Processos Biológicos no Sistema Solo-Planta: Ferramentas para uma agricultura sustentável

Prévia do material em texto

Processos Biológicos 
no Sistema Solo-Planta 
Ferramentas para uma agricultura sustentável 
 
Adriana Maria de Aquino 
Renato Linhares de Assis 
Editores Técnicos 
2º edição
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária 
Embrapa Agrobiologia 
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
Processos Biológicos no
Sistema Solo-Planta
Ferramentas para uma Agricultura Sustentável
Adriana Maria de Aquino 
Renato Linhares de Assis
Editores Técnicos
 
2ª edição
Embrapa 
Brasília, DF 
2012
Embrapa Agrobiologia
Rodovia BR 465, Km 7
CEP 23891-000 Seropédica, RJ
Fone: (21) 3441-1500
Fax: (21) 2682-1230
www.cnpab.embrapa.br
sac@cnpab.embrapa.br
Embrapa Informação Tecnológica
Parque Estação Biológica - PqEB - Av. W3 Norte (final)
Caixa Postal 040315
CEP 70770-901 Brasília, DF
Fone: (61) 3448-4236
Fax: (61) 3448-2494
www.embrapa.br/livraria
livraria@embrapa.br
Unidade responsável pelo conteúdo
Embrapa Agrobiologia
Unidade responsável pela edição (e-book)
Embrapa Informação Tecnológica
Coordenação editorial 
Fernando do Amaral Pereira
Lucilene Maria de Andrade
Nilda Maria da Cunha Sette
Revisão de texto e tratamento editorial 
Raquel Siqueira de Lemos
Normalização bibliográfica
Rosa Maria e Barros
Projeto gráfico, tratamento das ilustrações e editoração eletrônica
Júlio César da Silva Delfíno
Fotos da capa
Adriana Maria de Aquino, Itamar Garcia Ignácio, Segundo Sacramento
Urguiaga e Rosângela Stralioto
Capa
Carlos Eduardo Felice Barbeiro
Supervisão editorial
Wyviane Carlos Lima Vidal 
Revisão do e-book
Aline Pereira de Oliveira
Conversão e editoração do e-book
WOC Tecnologia da Informação LTDA
Tratamento editorial do e-book
Alexandre Abrantes Cotta de Mello
1a edição
1a impressão (2005): 1.000 exemplares
2ª edição
E-book (2012)
Todos os direitos reservados.
A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos
direitos autorais (Lei nº 9.160).
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Embrapa Informação Tecnológica
Processos biológicos no sistema solo-planta : ferramentas para uma agricultura
sustentável / editores técnicos, Adriana Maria de Aquino, Renato Linhares de Assis,
Embrapa. – 2.ed – Brasília, DF : Embrapa, 2012.
il.
E-book no formato e-Pub.
ISBN 978-85-7035-147-0
1. Biologia do solo. 2. Biomassa. 3. Ecossistema. 4. Fixação de nitrogênio. 5.
Recuperação do solo. I. Aquino, Adriana Maria de. II. Assis, Renato Linhares de. III.
Embrapa Agrobiologia.
CDD 631.4
© Embrapa 2012
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio que vêm recebendo do CNPq,
pelas bolsas de produtividade em pesquisa, ADCT/MCT e Faperj, e
MRN, Porto Trombetas, PA, e aos programas Pronex I l/CNPq,
PADCT Ill/Finep e Pronex/MCT/Faperj, pelo apoio financeiro a
projetos de pesquisa com arroz e cana-de-açúcar.
Apresentação
Em julho de 2002, a Embrapa Agrobiologia realizou o XIV Curso
Intensivo de Agrobiologia. Esse curso é uma tradição na Instituição,
sendo oferecido, desde 1976, em anos alternados, como uma
disciplina do curso de Pós-Graduação em Agronomia, área de
concentração em Ciência do Solo, da Universidade Federal Rural do
Rio de Janeiro. O enfoque sempre foi sobre temas atuais e
relacionados com os processos da fixação biológica de nitrogênio.
Ao longo dos anos, a Embrapa Agrobiologia consolidou uma equipe
de pesquisadores preocupados com a produção de alimentos mais
saudáveis, associados a menores impactos negativos sobre o
ambiente, e atuando dentro de um enfoque agroecoló-gico. O curso
do ano de 2002 refletiu toda essa abordagem com o tema:
Princípios e técnicas ecológicas aplicadas à agricultura.
A importância dos princípios e métodos ecológicos para a
agricultura reside no fato de que estes representam uma importante
ferramenta para auxiliar o redesenho dos sistemas agrícolas e por
possibilitarem o entendimento do funcionamento dos
agroecossistemas, que passam a ser mais complexos e mais
dependentes da regulação biológica.
Em função do interesse pela abordagem adotada, surgiu a ideia
de publicar dois livros, um com enfoque na biota do sistema solo-
planta na construção e manutenção da fertilidade do solo e outro,
nas bases teóricas e técnicas da agroecologia.
Processos Biológicos no Sistema Solo-Planta - Ferramentas para
uma agricultura sustentável é fruto de intenso trabalho que envolveu
pesquisadores de diversas formações profissionais e oriundos de
diferentes instituições de ensino e de pesquisa. Portanto, o que se
almeja é que esta obra se torne uma referência básica para orientar
estudantes e profissionais que atuam ou estão se iniciando na área
da agricultura sustentável.
José Ivo Baldani 
Chefe-Geral da Embrapa Agrobiologia
Prefácio
O funcionamento da biota do solo é essencial para que a vida
seja perpetuada e o ambiente onde vivemos não se torne
insuportável. Se não fosse pela ação dos organismos
decompositores da biomassa, a vida na terra terminaria em um
monte de dejetos, não haveria renovação. Mesmo com toda essa
importância e o grande avanço em todas as áreas da ciência, ao
ponto de já usarmos a nanotecnologia para a geração de novos
materiais, o nosso conhecimento é ainda muito reduzido sobre o
funcionamento dos processos de formação, sustentabiIidade e
degradação dos solos. Tanto assim que, até hoje, não temos
indicadores precisos da saúde e produtividade dos solos.
Por que tanto avanço da ciência e pouco conhecimento do
funcionamento do sistema que suporta a vida na Terra? Primeiro,
porque, mesmo com as ações antrópicas desastrosas, o sistema
tem funcionado e mantido a produção de alimentos e outros
produtos suficientes para atender as necessidades básicas da
humanidade e tem se livrado, em alguns casos no limite do caos, da
maior parte dos dejetos. Segundo, porque emerge de sistemas com
muitos atores e, portanto, são sistemas complexos. As partes se
relacionam, muitas vezes de forma não competitiva, competitiva,
outras até de forma sinergística. Dessa forma, não basta estudar
uma parte para entender o todo.
Mesmo não entendendo o todo o estudo da biologia do solo tem
avançado de forma considerável, com contribuições localizadas
significativas e de grande impacto ecológico e econômico. O Brasil é
o maior exemplo mundial onde esses estudos resultaram em
impacto econômico considerável. Neste livro estão reunidas a
experiência e o conhecimento acumulados por um grupo de
pesquisadores, dos mais importantes no Brasil e com
reconhecimento internacional, que dedicaram toda a vida acadêmica
buscando o entendimento do funcionamento da biota do solo.
Envolve estudos pontuais de grande importância para a economia
brasileira, como a fixação biológica de nitrogênio, as relações
mutualistas entre fungos micorrízicos e plantas e a macrobiota do
solo e o uso de ferramentas modernas no estudo da identificação e
ecologia da biota do solo, estudos esses que permitiram o
desenvolvimento de tecnologia de recuperação de áreas
degradadas a baixo custo. Além disso, o grupo tem buscado a
utilização desses conhecimentos em campos agrofiorestais e na
sustentabilidade da agricultura orgânica.
É um privilégio prefaciar uma publicação elaborada a partir de
conhecimento amadurecido e emanada da experiência pessoal de
cada um dos autores e, tenho certeza, que será muito útil a
estudantes e interessados na sustentabilidade deste planeta.
Avílio António Franco
Acesse a Livraria Embrapa no site www.embrapa.br/livraria e
adquira esta obra.
http://www.embrapa.br/livraria
Capítulo 1
Indicadores de Qualidade do Solo
Helvécio De-Polli
Márcio Sampaio Pimentel
Introdução
A agricultura dos últimos 50 anos é marcada pela alta aplicação
de insumos, onde se inclui a mecanização; irrigação; fertilizantes
químicos; pesticidas e herbicidas. A revolução verde acentuou ainda
mais a dependência técnica dos agricultores. Entre os anos de 1950 e
1984, a produção de grãos cresceu substancialmente, mais rápida do
que a população, em cerca de 2,6 vezes, elevando a produção por
pessoa, na média, em 40%. As razões para esse incrementosão várias,
podendo serem destacados a expansão de terras para a agricultura e o
uso das chamadas “técnicas modernas de produção”. Contudo, desde
1984, essa produção per capita de grãos tem caído anualmente, e as
causas para isso são, em parte, a seca; a perda da fertilidade do solo; a
erosão e outros. De acordo com o Instituto pela Vigília Mundial, a
agricultura mundial está sendo afetada cada vez mais por tendências
ambientais; pelo crescimento populacional e pelo mau gerenciamento
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3117
18 Capítulo 1
do solo, que provocou sua erosão com os cultivos sucessivos; pela
destruição e contaminação de lençóis freáticos; pelo alagamento e
salinização de terras irrigadas, e pelos efeitos diversos de possíveis
mudanças climáticas (CORSON, 1996).
A agricultura mexe com grandes extensões territoriais, influindo
sobre complexos nichos ecológicos e na cadeia alimentar de diversos
indivíduos, em razão da retirada da vegetação natural e conseqüente
quebra do equilíbrio para estabelecimento, principalmente, de
monoculturas. É possível perceber que somente o uso de práticas
conservacionistas por si só não será suficiente para saber se há
otimização ou não na utilização do solo. É essencial que se disponha
de parâmetros de sustentabilidade, e que esses parâmetros funcionem
paralelamente e sejam termômetros de avaliação, quantificando e
indicando o grau de conservação de um dado sistema.
Agricultura – Fonte e reserva de carbono
e o papel da matéria orgânica
O uso inadequado do solo aliado a práticas não conservacionistas
permite que o carbono estocado no solo na forma orgânica e microbiana,
como também na forma de biomassa vegetal, seja remobilizado para a
atmosfera. Batjes (1998) indica três formas de mitigação da concen-
tração de CO
2
 pela agricultura: redução da emissão pelo melhor uso do
solo; criação e fortalecimento das reservas de carbono no solo e
substituição dos combustíveis fósseis por biocombustíveis.
O solo é, em última análise, um dreno de carbono, pois o CO
2
fixado via fotossíntese pode ser estocado no solo e em outros organismos
ou em seus resíduos, podendo resistir mais fortemente à biodegradação.
O uso efetivo da matéria orgânica, através de estercos orgânicos
e outros produtos similares é importante por aumentar o conteúdo de
carbono orgânico do solo, melhorando a qualidade deste, aumentando
a produção de biomassa e reduzindo a emissão de CO
2
 (LAL et al.,
1998).
Para Khatounian (1997), o que fundamentalmente não foi
assimilado pelo agricultor brasileiro é que a agricultura é a arte de
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3118
19Indicadores de Qualidade do Solo
manejar o ciclo do carbono na natureza, e que a maior parte do
decaimento das condições de produção está na baixa produção de
biomassa dos sistemas implantados. A agricultura sustentável, com baixo
nível de aplicação de insumos, está calcada no uso de métodos como
rotação de culturas, conservação da lavoura e reciclagem dos
excrementos de animais, visando ao controle da erosão, à redução da
perda de nutrientes do solo e à manutenção da produtividade (CORSON,
1996). Dentro desse contexto, o uso da matéria orgânica se constitui
em um dos pontos-chave da ótica ecológica. Sua origem é diversa,
podendo ser de restos vegetais; fauna do solo; biomassa microbiana do
solo; exsudatos de raízes e adições na forma de estercos, compostos e
outros. Os resíduos vegetais são a essência da matéria orgânica, sendo
sua composição bastante conhecida e constituída por C, H, O, N, P, S,
que formam as macromoléculas como: proteínas, celulose, hemicelulose,
amido, pectina, lignina e lipídios.
O papel da matéria orgânica na agricultura vai além do ofereci-
mento de alimentos saudáveis à população. Ela melhora química, física
e biologicamente o solo, proporcionando maior equilíbrio nas relações
entre a atividade biológica, fertilidade e conservação dos solos. Nos
trópicos, a sustentabilidade de um sistema agrícola está baseada no
aporte de material orgânico que nele permanece e é continuamente
reciclado, e somente a partir da contínua reposição é que se pode
alcançar os benefícios resultantes de seu uso. A matéria orgânica se
constitui, portanto, em um elemento importante como fonte de nutrientes e
energia para muitos organismos, além de possibilitar benefícios como
melhor estruturação e capacidade de armazenamento de água no solo,
processos fundamentais para o desenvolvimento da cultura agrícola e
da biota do solo.
Bioindicadores
Como é sabido, a adoção de práticas agrícolas inadequadas às
condições climáticas do Brasil tem contribuído para uma aceleração
do processo de desgaste dos nossos solos tropicais. Marumoto (1984)
afirma que, quando o solo é submetido a estresses ambientais (secagem
ou alguma perturbação mecânica), a mortalidade de microrganismos
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3119
20 Capítulo 1
é maior. Vargas e Scholles (2000) perceberam que sistemas de manejo,
com diferenças no revolvimento do solo e na composição dos resíduos
vegetais, alteram as propriedades biológicas do solo, com reflexos sobre
a qualidade e a produtividade das culturas. Porém é necessário dispor
de parâmetros ecológicos que possam quantificar no solo, o grau de
maturidade.
Na agricultura, a necessidade de dispor de bioindicadores
sensíveis a mudanças provocadas pelo manejo do solo possibilitou que
índices biológicos surgissem como um mecanismo de avaliação que
pudesse responder a tais questões, daí a busca por um indicador que
espelhe a robustez da vida do solo e reflita o seu grau de perturbação
(DE-POLLI; GUERRA, 1996). Dentre alguns dos indicadores mais utilizados
atualmente, destacam-se: biomassa microbiana do solo, respiração basal
do solo e quociente metabólico.
Biomassa microbiana do solo – BMS
A BMS é definida como a parte viva da matéria orgânica do solo,
incluindo bactérias, actinomicetos, fungos, protozoários, algas e
microfauna, excluindo-se raízes de plantas e animais do solo maiores
do que 5 x 103 µm3 (JENKINSON & LADD, 1981). Balota et al. (1998) a
definem como um componente instável da matéria orgânica, que tem a
atividade influenciada pelas condições bióticas e abióticas, podendo
ser boa indicadora das alterações resultantes do manejo do solo. Para
Marumoto et al. (1982) e Kieft et al. (1987), ela é um importante
reservatório de nutrientes inorgânicos para as plantas, que é parcial e
periodicamente liberado, exemplificado por De-Polli e Guerra (1996),
que a qualificam como reserva de N, S e P.
Há uma estreita relação entre a matéria orgânica e a biota do
solo e Powlson et al. (1987) concluíram que a determinação da BMS
pode indicar mudanças na qualidade da matéria orgânica. Já Cattelan e
Vidor (1990), consideram a BMS como um dos seus constituintes, e sua
contribuição deve ser quantificada. Nesse contexto, a BMS pode ser
utilizada como sensível indicador de alteração da matéria orgânica,
permitindo investigar se as práticas de manejo de solo adotadas
contribuem ou não para melhorar sua qualidade.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3120
21Indicadores de Qualidade do Solo
Existem fortes indícios que correlacionam o conteúdo de carbono
do solo – entenda-se nesse sentido matéria orgânica –, com a BMS.
Zak et al. (1993), por exemplo, detectaram valores de BMS menores
em solo arenoso e pobre em matéria orgânica, e maior em solo argiloso
e rico em matéria orgânica. Smith e Paul (1990), citados por Zak
et al. (1994) e Salinas-Garcia et al. (1997), afirmam que a oferta de
carbono é um limitante para a BMS, e Mawdsley e Bardgett (1997),
estudando o efeito do corte da parte aérea de trevo e azevém sobre a
BMS, perceberam aumento da BMS, provavelmente em virtude da
morte e decomposição de raízes. Essas conclusões reforçam a idéia
de que a BMS pode ser usada como um indicativo para perturbações
no solo.
A BMS é uma estimativa da massa microbiana viva total, com
base na concentração de algum elemento químico ou de alguma
substância celular. Em alguns trabalhos, são estudadas suas relações
com a atividade respiratória dosolo e/ou enzimática (p. ex.,
desidrogenase, urease, fosfatase, etc.), sendo, então, auxiliares na
interpretação da condição funcional da BMS total ou de algum
compartimento.
Os trabalhos para determinação da BMS começaram a partir,
principalmente, do uso da fumigação com clorofórmio (CHCl
3
)
associado à incubação, que levaram à proposição do método da
fumigação-incubação (JENKINSON; POWLSON, 1976), desencadeando
um grande avanço nesse campo, o que possibilitou o surgimento de
um segundo método: a fumigação-extração. A diferença para o método
da fumigação-incubação é que o material celular liberado pelo
rompimento da parede celular após a fumigação é recuperado com
um extrator fraco: o K
2
SO
4
 em uma relação solo extrator de 1:4 (VANCE
et al., 1987) ou 1:2,5 (TATE et al., 1988), logo após a fumigação,
eliminando-se assim, os 10 dias de incubação do método anterior
(DE-POLLI; GUERRA, 1997).
Sua determinação é feita por meio da dicromatometria, em que
as amostras fumigadas (com clorofórmio) e não fumigadas serão então,
analisadas. A extração do carbono do solo é feita a partir da solução
extratora, que é colocada em agitação junto com a amostra, e, em
seguida, deixada em descanso, para decantação das partículas mais
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3121
22 Capítulo 1
pesadas, quando é filtrada e misturada ao dicromato de potássio, ácido
sulfúrico e ácido fosfórico, formando a solução a ser titulada para
quantificação do carbono microbiano. Esse carbono presente no extrato
reage com parte do dicromato, sendo essa reação favorecida pelo calor
proporcionado pelo H
2
SO
4
. A titulação do dicromato em excesso é
realizada com sulfato ferroso amoniacal, e a quantidade de carbono
microbiano é obtida a partir da diferença entre o resultado de um ensaio
em branco e o resultado da solução das amostras de solo (DE-POLLI;
GUERRA, 1997).
Respiração basal do solo – RBS
Lundegardh (1927) definiu a respiração do solo como a soma total
de todas as funções metabólicas na qual o CO
2
 é produzido, sendo as
bactérias e os fungos responsáveis pela maior liberação de CO
2 
via
degradação da matéria orgânica. De acordo com Gupta e Singh (1981),
a contribuição de raízes e microrganismos associados às raízes para a
RBS foi estimada em 42%.
A RBS parece possuir uma estreita relação com as condições
abióticas do solo, entre elas a umidade, temperatura e aeração. Cattelan e
Vidor (1990) concluíram que, além da influência dessas características,
há a disponibilidade de substrato no solo como um item diretamente
relacionado à RBS. O que é exemplificado por Vargas e Scholles (2000),
que correlacionaram o aquecimento do solo e a disponibilidade de
substratos com o aumento da RBS, mesma tendência encontrada por
Gupta e Singh (1981), que acharam uma relação positiva entre a RBS
com a umidade e a temperatura do solo. A disponibilidade de carbono
no solo foi descrita como fonte contribuinte para o aumento da RBS
(CATTELAN; VIDOR, 1990).
A avaliação da evolução de CO
2
 é uma metodologia que consiste
na incubação de uma amostra de solo com uma solução de hidróxido
de sódio. Durante o período de incubação, o CO
2 
liberado reage com a
solução de NaOH e tem-se uma solução composta de hidróxido de
sódio e carbonato de sódio. Esse carbonato é precipitado pela adição
de cloreto de bário, formando o carbonato de bário.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3122
23Indicadores de Qualidade do Solo
A dosagem do hidróxido de sódio em excesso na solução é medida
pela neutralização com ácido clorídrico. A quantidade de carbono
liberado na forma de CO
2
 do solo é obtida a partir da diferença entre o
resultado de um ensaio em branco e o resultado da solução das amostras
incubadas com o solo (STOTZKY, 1965).
Quociente metabólico – qCO
2
O qCO
2
 é a razão entre a respiração basal do solo por unidade de
biomassa microbiana do solo e o tempo, e tem sido usado para acessar
a eficiência do uso de substrato pelos microrganismos do solo (ANDERSON;
DOMSCH, 1989). Para Anderson (1994), ele pode ser utilizado como
sensível indicador de estresse quando a BMS é afetada.
Mawdsley & Bardgett (1997) perceberam que o qCO
2
 diminuiu
em resposta ao corte de culturas, enquanto a BMS aumentou, sugerindo
que nessa situação a população microbiana sofreu menos estresse,
provavelmente em virtude da morte e decomposição de raízes, o que
aumentou a BMS. Insam et al. (1991) verificaram que tanto o preparo
como o manejo do solo alteram o qCO
2
. Balota et al. (1998) detectaram
reduções de 28% no qCO
2
 sob plantio direto, evidenciando menor perda
relativa de CO
2
, podendo determinar, em longo prazo, maior acúmulo
de carbono no solo. Já em ambientes menos conservacionistas, Saffigna
et al. (1989) concluíram que o preparo convencional pode apresentar
menor conteúdo de matéria orgânica, e uma BMS com maior qCO
2
,
pela diferença de acessibilidade do substrato de carbono aos
microrganismos, pelas mudanças nos padrões metabólicos ou alterações
na composição da microbiota (ALVAREZ et al., 1995).
Parece haver ainda uma relação inversa entre a BMS e o qCO
2
,
sugerindo que, sob maiores teores de carbono, possa ocorrer aumento
da BMS e redução da atividade metabólica (Insam et al., 1991), como
foi constatado por Balota et al. (1998) e Bauhus et al. (1998). Os resultados
obtidos com qCO
2
 têm revelado um índice eficiente na quantificação
da eficiência do uso de substrato pelos microrganismos que, aliados
aos outros supracitados, poderão fornecer respostas rápidas sobre os
impactos proporcionados pelo manejo do solo avaliado.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3123
24 Capítulo 1
Referências
ALVAREZ, R.; DÍAZ, R. A.; BARBERO, N.; SANTANATOGLIA, O. J;
BLOTTA, L. Soil organic carbon, microbial biomass and CO
2
-C
production from three tillage systems. Soil & Tillage Research,
Amsterdam, v. 33, p. 17-28, 1995.
ANDERSON, T. H. Physiological analysis of microbial communities in
soil: Applications and limitations. In: RITTZ, K; DIGHTON, J.;
GILLER, K. E., (Ed.). Beyond the biomass – compositional and
functional analysis of soil microbial communities. Chichester: John
Wiley & Sons, 1994. p. 67-76.
ANDERSON, T. H.; DOMSCH, K. H. Ratios of microbial biomass
carbon to total organic carbon in arable soils. Soil Biology and
Biochemistry, Oxford, v. 21, p. 471-479, 1989.
BALOTA, E. L.; COLOZZI-FILHO, A.; ANDRADE, D. S.; HUNGRIA,
M. Biomassa microbiana e sua atividade em solos sob diferentes
sistemas de preparo e sucessão de culturas. Revista Brasileira de
Ciência do Solo, Campinas, v. 22, p. 641-649, 1998.
BATJES, N. H. Mitigation of atmospheric CO
2
 concentrations by
increased carbon sequestration in the soil. Biology and Fertility of
Soils, Berlin, v. 27, p. 230-235, 1998.
BAUHUS, J.; PARÉ, D.; COTÉ, L. Effects of tree species, stand age and
soil type on soil microbial biomass and its activity in a southern boreal
forest. Soil Biology and Biochemistry, Oxford, v. 30, p. 1077-1089,
1998.
CATTELAN, A. J.; VIDOR, C. Flutuações na biomassa, atividade e
população microbiana do solo, em função de variações ambientais.
Revista Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v. 14, p. 133-142, 1990.
CORSON, W. H. Manual global de ecologia: o que você pode fazer a
respeito da crise do meio ambiente. 2. ed. São Paulo: Augustus, 1996.
413 p.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3124
25Indicadores de Qualidade do Solo
DE-POLLI, H.; GUERRA, J. G. M. Biomassa microbiana: Perspectiva
para o seu uso e manejo do solo. In: ALVAREZ, V. H.; FONTES, L. E. F.;
FONTES, E. M. P. F., (Ed.). O Solo nos grandes domínios morfoclimá-
ticos do Brasil e o desenvolvimento sustentado. Campinas: Sociedade
Brasileira de Ciência do Solo; Viçosa: Universidade Federal de Viçosa,
1996. p. 551-564.
DE-POLLI, H.; GUERRA, J. G. M. Determinação do carbono da biomassa
microbiana do solo: Método da fumigação-extração. Seropédica:
Embrapa-CNPAB, 1997. 10 p. (Embrapa-CNPAB. Documentos, 37).
GUPTA, S. R.; SINGH, J. S. Soil respiration in a tropical grassland. Soil
Biology and Biochemistry, Oxford,v. 13, p. 261-268, 1981.
INSAM, H.; MITCHELL, C. C.; DORMAAR, J. F. Relationship of soil
microbial biomass and activity with fertilization practice and crop
yield of three ultisols. Soil Biology and Biochemistry, Oxford, v. 23,
p. 459-464, 1991.
JENKINSON, D. S.; LADD, J. N. Microbial biomass in soil: Measurement
and turnover. In: PAUL, E. A.; LADD, J. N., (Ed.). Soil Biochemistry.
New York: Marcel Dekker, 1981. v. 5. p. 415-471.
JENKINSON, D. S.; POWLSON, D. S. The effects of biocidal treatments
on metabolism in soil. V. A method for measuring soil biomass. Soil
Biology and Biochemistry, Oxford, v. 8, p. 209-213, 1976.
KHATOUNIAN, C. A. A Sustentabilidade e o cultivo de hortaliças.
In: CONGRESSO BRASILEIRO DE OLERICULTURA, 37., Manaus, 1997.
Horticultura Brasileira, Brasília, v. 15, p.199-205, 1997. Resumo.
Suplemento.
KIEFT, T. L.; SOROKER, E.; FIRESTONE, M. K. Microbial biomass response
to a rapid increase in water potencial when dry soil is wetted. Soil Biology
and Biochemistry, Oxford, v. 19, p. 119-126, 1987.
LAL, R.; KIMBLE, J. M.; FOLLET, R. F.; COLE, C. V. The Potential of U.S.
cropland sequester carbon and mitigate the greenhouse effect. Chelsea,
MI: Sleeping Bear Press, 1998. 128 p.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3125
26 Capítulo 1
LUNDEGARDH, H. Carbon dioxide evolution of soil in crop growth.
Soil Science, Madison, v. 23, p. 417-453, 1927.
MARUMOTO, T. Mineralization of C and N from microbial biomass in
paddy soil. Plant and Soil, The Hague, v. 76, p. 165-173, 1984.
MARUMOTO, T.; ANDERSON, J. P. E.; DOMSCH, K. Mineralization of
nutrients from soil microbial biomass. Soil Biology and Biochemistry,
Oxford, v. 14, p. 469-475, 1982.
MAWDSLEY, J. L.; BARDGETT, R. D. Continuos defoliation of perennial
ryegrass (Lolium perene) e white clover (Trifolium repens) and associated
changes in the composition and activity of the microbial population of
an upland grassland soil. Biology and Fertility of Soils, Berlin, v. 24,
p. 52-58, 1997.
POWLSON, D. S.; BROOKES, P. C.; CHRISTENSEN, B. T. Measurement
of microbial biomass provides an early indication of changes in total
soil organic matter due to the straw incorporation. Soil Biology and
Biochemistry, Oxford, v. 19, p. 159-164, 1987.
SAFFIGNA, P. G.; POWLSON, D. S.; BROOKES, P. C.; THOMAS, G. A.
Influence of sorghum residues and tillage on soil organic matter and soil
microbial biomass in an Australian vertisol. Soil Biology and
Biochemistry, Oxford, v. 21, p. 759-765, 1989.
SALINAS-GARCIA, J. R.; HONS, F. M.; MATOCHA, J. E. Long-term effects
of tillage and fertilization on soil organic matter dynamics. Soil Science
Society of America Journal, Madison, v. 61, p. 152-159, 1997.
STOTZKY, G. Microbial respiration. In: BLACK, C. A.; EVANS, D. D.;
ENSNUNGER, L. E.; VAUTE, J. L.; CLARK, F. E., (Ed.). Methods of soil
analysis. Madison: American Society of Agronomy, 1965. Part 2. p. 1550-
1572. (Agronomy, 9).
TATE, K. R.; ROSS, D. J.; FELTHAM, C. W. A direct extraction method to
estimate soil microbial carbon. Effects of experimental variables and
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3126
27Indicadores de Qualidade do Solo
some different calibration procedures. Soil Biology and Biochemistry,
Oxford, v. 20, p. 329-335, 1988.
VANCE, E. D.; BROOKES, P. C.; JENKINSON, D. S. An extraction method
for measuring soil microbial biomass C. Soil Biology and Biochemistry,
Oxford, v. 19, p. 703-707, 1987.
VARGAS, L. K.; SCHOLLES, D. Biomassa microbiana e produção de
C-CO
2
 e N mineral de um Podzólico vermelho-escuro submetido a
diferentes sistemas de manejo. Revista Brasileira de Ciência do Solo,
Campinas, v. 24, p. 35-42, 2000.
ZAK, D. R.; PREGITZER, K. S.; CURTIS, P. S.; TEERI, J. A.; FOGEL, R.;
RANDLETT, D. L. Elevated atmospheric CO
2
 and feedback between C
and N cycles. Plant and Soil, Dordrecht, v. 151, p. 105-117, 1993.
ZAK, D. R.; TILMAN, D.; PARMENTER, R. R.; RICE, C. W.; FISHER,
F. M.; VOSE, J.; MILCHUNAS, D.; MARTIN, C. W. Plant production and
soil microrganisms in late-successional ecosystems: a continental-scale
study. Ecology, Durham, v. 75, p. 2333-2347, 1994.
Referências Recomendadas
BALOTA, E. L.; COLOZZI-FILHO, A.; ANDRADE, D. S.; HUNGRIA, M.
Biomassa microbiana e sua atividade em solos sob diferentes sistemas
de preparo e sucessão de culturas. Revista Brasileira de Ciência do
Solo, Campinas, v. 22, p. 641-649, 1998.
CATTELAN, A. J.; VIDOR, C. Flutuações na biomassa, atividade e
população microbiana do solo, em função de variações ambientais,
Revista Brasileira de Ciência do Solo, Campinas, v. 14, p. 133-142, 1990.
INSAM, H.; MITCHELL, C. C.; DORMAAR, J. F. Relationship of soil
microbial biomass and activity with fertilization practice and crop yield
of three ultisols. Soil Biology and Biochemistry, Oxford, v. 23,
p. 459-464, 1991.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3127
28 Capítulo 1
JENKINSON, D. S.; POWLSON, D. S. The effects of biocidal treatments
on metabolism in soil. V. A method for measuring soil biomass. Soil
Biology and Biochemistry, Oxford, v. 8, p. 209-213, 1976.
SALINAS-GARCIA, J. R.; HONS, F. M.; MATOCHA, J. E. Long-term effects
of tillage and fertilization on soil organic matter dynamics. Soil Science
Society of America Journal, Madison, v. 61, p.152-159, 1997.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3128
29Indicadores de Qualidade do Solo
Capítulo 2
O Papel da Ecologia Microbiana
e da Qualidade do Solo
na Sustentabilidade
dos Agroecossistemas
Gustavo Ribeiro Xavier
Jerri Edson Zilli
Flávia Venâncio Silva
Joana Falcão Salles
Norma Gouvêa Rumjanek
Indicadores microbiológicos
O desenvolvimento de uma agricultura sustentável exige a
seleção de indicadores capazes de atestar o estado geral da qualidade
do agroecossistema que possibilite uma avaliação das práticas de
manejo aplicados ao solo. A biota do solo, componente fundamental na
ciclagem de nutrientes, influencia vários níveis da cadeia trófica por
meio da sua atuação nos processos bioquímicos do solo, como a
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3129
30 Capítulo 2
decomposição da matéria orgânica, estabelecendo um processo de
interdependência com a cobertura vegetal (NÜSSLEIN; TIEDJE, 1999).
Esses processos envolvem a participação de componentes da fauna e
microrganismos do solo, notadamente fungos e bactérias. Além dos
decompositores, também estão presentes no solo microrganismos de
reconhecida importância para o crescimento vegetal, tais como fungos
micorrízicos e bactérias fixadoras de nitrogênio, que afetam a absorção
e a disponibilidade de nutrientes e a estabilidade da matéria orgânica
no solo. Uma maior estabilidade do sistema tem sido associada a uma
alta diversidade da microbiota do solo, o que resulta em redundância de
grupos funcionais e é uma característica capaz de garantir resiliência
do agroecossistema a estresses ambientais e/ou antrópicos.
Um bom indicador ecológico deve ser capaz de detectar as
perturbações, refletir o funcionamento do ecossistema, apresentar
facilidade de monitoramento com viabilidade econômica, ter distribuição
universal e ainda mostrar especificidade individual aos padrões de tempo
e espaço no ambiente (HOLLOWAY; STORK, 1991). Por essas razões, a
microbiota do solo tem sido considerada um dos mais sensíveis e úteis
marcadores biológicos para classificar agroecossistemas sob distúrbios
antrópicos (TURCO; BLUME, 1999; KENNEDY, 1999; ROGERS; TATE III,
2001).
Vários fatores podem levar à alteração da comunidade microbiana
no solo, como o tipo de solo, o teor de matéria orgânica, a época do
ano, a espécie vegetal e a região da raiz, e o nível de impacto de cada
um desses fatores na microbiota do solo pode ser variável. Rogers &
Tate III (2001), analisando a população microbiana em uma floresta nativa
de pinheiros, mostraram que por meio da análise da população
bacteriana e atividade enzimática (desidrogenase) foi possível observar
diferenças na sazonalidade, enquanto a biomassa microbiana se
manteve semelhante. Esses autores observaram ainda diferenças no
padrão de diversidade metabólica da população oriunda do horizonteO e A, demonstrando a importância da matéria orgânica no estabeleci-
mento de indicadores de qualidade do solo. No horizonte O, talvez
pela grande variabilidade de nutrientes/nichos proporcionada pela
matéria orgânica presente em diferentes estágios de decomposição,
encontra-se uma grande diversidade de microrganismos, o que torna
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3130
31O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
difícil o estabelecimento de um perfil de comunidade capaz de
caracterizar um indicador de qualidade. Por sua vez, no horizonte A, a
microbiota é bastante dependente dos exsudatos radiculares, o que
promove uma interação direta com a composição florística.
Impactos antrópicos e/ou diferentes tipos de manejo que resultem
em diferentes níveis de estresse para as plantas refletem na composição
da microbiota do solo, que se torna um indicador sensível capaz de
alertar para perdas na qualidade de um ecossistema. A comparação
entre perfis de comunidades microbianas de áreas cultivadas e/ou
perturbadas com áreas nativas é uma estratégia que permite avaliar o
impacto ambiental e orientar medidas de remediação nas áreas
impactadas pela determinação de faixas de normalidade de propriedades
físicas, químicas e biológicas.
A caracterização da diversidade, é comumente mensurada por
meio de dados de abundância e de distribuição de espécies ou taxa
de microrganismos no solo, tem sido objeto constante da pesquisa.
Nos últimos anos, o Laboratório de Ecologia Molecular Microbiana
da Embrapa Agrobiologia concentrou esforços em microrganismos-
alvo objetivando compreender melhor o seu papel nos agroecossistemas
e flutuações na dinâmica populacional dependente de impactos
diversos.
Dinâmica de populações de rizóbio e pseudomonas
Bactérias do grupo rizóbio são capazes de promover a formação
de nódulos em raízes e caules de leguminosas. Essas bactérias apresentam
facilidade de isolamento e cultivo, uma vez que podem ser isoladas a
partir de nódulos de plantas-isca.
A população de rizóbio, originária do Nordeste brasileiro, é
capaz de nodular o caupi e apresenta uma proporção crescente de
isolados de crescimento rápido quando se avança do litoral, onde o
clima é mais ameno, com regime de chuvas regulares, para o semi-
árido, onde predominam condições adversas de temperatura elevada
e baixa umidade (MARTINS et al., 1997). Comparando-se estirpes de
rizóbio isoladas de nódulo de caupi de amostras de solo do Cerrado
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3131
32 Capítulo 2
e do Semi-Árido, também foi observada, nesta última região, uma maior
incidência de estirpes de crescimento rápido (NDAW et al., 2000).
Tem sido observada em solos cultivados na região da Floresta
Amazônica (SILVA et al., 1999) e Mata Atlântica (ZILLI et al., 1999) uma
população numerosa de rizóbio capaz de nodular caupi, porém de baixa
diversidade. De modo geral, a diversidade desse grupo de bactérias
nessas áreas está diretamente correlacionada com a diversidade
florística, sendo menor em áreas de monocultivo. Além disso, ao se
acompanhar o desenvolvimento da sucessão vegetal, desde matas
secundárias até matas clímax locais, observa-se um aumento gradativo
da diversidade desse grupo de microrganismos à medida que avança a
sucessão vegetal.
Bactérias do grupo pseudomonas que apresenta ampla dispersão
no ambiente têm despertado também muito interesse, dada a capacidade
de produção de diversos hormônios, antibióticos, vitaminas e metabólitos
secundários, interferindo em outros componentes biológicos dos
sistemas. Por essas características, esses grupo têm sido reconhecidos
como rizobactérias promotoras de crescimento em plantas (RPCP).
Zago et al. (2000) identificaram, de acordo com características
fisiológicas e genotípicas baseadas na análise de RFLP/16S rDNA,
isolados de Pseudomonas spp. obtidos de solo, rizosfera, rizoplano e
interior de tecido radicular de alface e cenoura cultivadas no Sistema
Integrado de Produção Agropecuária – Sipa –, em Seropédica, RJ. Foram
observados 8 grupos de isolados, sendo a maioria classificada como
P. putida, e uma pequena fração, como P. fluorescens. Nesse estudo, foi
detectado que a comunidade das bactérias associadas à alface difere
em termos de composição daquela associada à cenoura. Foi observado
também que as populações de bactérias isoladas de rizoplano e dos
tecidos radiculares apresentavam composição diferente das isoladas
diretamente de amostras de solos. Fonseca et al. (2000) confirmaram
esses dados estudando diversas culturas do Sipa e determinaram, por
meio de análise de correspondência, que a composição da população
de pseudomonas é dependente do compartimento estudado: rizosfera,
rizoplano e interior de raiz. Já Ferreira et al. (2001) observaram
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3132
33O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
predomínio de Pseudomonas fluorescens no rizoplano de trigo cultivado
em sistema de plantio direto ou convencional no Campo Experimental
da Embrapa Trigo, situado em Passo Fundo, RS, enquanto as amostras
de solos das entrelinhas foram isoladas com uma maior proporção de
P. putida. A rotação de culturas utilizada não teve efeito aparente sobre
a composição da população de pseudomonas.
Embora haja dificuldades inerentes à caracterização da complexa
comunidade de microrganismos do solo realizada a partir de isolamento
em meios de cultura, os dados obtidos indicam que a organização
estrutural e/ou funcional dessa comunidade está intimamente associada
à presença do genótipo vegetal. Por essa razão, alterações promovidas
nessa variante são capazes de alterar a estrutura da comunidade da
microbiota, que pode ser usada como um bioindicador.
Metodologia para estudos de comunidade
microbiana independentes de cultivo
Os estudos de diversidade e estrutura da comunidade microbiana
do solo são baseados na caraterização ou identificação dos indivíduos
em meio seletivo e medidas microbiológicas in situ, que resultam numa
série de dificuldades tais como complexidade da comunidade, influência
de fatores ambientais e heterogeneidade do solo. Um dos maiores
problemas está relacionado com a metodologia utilizada. As técnicas
clássicas baseadas no isolamento, cultivo e caracterização morfofisioló-
gicas dos microrganismos são conhecidas por sua seletividade, não
considerando a extensão da comunidade bacteriana. A proporção de
células cultiváveis que pode ser estimada representa, nas previsões mais
otimistas, menos de 10% da população total, sendo, portanto, pouco
informativa sobre a composição dessas comunidades (COWAN, 2000;
RANJARD et al., 2000).
Por essa razão, tem-se buscado métodos mais eficientes de
caracterização da diversidade e dinâmica de comunidades microbianas
em amostras ambientais. Técnicas baseadas em ácidos graxos (PLFA,
FAME, MIDI-FAME) e em ácidos nucléicos (Microarray, FISH,
rep-PCR, ARDRA, T-RFLP, RISA, DGGE, TGGE e SSCP) são as mais
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3133
34 Capítulo 2
recentes e não dependem do cultivo dos microrganismos (RONDON
et al., 1999; KOZDRÓJ; VAN Elsas, 2001). A aplicação de técnicas
baseadas em ácidos graxos e moleculares tem permitido aos pesquisadores
mostrarem a redução da diversidade microbiana em solos contaminados
e alterações significativas na estrutura da comunidade microbiana,
destacando-se o desaparecimento de espécies do gênero Crenarchaeota
(SANDAA et al., 1999) e Acidobacterium e o favorecimento de outras,
como Viriovorax sp. (EL FANTRUSSI et al., 1999). Por intermédio desses
métodos tem sido possível identificar organismos que, por não serem
cultiváveis, nunca haviam sido detectados (BIANCIOTTO et al., 1996).
Extração de ácidos nucléicos de
amostras de comunidade microbiana
Métodos baseados na análise de ácidos nucléicos envolvem a
lise das células bacterianas da amostra ambiental para a extração dos
ácidos nucléicos. Existem dois métodos de extração: indireto e direto.
No método indireto, inicialmente, as células são extraídas por passos
repetitivosde suspensão e centrifugação e, então, são lisadas, liberando
o conteúdo celular. No método direto, o DNA é diretamente extraído
da matriz do solo após lise das células, seguido de separação dos restos
celulares e impurezas, por meio de etapas de purificação.
Em termos de vantagens, enquanto o primeiro processo rende DNA
com maior pureza, o segundo processo apresenta um maior rendimento
de DNA, que costuma estar associado a substâncias contaminantes,
tais como substâncias húmicas que são co-extraídas e podem vir a
interferir nas etapas posteriores. Nos últimos anos, muitos pesquisadores
vêm utilizando o método direto de extração de DNA do solo (INSAM,
2001). Várias etapas do processo de extração de DNA (direto ou indireto)
podem vir a influenciar não só a qualidade do DNA extraído, mas
também a representatividade desse DNA. Alguns organismos, como as
bactérias gram-positivas e fungos, apresentam estruturas celulares que
são difíceis de romper, e por isso, dependendo do método de lise
empregado no processo de extração de DNA, não é possível ter certeza
que toda a comunidade microbiana está sendo avaliada (FROSTEGÅRD
et al., 1999).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3134
35O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
Amplificação
A análise de DNA de comunidades é realizada por meio da
amplificação de seqüências-alvo com primers específicos, por meio de
Reação em Cadeia da Polimerase – PCR. Para análise da diversidade
bacteriana, tem sido utilizado com mais freqüência o gene que codifica
para a subunidade 16S do RNA ribossomal (16S DNAr), o espaço
intergênico entre o 16S e o 23S DNAr, e o gene rpoB.
A molécula do 16S DNAr tem sido tradicionalmente utilizada em
estudos de ecologia bacteriana, porque: a) está presente em todos os
organismos; b) é originária de um ancestral comum; c) por apresentar a
mesma função, é altamente conservada em algumas regiões e variável
em outras; d) contém grande número de informações nas seqüências
em virtude do tamanho da molécula; e) apresenta domínios indepen-
dentes, podendo ser discriminada de outras moléculas; f) apresenta
grande número de seqüências disponíveis em base de dados (appud
ROSADO et al., 1997).
Na reação de PCR, a seqüência-alvo de DNA é amplificada por
meio de três etapas distintas: desnaturação da fita dupla do DNA,
anelamento do primer à fita de DNA e extensão da cadeia pela
polimerização dos nucleotídeos com o auxílio de uma DNA polimerase
termoestável.
Clonagem
Os fragmentos amplificados podem ser ligados a um vetor de
clonagem pela ação da DNA ligase. Em seguida, é realizada a
caracterização de uma parcela dos clones via seqüenciamento ou
análise de restrição.
Separação eletroforética
Uma outra alternativa para a caracterização dos fragmentos
amplificados é por meio de análise em gel de eletroforese. A eletroforese
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3135
36 Capítulo 2
consiste na migração de moléculas ionizadas, de acordo com suas cargas
elétricas e pesos moleculares em campo elétrico. O DNA apresenta
saldo de cargas negativo e quando exposto a um campo elétrico migra
no gel para o polo positivo. Fragmentos menores apresentam maior
mobilidade que os fragmentos maiores. A eletroforese em gel desnaturante
é especialmente útil para estudos de comunidade, uma vez que
possibilita a separação de moléculas de DNA com o mesmo tamanho,
mas com seqüência de nucleotídeos diferentes. Esses estudos têm sido
cada vez mais freqüentes, abrangendo diversos enfoques da diversidade
microbiana como: efeito de pesticidas (EL FANTROUSSI et al., 2000),
efeito de resíduos de petróleo (DUARTE et al., 2001); variação da
população microbiana em cultivos (GOMES et al., 2001) e avaliação
de alterações microbianas em solo sob cultivo de plantas geneticamente
modificadas (HEUER et al., 2002).
Dentre as técnicas de eletroforese com gel desnaturante, a técnica
de Denaturing Gradient Gel Eletrophoresis – DGGE – é a mais difundida.
DGGE foi originalmente desenvolvido para detectar mutações específicas
no genoma humano e posteriormente adaptado para análise da
comunidade microbiana (MUYZER et al., 1993), estudo de estrutura
genética de grupos funcionais (GRIFFITHS et al., 1999), distribuição
espacial de população de bactérias (FELSKE; AKKERMANS, 1998) e
estudo de impacto ambiental na comunidade microbiana do solo
(ENGELEN et al., 1998). Essa técnica é baseada primeiramente na
amplificação do DNA por meio de PCR, em que um dos primers
apresenta uma região rica em G+C (grampo) para impedir a total
desnaturação da dupla fita do DNA durante a eletroforese. Os fragmentos
obtidos por PCR, de mesmo tamanho, são separados de acordo com
a sua composição nucleotídica, por intermédio de eletroforese em
géis de poliacrilamida contendo gradiente desnaturante (uréia e
formamida). A seqüência de nucleotídeos determina o momento em
que o DNA, inicialmente em fita dupla, passará para uma estrutura de fita
simples, em que as duas fitas simples se mantêm ligadas pelo grampo.
Nessa condição, a velocidade de migração no gel é extremamente
reduzida.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3136
37O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
Análise da comunidade bacteriana
por meio de clonagem do 16S DNAr
Dados gerados a partir da clonagem do 16S DNAr têm possibili-
tado a caracterização da estrutura da microbiota presente em uma
determinada amostra e a identificação de espécies predominantes, que
podem ser utilizadas como indicadoras de qualidade do solo. Por
exemplo, baseado nessas técnicas, foi mostrado que os microrganismos
do gênero Nitrosomonas, ao contrário do que se pensava, não são o
grupo mais importante dentre as bactérias do solo que oxidam amônia,
tendo sido identificada uma bactéria dominante de outro táxon, que, no
entanto, não é cultivável nos meios de cultura tradicionais (LIESACK;
STACKEBRANDT, 1992; FELSKE et al., 1997).
Em outro estudo, foi mostrado que pelo menos 50% dos clones
seqüenciados eram bactérias do solo metabolicamente ativas,
pertencentes ao gênero Bacillus (FELSKE et al., 1998). Cerca de 20%
destes não eram, no entanto, cultiváveis e apresentaram alta similaridade
com B. benzovorans. A presença no solo de clones variados que agrupam
com a-proteobacteria é bastante comum e já foi relatada em vários
estudos de diferentes países.
Do mesmo modo, ao se estudar a diversidade microbiana na
Floresta Amazônica, foi observado que 80 dos 100 clones analisados
apresentaram seqüências desconhecidas, não sendo possível a
determinação das espécies (BORNEMAN; TRIPLETT., 1997). Estes
autores verificaram também alterações nas populações microbianas
quando compararam áreas de florestas transformadas em pastagens.
Na área de floresta, 18% dos clones seqüenciados eram do gênero
Clostridium, que somente foram encontrados nessa área, e bactérias do
gênero Bacillus mostraram-se quatro vezes mais abundantes que na
área de pasto.
Estudos com clonagem mostraram que a população microbiana
variou de acordo com o grau de conversão de floresta em pastagem
(NÜSSLEIN; TIEDJE, 1999). Nesse caso, a população microbiana da
área de pasto apresentou, além de maior conteúdo G+C que a população
da área de floresta, grupos diferentes de microrganismos raros e dominantes.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3137
38 Capítulo 2
Na área de floresta, predominaram bactérias do grupo Fibrobacter e
Syntrophomonas, enquanto no pasto predominaram Burkholderia,
Rhizobium e Agrobacterium, consideradas bactérias com maior
versatilidade metabólica.
Apesar de eficiente, o uso do método de clonagem para análise
da diversidade microbiana total deve ser considerado com cautela, pois
o número de clones avaliados deve ser representativo da população total.
A análise de diversos modelos de distribuição tem mostrado que, para
avaliar a diversidade total de uma determinada amostra, o número total
de clones a serem seqüenciados deve ser bastante elevado (DUNBAR
et al., 2002), o que representa uma desvantagem, por encarecer muito
aaplicação dessa técnica.
Análise da comunidade microbiana via DGGE/TGGE
Assim como a análise de clones, as técnicas de DGGE/TGGE
vêm sendo amplamente utilizadas, e, por meio da análise desses géis,
tem sido possível demonstrar o efeito de certas práticas sobre a comuni-
dade microbiana.
Estudos com DGGE e Biolog em solos expostos durante um período
de 10 anos aos herbicidas à base de fenil-uréia (Diuron, Linuron e
Clorotoluron) mostraram que tanto a estrutura quanto o potencial
metabólico da microbiota do solo foram afetados pela longa exposição
aos herbicidas (EL FANTROUSSI et al., 2000). Eles concluíram ainda,
após o seqüenciamento de bandas isoladas do DGGE, que o efeito negativo
da aplicação de linuron se deu mais profundamente sobre bactérias
não cultiváveis agrupadas em uma divisão chamada Acidobaterium.
Entretanto, em certas circunstâncias, esse herbicida favoreceu o
aparecimento de Variovorax sp., não encontrado nos solos-testemunha.
O efeito da adição de substâncias complexas ao solo foi demons-
trado também por Duarte et al. (2001), que, estudando a contaminação
por petróleo, observaram que o número de bandas do gel desnaturante
decai com o aumento do conteúdo de óleo no solo, apresentando
também uma mudança progressiva em relação ao tempo de exposição
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3138
39O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
a esse composto. O seqüenciamento de três bandas predominantes
sugere ser actinomicetos, Arthrobacter sp. e outra bactéria ainda
desconhecida, microrganismos mais abundantes nessas condições,
provavelmente pela habilidade de utilizar tais compostos como
substrato.
Embora o DGGE/TGGE permita avaliar a comunidade microbiana
total, pelo uso de primers universais para bactérias e fungos, estudos
mais recentes têm se baseado também no uso de primers específicos,
que podem caracterizar um determinado gênero ou grupo. A principal
vantagem desses primers é que eles permitem o acesso a um grupo que
pode ter um efeito importante sobre a comunidade, mas que por ter
uma população menor que a população bacteriana total não é detectado
por PCR. Um exemplo da aplicação de primers gerais e específicos foi
dado por Heuer et al. (2002), que estudaram a comunidade microbiana
durante 3 anos consecutivos, visando à caracterização de alterações
na microbiota associada a raízes de batatas transgênicas, contendo o
gene da Lisozima T4. Foram utilizados primers para bactérias,
actinomicetos e a- ou b-Proteobacteria. Após seqüenciar diversas bandas
separadas no DGGE e comparar os resultados polifásicos entre as
cultivares transgênicas e selvagens, os autores concluíram que a
expressão do gene Lisozima T4 não influenciou a comunidade microbiana
da rizosfera, enquanto fatores como as estações do ano tiveram
influência significativa.
A diversidade e a dinâmica da população microbiana na rizosfera
de duas cultivares de milho (Nitrofliting e Nitrodent) cultivadas em solo
tropical foram avaliadas por meio do uso de primers para Eubacteria,
a-, b-Proteobacteria e actinomicetos (GOMES et al., 2001). A análise da
população culturável revelou diferenças significativas somente aos 40
dias após a semeadura, para ambas as cultivares. Já a análise da
população total revelou que, independentemente dos primers, o padrão
foi bastante similar para ambas as cultivares. Esses autores observaram
ainda que a influência da sazonalidade foi mais intensa para Eubacteria,
a- e b-Proteobacteria e menos intensa para actinomicetos. O efeito
rizosférico foi muito mais pronunciado nas raízes de plantas jovens
comparadas com as de plantas maduras, indicando um maior efeito do
estágio de desenvolvimento da planta, com plantas maduras apresentando
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3139
40 Capítulo 2
uma comunidade mais complexa, quando comparado com o efeito
cultivar. O seqüenciamento de clones provenientes de bandas de TGGE
indicaram que a população dominante encontrada em todos os estágios
do crescimento das plantas apresentaram alta similaridade com o gênero
Arthobacter.
Silva et al. (2003) avaliaram, por intermédio do uso de primers
específicos, a diferença da população de Paenibacillus associada á raiz
de quatro cultivares de milho, em solos de Cerrado e Várzea. A análise
dos géis de DGGE indicaram uma grande similaridade entre as amostras
oriundas do mesmo tipo de solo, independente da cultivar analisada,
indicando que o tipo de solo era o principal fator determinante da
diversidade do gênero Paenibacillus. Entretanto, esses autores puderam
observar ainda pequenas diferenças entre cultivares, em que a
comunidade oriunda de cultivares de ciclo curto tendiam a se agrupar
separadamente da comunidade oriunda de cultivares de ciclo mais longo.
Essas diferenças entre cultivares podem ser explicadas por diferenças
no estágio fisiológico da planta, uma vez que as amostragens foram
realizadas na mesma época.
Salles et al. (2002a) mostraram que a técnica de DGGE foi capaz
de caracterizar a diversidade dentro do gênero Burkholderia. Pelo uso
de primers específicos, esses autores demonstraram diferenças nas
comunidades das espécies de Burkholderia presentes em duas áreas de
pastagens. Além disso, as comunidades obtidas de solos rizosféricos
apresentaram perfis mais complexos do que aquelas estudadas de
amostras de solos não associados. Resultados semelhantes foram
observados por Salles et al. (2002b), analisando a comunidade de
bactérias do gênero Burkholderia oriunda de solos com diferente
histórico agrícola. Embora métodos tradicionais de cultivo tenham
mostrado não haver diferença entre solos sob rotação de cultura ou
pastagem permanente, a análise da população total mostrou diferenças
claras, sendo o solo sob pastagem mais diverso que o sob cultivo.
A análise dos isolados obtidos em ambas as áreas indicou ainda um
forte efeito da pastagem na seleção de espécies de Burkholderia capazes
de controlar Rhizoctonia solani, um fungo fitopatogênico, sugerindo que
os solos sob pastagem são mais supressivos que os sob cultivo.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3140
41O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
Além da análise da diversidade total e de determinados grupos
de microrganismos, pelo DGGE é possível também analisar a diversidade
de grupos funcionais, ou seja, de organismos que estão envolvidos em
determinados processos, como por exemplo os organismos fixadores
de nitrogênio. Como esses organismos estão distribuídos por diversos
grupos de bactérias, o desenvolvimento de primers baseados no 16S
DNAr seria inviável. A alternativa então seria o desenvolvimento de
primers baseados em genes responsáveis pelo processo de fixação
biológica de nitrogênio. Lovell et al. (2000) utilizaram primers específicos
para o gene nifH, que codifica para um dos genes estruturais da
nitrogenase, para determinar a diversidade da comunidade diazotrófica
associada à rizosfera de Spartina alterniflora. Após a separação de
diferentes fragmentos por DGGE, esses fragmentos foram cortados,
clonados e seqüenciados, e a análise da seqüência determinou que um
grande número de organismos diazotróficos pertencia a γ-Proteobacteria,
enquanto poucos clones pertenciam a α-Proteobacteria. Os resultados
demonstraram que a diversidade de organismos diazotróficos era grande,
e composta principalmente por organismos ainda não conhecidos.
Esses estudos mostram o avanço rápido nos conhecimentos das
comunidades microbianas edáficas proporcionado por técnicas baseadas
em DNA total extraído diretamente do solo. A identificação da dinâmica
populacional em áreas sob impactos humanos e/ou climáticos será um
elemento importante na caracterização de bioindicadores que possam
atestar a qualidade do solo. Novas técnicas, tais como microarray,
permitirão que cada vez mais se compreenda a flutuação dessas
populações, facilitando a interferência técnica diante de situações de
degradação ambiental.
Referências
BIANCIOTTO, V.; BANDI, C.; MINERDI, D.; SIRONI, M.; TICHY, H. V.;
BONFANTE, P. An Obligatelyendosymbiotic fungus itself harbors
obligately intracellular bacteria. Applied and Environmental
Microbiology, Washington, v. 62, n.8, p. 3005-3010, 1996.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3141
42 Capítulo 2
BORNEMAN, J.; TRIPLETT, E. W. Molecular microbial diversity in soils
from eastern Amazonia: evidence for unusual microorganisms and
microbial population shifts associated with deforestation. Applied and
Environmental Microbiology, Washington, v. 63, n. 7, p. 2647-2653, 1997.
COWAN, D. A. Microbial genomes – the untapped resource. Trends in
Biotechnology, Amsterdam, v.18, p. 14-16, 2000.
DUARTE, G. F.; ROSADO, A. S.; SELDIN, L.; DE ARAUJO, W.; VAN
ELSAS, J. D. Analysis of bacterial community structure in sulfurous-oil-
containing soils and detection of species carrying dibenzothiophene
desulfurization (dsz) genes. Applied and Environmental Microbiology,
Washington, v. 67, n. 3, p. 1052-1062, 2001.
DUNBAR, J.; BARNS, S. M.; TICKNOR, L. O.; KUSKE, C. R. Empirical
and theoretical bacterial diversity in four Arizona soils. Applied and
Environmental Microbiology, Washington, v. 68, n. 6, p. 3035-3045, 2002.
EL FANTROUSSI, S.; VERSTRAETE, W.; TOP, E. M. Enrichment and
molecular characterization of a bacterial culture that degrades methoxy-
methyl urea herbicides and their aniline derivatives. Applied and
Environmental Microbiology, Washington, v. 66, n.12, p. 5110-5115,
2000.
ENGELEN, B.; MEINKEN, K.; VON WINTZINGERODE, F.; HEUER, H.;
MALKOMES, H. P.; BACKHAUS, H. Monitoring impact of a pesticide
treatment on bacterial soil communities by metabolic and genetic
fingerprinting in addition to conventional testing procedures. Applied
and Environmental Microbiology, Washington, v. 64, n. 8, p. 2814-2821,
1998.
FELSKE, A.; AKKERMANS, A. D. L. Spatial homogeneity of abundant
bacterial 16S rRNA molecules in grassland soils. Microbial Ecology,
New York, v. 36, n. 1, p. 31-36, 1998.
FELSKE, A.; RHEIMS, H.; WOLTERINK, A.; STACKEBRANDT, E.;
AKKERMANS, A. D. Ribosome analysis reveals prominent activity of an
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3142
43O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
uncultured member of the class Actinobacteria in grassland soils.
Microbiology, New York, v. 143, Part. 9, p. 2983-2989, 1997.
FELSKE, A.; WOLTERINK, A.; VAN LIS, R.; AKKERMANS, A. D.
Phylogeny of the main bacterial 16S rRNA sequences in Drentse.
A grassland soils (The Netherlands). Applied and Environmental
Microbiology, Washington, v. 64, n. 3, p. 871-879, 1998.
FERREIRA, E. P. de B.; NEVES, M. C. P.; VOSS, M.; SANTOS, H. P.;
RUMJANEK, N. G. Population of fluorescent Pseudomonas associated
to wheat roots cultivated under conventional and no-tillage systems. In:
INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MICROBIAL ECOLOGY, 9th.,
Amsterdam, 2001. Resumos... Amsterdam: ISME, 2001. p. 277.
FONSECA, M. C. C.; ZAGO, V. C. P.; RUMJANEK, N. G. Isolados de
bactérias fluorescentes do gênero Pseudomonas oriundas de cenoura e
alface sob cultivo orgânico. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE
FERRTILIDADE DO SOLO E NUTRIÇÃO DE PLANTAS, 24., REUNIÃO
BRASILEIRA SOBRE MICORRIZAS, 8., SIMPÓSIO BRASILEIRO DE
MICROBIOLOGIA DO SOLO, 6., REUNIÃO BRASILEIRA DE BIOLOGIA
DO SOLO, 3., 2000, Santa Maria-RS. Biodinâmica do solo... Santa Maria:
SBCS, SBM, 2000. p. 14.
FROSTEGÅRD, A.; COURTOIS, S.; RAMISSE, V.; CLERC, S.; BERNILLON,
D.; LE GALL, F.; JEANNIN, P.; NESME, X.; SIMONET, P. Quantification
of Bias Related to the Extraction of DNA Directly from Soils. Applied
and Environmental Microbiology, Washington, v. 65, n. 12, p. 5409-
5420, 1999.
GOMES, N. C. M.; HEUER, H.; COSTA, R.; MENDONÇA-HAGLER, L.;
SMALLA, K. Bacterial diversity of the rhizosphere of maize (Zea mays)
grown in tropical soil studied by temperature gradient gel electrophoresis.
Plant and Soil, Dordrecht, v. 232, n.1-2, p. 167-180, 2001.
GRIFFITHS, B. S.; RITZ, K.; EBBLEWHITE, N.; DOBSON, G. Soil
microbial community structure: Effects of substrate loading rates. Soil
Biology and Biochemistry, Oxford, v. 31, n. 1, p. 145-153, 1999.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3143
44 Capítulo 2
HEUER, H.; KROPPENSTEDT, R. M.; LOTTMANN, J.; BERG, G.;
SMALLA, K. Effects of T4 lysozyme release from transgenic potato roots
on bacterial rhizosphere communities are negligible relative to natural
factors. Applied and Environmental Microbiology, Washington, v. 68,
n. 3, p. 1325-1335, 2002.
HOLLOWAY, J. D.; STORK, N. D. The dimensions of biodiversity: the
use of invertebrates as indicators of human impact. In: HAWKSWORTH,
D. L., (Ed.). The Biodiversity of microorganism s and invetebrates: Its
role in sustainable agriculture. Wallingford: CAB International, 1991.
p. 37-63. (CASAFA Report Series, 4).
INSAM, H. Developments in soil microbiology since the mid 1960s.
Geoderma, Amsterdam, v. 100, n. 3-4 p. 389-402, 2001.
KENNEDY, A. C. Bacterial diversity in agroecosystem. Agriculture
Ecosystems and Environmental, Amsterdam, v. 74, n. 1, p. 65-76, 1999.
KOZDROJ, J.; VAN ELSAS, J. D. Structural diversity of microorganisms
in chemically perturbed soil assessed by molecular and cytochemical
approaches. Journal of Microbiology Methods, Amsterdam, v. 43, n. 3,
p. 197-212, 2001.
LOVELL, C. R.; PICENO, Y. M.; QUATTRO, J. M.; BAGWELL, C. E.
Molecular analysis of diazotroph diversity in the rhizosphere of the
smooth Cordgrass, Spartina alterniflora. Applied and Environmental
Microbiology, Washington, v. 66, n. 9, p. 3814-3822, 2000.
LIESACK, W.; STACKEBRANDT, E. Occurrence of novel groups of the
domain Bacteria as revealed by analysis of genetic material isolated
from an Australian terrestrial environment. Journal of Bacteriology,
Baltimore, v.174, n.1 5, p. 5072-5078, 1992.
MARTINS, L. M. V.; NEVES, M. C. P.; RUMJANEK, N. G. Growth
characteristics and symbiotic efficiency of rhizobia isolated from cowpea
nodules of the North-East Region of Brazil. Soil Biology and Biochemistry,
Oxford, v. 29, n. 5-6, p.1005-1010, 1997.
MUYZER, G.; DE WAAL, E. C.; UITTERLINDEN, A. G. Profiling of
complex microbial populations by denaturing gradient gel
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3144
45O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes
coding for 16S rRNA. Applied and Environmental Microbiology,
Washington, v. 59, n. 3, p. 695-700, 1993.
NDAW, S. M.; SOUZA, A. O.; RUMJANEK, N. G. Diversidade de rizóbio
nativo de solos do cerrado e da caatinga. In: ENCONTRO NACIONAL
DE MICROBIOLOGIA AMBIENTAL, 7., 2000, Recife, PE. Resumos...
Recife: Fundação Antônio dos Santos Abranches-FASA, 2000. p. 14.
ENAMA.
NUSSLEIN, K.; TIEDJE, J. M. Soil bacterial community shift correlated
with change from forest to pasture vegetation in a tropical soil. Applied
and Environmental Microbiology, Washington, v. 65, n. 8, p. 3622-3626,
1999.
RANJARD, L.; POLY, F.; NAZARET, S. Monitoring complex bacterial
communities using culture-independent molecular techniques:
application to soil environment. Research in Microbiology, Paris, v. 151,
n. 3, p. 167-177, 2000.
ROGERS, B. F.; TATE III. Temporal analysis of the soil microbial
community along a toposequence in Pineland soils. Soil Biology and
Biochemistry, Oxford, v. 33, n.10, p. 1389-1401, 2001.
RONDON, M. R.; GOODMAN, R. M.; HANDELSMAN, J. The Earth’s
bounty: assessing and accessing soil microbial diversity. Trends in
Biotechnology, Amsterdam, v. 17, n. 10, p.403-409, 1999.
ROSADO, A. S.; DUARTE, G. F.; SELDIN, L.; VAN ELSAS, J. D.
Molecular microbial ecology: A minireview. Revista de Microbiologia,
São Paulo, v. 28, n. 1, p. 135-147, 1997.
SALLES, J. F.; SOUZA, F.A.; VAN ELSAS, J. D. Molecular methods to
assess the diversity of Burkholderia species in environmental samples.
Applied and Environmental Microbiology, Washington, v.68, n. 4,
p. 1595-1603, 2002a.
SALLES, J. F.; VAN VEEN, J. A.; VAN ELSAS, J. D. Diversity of Burkholderia
species in soils under different crop management. In: SYMPOSIUM ON
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3145
46 Capítulo 2
BACTERIAL GENETICS AND ECOLOGY,7th., Bergen, Noruega, 2002.
Resumos... Bergen: University of Bergen, 2002b. p. 96.
SANDAA, R. A.; ENGER, O.; TORSVIK, V. Abundance and diversity of
Archaea in heavy-metal-contaminated soils. Applied and Environmental
Microbiology, Washington, v. 65, n. 8, p. 3293-3297, 1999.
SILVA, K. R. A.; SALLES, J. F.; SELDIN, L.; VAN ELSAS, J. D. Assessment
of the diversity of Paenibacillus spp. in the rhizosphere of different maize
cultivars in two soils by Paenibacillus-specific PCR-DGGE and sequence
analysis. Journal of Microbiological Methods, 2003. Submetido.
SILVA, F. V.; RUMJANEK, N. G.; SILVA JÚNIOR, J. P. Diversidade de
rizóbio sob diferentes coberturas vegetais. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE MICROBIOLOGIA, 20., Salvador, 1999. Resumos...
Salvador: Sociedade Brasileira de Microbiologia, 1999. p. 303.
TURCO, R. F.; BLUME, E. Indicator of soil quality. In: SIQUEIRA, J. O.;
MOREIRA, F. M.; LOPES, A. S.; GUILHERME, L. R. G.; FAQUIN, A. E.;
FURTINI NETO, A. E.; CARVALHO, J. G., (Ed.). Inter-Relação fertilidade,
biologia do solo, e nutrição de plantas. Viçosa: Sociedade Brasileira de
Ciência do solo, 1999. p. 529-550.
ZAGO, V. C. P.; FONSECA, M. C. C.; DE-POLLI, H.; RUMJANEK, N. G.
Estudo das populações de Pseudomonas fluorescentes spp. em rizosfera
de couve sob diferentes adubações. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE
FERRTILIDADE DO SOLO E NUTRIÇÃO DE PLANTAS, 24., REUNIÃO
BRASILEIRA SOBRE MICORRIZAS, 8., SIMPÓSIO BRASILEIRO DE
MICROBIOLOGIA DO SOLO, 6., REUNIÃO BRASILEIRA DE BIOLOGIA
DO SOLO, 3., oct. 2000, Santa Maria-RS. Biodinâmica do solo... Santa
Maria: SBCS, SBM, 2000. p. 67.
ZILLI, J. E.; CAMARA, A. F. S.; NEVES, M. C. P.; RUMJANEK, N. G.
Diversidade de rizóbio nativo em área da Mata Atlântica sob diferentes
sistemas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE MICROBIOLOGIA, 20.,
1999, Salvador. Resumos... Salvador: Sociedade Brasileira de
Microbiologia, 1999. p. 30.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3146
47O Papel da Ecologia Microbiana e da Qualidade do Solo na Sustentabilidade...
Capítulo 3
Fauna do Solo e sua Inserção
na Regulação Funcional
do Agroecossistema
Adriana Maria de Aquino
Definição de fauna do solo
Fauna do solo é o termo utilizado quando se deseja referenciar a
comunidade de invertebrados que vive permanentemente ou que passa
um ou mais ciclos de vida no solo. Esses invertebrados variam muito
em tamanho e diâmetro, o que lhes confere habilidade diferenciada na
sua estratégia de alimentação e adaptação ao hábitat. Dessa forma, o
tamanho define a extensão em que a atividade dos mesmos (alimentação
e escavação) pode modificar as propriedades do solo (ANDERSON,
1988), e também a amplitude em que podem ser influenciados pelo manejo
do solo.
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3147
48 Capítulo 3
A microfauna compreende invertebrados de diâmetro do corpo
inferior a 100 µm, incluindo os protozoários e nematóides (Fig. 1). Esses
animais alimentam-se de microrganismos, o que faz com que tenham
importante papel na regulação da matéria orgânica (SWIFT et al., 1979).
A mesofauna compreende invertebrados de tamanho médio
(100 µm – 2 mm), taxonomicamente diversos, incluindo ácaros,
colêmbolos, protura e diplura (Fig. 2). Esses animais habitam os espaços
Microfauna Mesofauna Macrofauna
200 µm
10 mm
Protozoa
Tardigrada
Rotifera
Nematoda
Acari
Collembola
Protura
Diplura
Chelonethi
Araneida
Opiliones
Coleoptera
Isopoda
Diplopoda
Chilopoda
Mollusca
Enchytraeidae
Lumbricidae
40 60 80 160 320 640 13 26 5 10 20 40 80
µm mm
Fig. 1. Classificação dos organismos do solo com base no diâmetro do corpo.
Fonte: Modificado de Swift et al. (1979).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3148
49Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
porosos do solo e não são capazes de criar sua própria galeria, sendo
por isso particularmente afetados pela compactação do solo (HEISLER;
KAISER, 1995). Esse grupo também é importante na regulação da
decomposição da matéria orgânica ao promoverem a remoção seletiva
de microrganismos (VISSER, 1985; MOORE; WALTER, 1988).
Já a macrofauna é composta pelos organismos de maior diâmetro
(2 mm – 20 mm) e compreende, entre outros, as minhocas, formigas e
cupins (Fig. 3 a 17). Os componentes da macrofauna têm o corpo em
tamanho suficiente para romper as estruturas dos horizontes minerais e
orgânicos do solo ao se alimentar, movimentar e construir galerias no
solo (ANDERSON, 1988). Os miriápodos (gongolos, lacraias, etc.), por
exemplo, têm uma morfologia que os permite forçar, por meio da cabeça
e de seus diversos pés, seus caminhos entre a vegetação e outros hábitats
não disponíveis à micro e mesofauna (HOPKIN; READ, 1992).
Os organismos que compreendem a macrofauna são denominados
“engenheiros do ecossistema” (LAVELLE et al., 1997), por influenciarem
Fig. 2. Protozoários do solo: a) flagelado; b) nu; c) ciliado; d) esquema geral de
um nematóide.
Fonte: a, b e c – Modificado de Lousier & Banforth, 1991; d – Modificado de Gonzaga e
Lordello (1981).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3149
50 Capítulo 3
Fig. 4. Diplopoda (congolo, piolho-de-cobra, embuá), caracterizam-
se por apresentar dois pares de pernas por segmento.
Fonte: Modificado de Barnes (1990).
Macrofauna
Fig. 3. a) Collembola (colêmbolos); b) Acarina (ácaros); Oribatida,
comum em solo; c) Protura (não apresenta antena); d) Diplura.
Fonte: a – Modificado de Christiansen, 1991; b – modificado de Norton (1991);
c – modificado de Copeland & Imadate, 1991 e d – modificado de Fergusson
(1991).
Mesofauna
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3150
51Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
Fig. 5. Chilopoda
(centopéias). Essa classe
apresenta as seguintes
ordens:
a) Scolopendormorpha;
b) Geophilomorpha;
c) Scutigeromorpha;
d) Lithobiomorpha.
Fonte: Modificado de
Barnes (1990).
Fig. 6. Symphyla. O tronco
apresenta 12 segmentos
portadores de pernas, cobertos
por 15 a 22 escamas tergais.
O tronco termina em um
pequeno telso.
Fonte: Modificado de Barnes
(1990).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3151
52 Capítulo 3
Fig. 7. Arachnida. Apresentam limite entre cefalotórax e abdome, indicado
pela linha interrompida, e quatro pares de pernas.
Fonte: Modificado de Storer e Usinger (1978).
Fig. 8. Isoptera (cupins,
térmitas). Todas as espécies
são sociais. Castas de
Coptotermes acinaciformes,
Rhinotermitidae: a) alada;
b) operária; c) soldado.
Fonte: Modificado de Gay
(1970).
a c
b
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3152
53Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
Fig. 10. Psocoptera (piolho de livro). Apresenta cabeça destacada, mesotórax
bastante desenvolvido e antena longa a) Trogiidae; b) Liposcelidae; c) Myopsoci-
dae (repousa as asas como um telhado).
Fonte: Modificado de Smithers (1970).
a b
c
Fig. 9. Dermaptera. Os
representantes dessa
ordem são comumente
denominados de
tesourinha em virtude da
presença de uma pinça
existente na extremidade
do abdome, que possui
função de defesa e
auxilia a cópula.
Fonte: Modificado de Rentz
e Kevan (1991).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3153
54 Capítulo 3
Fig. 12. Isopoda (tatuzinho de
jardim). Crustáceo que
apresenta 1 par de antenas e 7
pares de pernas.
Fonte: Rebeiro-Costa e Rocha (2002).
Fig. 11. Thysanoptera
(tripes). Apresenta asas tipo
franjada (thysanus = franja).
Fonte: Modificado de Reed
(1970).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3154
55Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
Fig. 13. Oligochaeta (minhoca) com o corpo dividido em anéis, apresenta
inúmeras espécies diferentes.
Fonte: Lainez e Jordana (1987).
Fig. 14. Coleoptera
(besouros). Caracteriza-se
por apresentar dois pares de
asas, sendo um modificado
como pesadas capas
protetoras.
Fonte: Modificado de Lawrence e
Britton (1970).
Fig. 15. Hemiptera:
Subordens:
a) Heteroptera
(percevejos);
b) Homoptera
(cigarra, cigarrinhas).
Fonte: Modificado de
Carver et al. (1970).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3155
56 Capítulo 3
Fig. 17. Blattodea (barata).
Vista ventral. São ortópteros
quenão apresentam pernas
do tipo saltatório.
Fonte: Modificado de Roth (1970).
direta ou indiretamente a disponibilidade de recursos para os outros
organismos pela escavação e/ou ingestão e pelo transporte de material
mineral e orgânico do solo, pelas estruturas construídas como resultado
dessas atividades, incluindo galerias, bolotas fecais, montículos e ninhos,
modificando o ambiente físico e químico do solo. A exclusão da
macrofauna do solo reduz a taxa de decomposição e a liberação de
nutrientes da serapilheira.
Anderson (1973) avaliou o papel de diferentes comunidades
decompositoras (microrganismos, microfauna, mesofauna e macrofauna)
na decomposição da serapilheira de castanheira, utilizando litter bags
Fig. 16. Orthoptera
(gafanhotos, grilos).
Muitos desses grupos
apresentam o fêmur da
perna posterior
aumentado para saltar.
Fonte: Modificado de Key
(1970).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3156
57Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
em três diferentes malhas: 45 µm, 1 mm, 5 mm em locais diferentes, e
observou que a taxa de decomposição entre as três malhas foi similar
em solo mais ácido em que dominavam colêmbolos, ácaros e protozoá-
rios, e a macrofauna era ausente ou ocorria em baixa diversidade. Já em
solos menos ácidos, a taxa de decomposição era tanto maior quanto
maior a malha em virtude da atividade de fragmentação dos animais
maiores, como minhocas e miriápodos. Essa descrição exemplifica bem
a relação que pode existir entre o tamanho do corpo dos organismos
(Fig. 17) e a função que podem desempenhar no solo, nesse caso, no
processo de decomposição da matéria orgânica.
Outro ponto importante é a qualidade do material (relação
C/N, concentração de polifenóis, etc.) disponível para a subsistência
da fauna do solo, o que pode influenciar a comunidade por intermédio
da palatabilidade para os animais, tendo Hendrikson (1990) e Tian et al.
(1999) demonstrado que esta é bem diversa entre os diferentes grupos
da fauna do solo.
Na Tabela 1, foi sumarizada a influência dos microrganismos e
dos diferentes grupos de tamanho da fauna do solo nos processos do
ecossistema.
Tabela 1. Influência da biota do solo nos processos do ecossistema.
Ciclagem de nutrientes Estrutura do solo
Microflora Cataboliza a matéria orgânica, Produz compostos orgânicos que
mineraliza e imobiliza ligam agregados
nutrientes
Microfauna Regula as populações de Pode afetar a agregação do solo por
bactérias e fungos, altera o meio das interações com a microflora
turnover de nutrientes
Mesofauna Regula as populações de Produz pellets fecais, cria bioporos,
fungos e da microfauna promove a humificação
Macrofauna Fragmenta os resíduos de Mistura partículas minerais e
plantas, estimula a atividade orgânicas, redistribui matéria orgânica
microbiana e microrganismos, cria bioporos,
promove humificação, produz pellets
fecais
Fonte: Modificado de Hendrix et al. (1990).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3157
58 Capítulo 3
Atualmente, com o crescente interesse por práticas agrícolas mais
conservacionistas, muita ênfase tem sido dada ao estudo da estrutura
da comunidade da macrofauna, visando entender o funcionamento do
solo e obter possíveis indicadores da qualidade do solo.
Estrutura dos ecossistemas
naturais e dos agroecossistemas
Um ecossistema pode ser definido como um sistema funcional
de relações complementares entre os organismos vivos e o seu
ambiente, ocorrendo uma regulação interna de fluxo e energia, que
mantém um equilíbrio dinâmico e estável. Os componentes estruturais
mais básicos dos ecossistemas são fatores bióticos – organismos vivos
que interagem no ambiente – e fatores abióticos – componentes
químicos e físicos não vivos do ambiente, como solo, luz, umidade e
temperatura.
Em termos de organização das partes que compõem o ecossistema,
temos os indivíduos, as populações (conjunto de indivíduos da mesma
espécie), a comunidade (conjunto de populações) e o ecossistema
propriamente. Esses quatro níveis de organização podem ser aplicados
também aos agroecossistemas. Vale ressaltar que agroecossistema é
definido como um “ecossistema agrícola”, seja esse com práticas
ecológicas ou não (ODUM, 1983).
Os agroecossistemas diferem do sistema natural por utilizar
energia auxiliar, consistindo em trabalho humano, animal, fertilizantes,
pesticidas, água de irrigação, combustível para mover maquinaria, etc.
Além desse aspecto, a diversidade de organismos é muito reduzida,
para maximizar a produção de um determinado produto ou alimento.
Nesse caso, plantas e animais dominantes sofreram seleção artificial.
(ODUM, 1983).
Regulação biofuncional de um agroecossistema
Em agroecossistemas, os reguladores biológicos podem ser
divididos em três subsistemas: plantas, herbívoros e decompositores
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3158
59Fauna do Solo e sua Inserção na Regulação Funcional do Agroecossistema
(Fig. 18), agrupados em biota produtiva, biota recurso, biota destrutiva
(SWIFT; ANDERSON, 1993).
A biota produtiva compreende as plantas cultivadas, seja para
produção de alimento, fibra ou outros produtos para consumo, para uso
ou comercialização. Esse componente é deliberadamente escolhido pelo
produtor e é o principal determinante da diversidade e complexidade
do sistema.
A biota recurso representa os organismos que contribuem
positivamente para a produtividade do sistema, mas que não geram um
produto utilizado diretamente pelo produtor. Muitas espécies de plantas
utilizadas como cobertura para manejo da fertilidade do solo, manejo
de pragas e de plantas invasoras são exemplos de biota recurso.
Fig. 18. Hymenoptera (formigas, abelhas, vespas). Castas
de Myrmicinae: a, b) rainha; c, d) operárias maiores; e, f)
operárias menores; g) macho.
Fonte: Modificado de Riek (1970).
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3159
60 Capítulo 3
A fauna e a flora do subsistema de decompositores estão também
nessa categoria, entretanto pouco se sabe sobre a diversidade e a
composição desse grupo para que possam ser diretamente manejadas.
Uma exceção a isso ocorre na interface entre o subsistema dos
decompositores e o subsistema das plantas, por intermédio da microflora
simbiótica, tais como as bactérias fixadoras de nitrogênio e os fungos
micorrízicos, os quais são introduzidos em sistemas agrícolas que
apresentam baixa entrada de insumos externos.
Os predadores do subsistema dos herbívoros também são biota
recurso, e podem ser um produto do manejo, tanto indiretamente, pela
inclusão de plantas que promovam a diversidade nesse subsistema, ou
diretamente, pelo controle biológico.
A biota destrutiva compreende as pragas, os patógenos microbia-
nos e as plantas invasoras. O manejo, muitas vezes, visa reduzir a
diversidade desse componente. Por muitas décadas as pesquisas
concentraram esforços em algumas pragas, visando obter o máximo de
eficiência de controle, por meio de insumos químicos, com o intuito de
eliminá-las. Entretanto, mais recentemente, tem ocorrido considerável
avanço dos estudos enfocando o papel de toda a comunidade de
invertebrados no funcionamento do solo (LAVELLE, 1996). Esses estudos
têm demonstrado que a biodiversidade e a atividade biológica estão
diretamente relacionadas às funções e características essenciais para
a manutenção da capacidade produtiva dos solos. Assim, a fauna deve
ser vista como um “recurso” a ser manejado (LAVELLE et al., 1997).
Para isso é necessário conhecer a comunidade de invertebrados do solo,
avaliar suas funções e finalmente identificar as opções de manejo que
possam otimizar suas atividades. Não significa maximizar o número de
espécies, mas sim enfatizar certas grupos e objetivos específicos.
Hierarquia entre os diferentes grupos funcionais
A atividade, e potencialmente a diversidade, da fauna do solo
determinada por uma série de fatores bióticos e abióticos é hierarquica-
mente organizada (Fig. 19). Clima, condições de solo e atividades do
homem e animal são fatores essenciais que influenciam diretamente a
Miolo_Biota.pmd 1/12/2006, 12:3160
61Fauna