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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 incremento são 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 ofertade 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 do solo 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. 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