podem ter ocorrido nas áreas sob SPD e SPC,
entretanto não pode ser visualizada pelos valores de N total, sugerindo maior acúmulo de
N sob SPD em relação a PA e SPC. Anders et al. (2010) descrevem cenário semelhante ao
presente estudo, ao avaliar a agregação e o C e N associado aos mesmos sob solos de
pastagem para produção de forragens nos EUA, destacando que, de maneira geral,
maiores teores de N foram verificados sob SPD em relação ao SPC.
Como os resultados não apresentaram um padrão de como os conteúdos de N
nos agregados são afetados pela camada amostrada, manejo e agregação do solo, esses
parâmetro devem ser analisados com cautela quando se deseja medir e definir a
qualidade do solo, sendo que análises isotópicas podem ser mais adequadas quando se
pretende avaliar a dinâmica do N em agroecossistemas.
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Ciniro Costa Junior, Marisa de Cassia Piccolo, Plínio Barbosa de Camargo, Martial Michel Yoric Bernoux, Marcos Siqueira Neto
4.
63
CONCLUSÕES
A introdução dos sistemas de manejo, exceto a PA, provocaram ruptura da classe de
agregados > 2,00 mm com aumento da quantidade macro e microagregados, contudo essa
situação foi mais acentuada sob SPC.
A conversão do Cerrado em sistemas agrícolas ocasionou mudanças negativas
nos teores N na camada 0-5 e 5-10 cm de solo.
O SPD apresentou teores de N no solo e nos agregados do solo superiores que o
SPC e a pastagem com baixa produtividade, entretanto, limitando-se a camada 0-5 cm de
solo.
O N é mais suscetível a mineralização nos agregados > 2,00 mm e
macroagregados ao manejo do solo, contudo a preservação dessas classes levam ao
aumento nos teores de N no solo.
As análises isotópicas de δ15N apontaram maior mineralização da MOS com
aumento da profundidade do solo e os maiores valores sob vegetação nativa indicam a
presença de fixação biológica do N2 atmosférico.
AGRADECIMENTOS
A Fundação Agrisus (164/04), a FAPESP (2004/15538-7; 06/52201-6) Conselho Nacional
de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES, SV-552/07), Comité Français
d'Evaluation de la Coopération Universitaire avec le Brésil (COFECUB), Agence Française
de Développement (AFD), Fond Français pour l´Environnement Mondial (FFEMAgroécologie), French Ministry of Foreign Affairs (MAEE). Nosso reconhecimento ao
Grupo de produtores de apoio à pesquisa de Rio Verde (GAPES) por receber os
pesquisadores em suas propriedades, em especial aos proprietários das Fazendas
Alvorada, Barra Grande do Rio Verdinho e Dois-J-1.
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Ciniro Costa Junior
Graduação em Química pela Universidade Estadual de
Londrina (2005), mestrado em Ciências (2008) – Química
na agricultura e no ambiente – pela Universidade de São
Paulo e doutorando em Ciências– Química na
agricultura e no ambiente – pela Universidade de São
Paulo.
Marisa de Cassia Piccolo
Graduação em Química pela Universidade Metodista de
Piracicaba (1985), mestrado (1989) e doutorado (1994)
em Ciências pela Universidade de São Paulo e pósdoutorado (2006) no Ecossystems Center “Woods Hole,
MA, USA” e Natural Rechearch Ecology “Fort Collins,
CO, USA”.
Plínio Barbosa de Camargo
Graduação
em
Engenharia
Agronômica
pela
Universidade de São Paulo (1984), mestrado (1990) e
doutorado (1997) em Ciências pela Universidade de São
Paulo.
Martial Michel Yoric Bernoux
Graduação em Agronomia Ecole Nationale Supérieure
D`agronomie et des Industries Alimentaires (1991),
mestrado em Sciences Agronomiques pelo Institut
ational Polytechnique de Lorraine (1991), doutorado em
Ciências – Energia nuclear na agricultura – doutorado
em Science du Sol pela Universidade de Orleans (1998).
Marcos Siqueira Neto
Graduação
em
Engenharia
Agronômica
pela
Universidade Federal de São Carlos (1999), mestrado
(2003) e doutorado (2006) em Ciências – Energia nuclear
na agricultura - pela Universidade de São Paulo e pósdoutor pela Universidade de São Paulo (2010).
Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66