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Fertilidade dos Solos e Manejo da Aduba~ãode Culturas 03 Suprimento de Nutrientes pelo Solo e sua Absorção pelas Plantas Ibanor Anghinoni c 19on 1Meurer OS vegetais retiram do solo a maior parte dos nutrientes que necessitampara o seu desenvolvimento. A fase líquida do solo, que contém osnutrientes dissolvidos e que podem ser absorvidos pelas plantas, é chamada de solução do solo. Os nutrientes presentes na solução do solo provêm de diversas origens, tais como minerais primários constituintes da fase sólida, matéria orgânica, deposições do ar e fertilizantes. Os nutrientes contidos na solução do solo podem: 1 - ser adsorvidos nos pontos de troca de cátions (cargas negativas do solo), como K+, Ca2+,Mg2+,Zn2+, etc., ou nos pontos de troca de ânions (cargas positivas do solo), como HPO/, 50/, N03", etc.; 2 - participar de reações para formação de novos compostos, dependendo do nutriente que está sendo considerado, da sua concentração na solução do solo, da presença de outros nutrientes, do pH do solo e das condições de oxi-redução: 3 - ser absorvidos pelos vegetais; 4 - ser perdidos por lixiviação e/ou erosão do solo. Os nutrientes contidos na matéria orgânica são liberados para a solução do solo pela decomposição biológica da mesma. Os nutrientes na solução do solo estão em equilíbrio com aqueles que se encontram adsorvidos nas cargas do solo e com os que fazem parte de argilas, minerais primários, materiais amorfos e compostos pouco solúveis. Estes equilíbrios serão estudados individualmente nos próximos capítulos. 33 Carlos Alberto Bissani el aL 3.1 Absorção dos nutrientes pelas plantas As plantas absorvem os nutrientes que estão dissolvidos na solução do solo. Esta absorção é feita pelo sistema radicular, que apesar de ocupar somente 1% do volume total do solo em que se desenvolve, apresenta uma superfície de absorção muito grande. Pode-se ter uma idéia da magnitude do sistema radicular observando-se os dados obtidos com uma única planta de centeio cultivada em uma caixa de terra de 30x30x56 cm, que após 4 meses de crescimento apresentava 623 km de raízes, com uma superfície radicular de 639 m2 [3.1]. A parte de maior atividade da raiz situa-se próxima à sua extremidade. Esta região é dotada de pêlos absorventes que aumentam consideravelmente a superfície de contato da raiz com o solo e, portanto, a sua capacidade de absorção. A Figura 3.1 mostra o equilíbrio entre os nutrientes contidos nas fases líquida e sólida do solo, as partes da raiz em contato com a solução do solo e os caminhos percorridos pelos nutrientes desde a solução do solo até o xilema. FIGURA 3.1 Contato da raiz com a solução do solo e os possíveis caminhos percorridos pelos nutrientes desde a solução do solo até o xilema. Endoderme Faixa Casperiana Epiderme Partícula Pelo do solo absorvente ArdoII:~:-:.:.~. solo ~.rl..~» / •.. r ••••.~ .. .:-••=.:..! •••••••••~ ..••••••JlY .~~.=~;r Mg++ MgX M9.~.-.-~ I:~:;:;:- Solução do solo Mg++ - íon Mg++ Livre na solução MgX - íon Mg++ formando complexo (ex. Acetato de Mg) 34 Fertilidade dos Solos e Manejo da Aduba~ão de Culturas o corte transversal de uma raiz (Figura 3.1) apresenta esquematicamente as seguintes regiões: pêlos absorventes, epiderme, cortex, endoderme, xilema e floema. Entre as células da epiderme e do cortex existem espaços livres, que normalmente são ocupados pela solução do solo. Nas élulas da endoderme estes espaços livres são completamente bloqueados oela deposição de suberina, formando a faixa casperiana. As células do sistema radicular possuem uma parede celular que Ihes dá forma e - nsistência e uma membrana lipoproteica, com características de seletividade cara nutrientes. No interior das células esta localizado o citoplasma e, além ..•os demais constituintes celulares, numerosos vacúolos. O citoplasma de uma célula liga-se com o citoplasma das outras células por extensões do próprio . oplasma, constituindo-se numa comunicação intercelular denominada .J asmodesma. Os nutrientes contidos na solução do solo, que estão diretamente em : ntato com a raiz, devem atravessar a membrana lipoprotéica da célula para cenetrar em seu interior. Esta membrana apresenta características de - letividade, ou seja, deixa que alguns nutrientes penetrem no interior da :élula, ao passo que outros são excluídos. Os mecanismos de absorção - etiva ainda não são bem conhecidos, mas sabe-se que dependem do """etabolismo geral dos vegetais. Uma vez no interior da célula, o nutriente e permanecer livre como íon ou formar complexos orgânicos, podendo ver-se em ambas as formas por difusão de célula para célula, via : asmodesma, até atingir os vasos do xilema para ser levado a outras partes :a planta; pode ser também armazenado nos vacúolos das células radiculares. Os nutrientes que se encontram nos espaços intercelulares (inclusive nas redes celulares que são permeáveis ao nutriente) não podem atingir os 50S do xilema sem antes atravessarem a membrana citoplasmática, devido ;: bloqueio dos espaços intercelulares na endoderme pela faixa casperiana. 3.2 Fatores que afetam a capacidade das plantas de absorverem nutrientes A absorção de um nutriente depende de sua concentração em torno da az. Uma curva típica representando a dependência da taxa de absorção de nutriente e sua concentração em torno da raiz, em condições ideais, está -e resentada na Figura 3.2. Em condições reais, podem existir fatores que itam a capacidade das plantas de absorver os nutrientes do solo, mesmo 35 Carlos Alberto Bissani el 171. que estes se encontrem disponíveis em quantidades apreciáveis. Tais fatores são: 1 - aeração do solo - a energia necessária para a absorção de nutrientes é gerada pelo processo respiratório do sistema radicular da planta, que depende do oxigênio do solo em torno da raiz; 2 - temperatura do solo - a absorção de nutrientes depende do metabolismo vegetal que por sua vez é afetado pela temperatura do solo; 3 - antagonismo entre nutrientes - muitas vezes a adição de um nutriente em excesso pode diminuir a absorção de outro nutriente. Por exemplo: a adição de altas quantidades de K pode diminuir a absorção de Mg; e, 4 - substâncias tóxicas - qualquer substância tóxica que interfira no metabolismo vegetal pode reduzir a absorção de nutrientes pelas plantas. Os elementos tóxicos mais comuns que interferem no metabolismo vegetal são o AI e o Mn que podem ser encontrados em altas concentrações em muitos solos ácidos. t FIGURA 3.2 o 'ti·u ~ oc o llllv- I!.•.. c 2l cou Absorção de um nutriente pelas plantas como função de sua concentração em torno da raiz [3.1] Concentração na Rizosfera, mM/L 3.3 Intercepção dos nutrientes pelo alongamento do sistema radicular O sistema radicular, durante o período de seu alongamento através dos espaços porosos do solo, intercepta os nutrientes que estão neles contidos. Para o cálculo da quantidade de nutrientes supridos pela intercepção pelo sistema radicular deve-se considerar que [3.3]: 36 Fertilidade dos Solos e Manejo da Aduba~ão de Culturas 1 - O máximo de nutrientes interceptados pelas raízes é igual à quantidade de nutrientes disponíveis nos espaços porosos ocupados pelas raízes; 2 - as raízes ocupam em média 1% do volume total do solo; 3 - aproximadamente 50% do volume do solo é representado por poros; portanto, as raízes ocupam 2% dos espaços porosos. Na tabela 3.1 são mostradas as quantidades relativas de alguns nutrientes que entram em contato com a raiz pelo alongamento radicular. Este mecanismo de suprimento é importante para o Ca e o Mg, que apresentam maior concentração na solução do solo. As quantidades absorvidas dependem da concentração dos íons na solução. TABELA3.1 Valores médios da contribuição relativa da intercepção radicular, fluxo de massae difusão na absorção de P, K, Cae Mg por plantas de milho, durante 13 dias de cultivo, em 12 solos do RS[3.2] Nutriente Intercepção radicular Fluxo de massa Difusão O/o ----------------------------- --------- P 3,5 2,6 93,9 K 0,9 10,1 89,0ca(2) 35,0 65,0 O Mg(l) 4,4 74,0 21,6 Mg(2) 10,9 89,1 O :. Média dos solos em que houve difusão; 2 Média dos solos em que o fluxo de massa pode suprir maior quantidade de Ca ou de Mg do que a absorvida pelas raízes. 3.4 Movimento dos nutrientes do solo até a superfície das raízes Para visualizar o que ocorre no solo em torno da raiz de uma planta, oltemos a nossa atenção à Figura 3.1, supondo que a planta esteja iologicamente parada, sem absorver nem água nem nutrientes. Neste caso ipotético, temos um sistema solo-planta em equilíbrio e a concentração de 37 Carlos Alberto Bissani el ai. nutrientes na solução de solo é uniforme, tanto na zona en contato com a raiz bem como nas adjacências da mesma. Ao iniciar o processo biológico, a planta absorve água e nutrientes alterando o equilíbrio do sistema pela criação de diferenças de potencial de água e de concentração de nutrientes na superfície da raiz em relação ao resto do solo. Em atendimento a estas diferenças de potencial, originam-se duas formas distintas de movimento de nutrientes no solo na direção das raizes: uma pelo fluxo de transpiração, em atendimento à diferença de potencial hídrico, e outra por difusão, em atendimento ao gradiente de concentração [3.3]. 3.4.1 Movimento por fluxo de transpiração ou fluxo de massa A planta absorve água da solução do solo para repor as perdas por transpiração (aproximadamente 300 litros por kg de massa seca produzida), originando um movimento da água do solo em direção às raízes. Os nutrientes transportados até a zona radicular pelo movimento da água do solo, devido à transpiração, atingem então a superfície radicular pelo do fluxo de transpiração ou fluxo de massa. A quantidade total de nutrientes que chega por este processo à superfície da raiz pode ser calculada sabendo-se a concentração de nutrientes na solução do solo e a quantidade de água transpirada pela planta. Os valores médios calculados para o suprimento de vários nutrientes em solos do RSsão apresentados na Tabela 3.1. Em cada solo a quantidade suprida por fluxo de massa será diferente; pois a.concentração dos nutrientes na solução do solo depende da fertilidade do solo. A absorção de um nutriente pela planta cria uma zona de baixa concentração próxima à superfície da raiz, originando-se um gradiente de concentração em relação ao resto da solução do solo. Este gradiente de concentração faz com que os nutrientes se movimentem na solução do solo, em direção à superfície radicular (Figura 3.3a). Se a planta está absorvendo ativamente um íon que se encontra em baixa concentração na solução do solo, sua concentração na soluçã em contato com a raiz será próxima a zero. Devido à baixa velocidade de difusão do íon na solução do solo, sua concentração aumenta com a distância da superfície da raiz, até o ponto em que é igual à concentração inicial da solução do solo (distância L). A 3.4.2 Movimento por difusão 38 Fertilidade dos Solos e Manejo da Adubasão de Culturas concentração inicial do íon na solução do solo é representada pela altura h (Figura 3.3). concentrr-=a:.z;-:..:;o --, t a) P e K t hh b) Ca e Mg Inicial Inicial Distância da Raiz L Distância da Raiz L FIGURA 3.3 Gradiente de concentração na proximidade das raízes durante a absorção de nutrientes Os fatores que influem na quantidade de um nutriente que chega até a raiz por difusão em um determinado tempo são considerados na seguinte equação [3.4]: dq a, (C1 -LC2)-=D.A. dt em que: dq/dt = quantidade do nutriente que atinge a superfície radicular na unidade de tempo (taxa de difusão); A = área externa das raízes da planta; D = coeficiente de difusão do nutriente em água, em cm2js (este coeficiente é de aproximadamente 1,98x10-5 para o K, de OJ8x10- 5 para o Ca e de OJOx10-5 para o Mg; as características físicas do solo modificam estes coeficientes); av = água volumétrica do solo; C1 = concentração do nutriente na solução do solo (não influenciada pelo processo de difusão e a uma distância L da raiz), representada pela altura h na Figura 3.3; C2 = concentração do nutriente na solução do solo, na superfície da raiz; L = distância entre C1 e C2, que pode variar de 0,5 a 4,0 mm, ou mais. (3.1) 39 Carlos Alberlo Bissani el aI. A aplicação direta desta fórmula é difícil, devido à dificuldade de avaliar alguns fatores em condições de campo. Entretanto, pode-se facilmente observar o efeito de algumas propriedades do solo que afetam a absorção de nutrientes normalmente encontrados em baixas concentrações na solução do solo, como geralmente ocorre com o P e o K: 1 - os solos argilosos possuem maior capacidade de retenção de água (fator a.), podendo portanto suprir maior quantidade de um nutriente por difusão do que solos arenosos, com o mesmo valor de C1. Este é um dos fatores considerados na separação dos solos em classes de textura para a interpretação das análises de P; 2 - os solos que possuem boas propriedades físicas (estrutura, aeração, etc.) propiciam maior desenvolvimento de raízes, aumentando portanto o termo A, e conseqüentemente o suprimento de nutrientes por difusão. Mesmo que a taxa de suprimento por unidade de área seja baixa, o suprimento total de nutrientes será elevado devido à grande área do sistema radicular. O volume e a distribuição do sistema radicular são fundamentais para a absorção de água e nutrientes pelas plantas. Uma aplicação direta deste fato é a recomendação da calagem uniforme e em profundidade no solo, a fim de proporcionar a maior área possível para um bom desenvolvimento das raízes, principalmente em solos com teor tóxico de alumínio; 3 - os solos que mantêm um alto gradiente de concentração (termo (C1-C2)jL) podem suprir maior quantidade de nutrientes por difusão. Se a planta absorver ativamente um íon em baixa concentração na solução do solo, a concentração C2 será próxima de zero e o valor do gradiente será maior com uma alta concentração inicial C1 da solução do solo, ou com um pequeno valor da distância L. A concentração C1 é denominada fator intensidade, enquanto a distância L depende da capacidade do solo em repor os nutrientes absorvidos pela planta (fator capacidade). Adiante será visto que a análise do solo em termos ideais deve avaliar estes dois fatores. A difusão e o fluxo de transpiração são dois processos que atuam simultaneamente, visto que a absorção de água e nutrientes ocorre em geral ao mesmo tempo. Nos casos em que o suprimento de nutrientes às raízes pelo fluxo de transpiração é maior do que a absorção pela planta, ocorre uma zona de acumulação de nutrientes em torno da raiz. Isto pode ser observado em geral 40 Fertilidade dos $olos e Manejo da Aduba~ão de Culturas com o Ca e o Mg, em solos com teores elevados destes elementos na solução. Neste caso (C2 > C1), pode-se ocorrer uma difusão negativa, isto é: os íons Ca e Mg se movimentam da superfície da raiz para a solução do solo (Figura 3.3b). 3.5 Fatores capacidade e intensidade de um nutriente no solo o fator intensidade representa a concentração atual de um nutriente na solução do solo. Esta concentração em geral é muito baixa (pode ser menor do que décimos de rnq/L no caso de P) em relação às quantidades do nutriente contidas no solo. No entanto, devido aos diferentes tipos de equilíbrio existentes entre os íons em solução e os íons retidos na fase sólida, quando um íon da solução é absorvido outro íon retido na fase sólida pode passar para a solução, não alterando substancialmente a sua concentração. Esta propriedade é chamada de poder tampão do solo, específica para cada nutriente. Constituem a fase sólida do solo as argilas, matéria orgânica, minerais primários e compostos precipitados, como óxidos e/ou hidróxidos de Fe e de AI. O equilíbrio de um nutriente entre as fases sólida e líquida do solo é reversível e pode ser assim representado: l"7asesólidaD ~ ';;;e líquida D Parte dos nutrientes minerais retidos na fase sólida podem passar para a solução do solo, à medida que a planta absorve água e nutrientes. O fator capacidade representaa quantidade de íons que podem passar para a solução em determinado tempo. Vemos, pois, que para avaliar o poder de um solo suprir nutrientes para as plantas é mais importante conhecer o fator capacidade. Um solo com fator capacidade alto mantém o valor de L baixo (na equação 3.1), favorecendo portanto a difusão. Nos próximos capítulos serão estudados com maiores detalhes os fatores que determinam um alto fator capacidade nos solos e a sua influência na fertilidade dos mesmos. 41 Carlos Alberto Bissani el aI. 3.6 Você sabia? 3.6.1 Acúmulo de Ca Em solos com alto teor de Ca (como por exemplo os vertissolos da camapanha do estado do RS) podem ser frequentemente observados "tubinhos" de precipitado de cálcio, com um furinho no centro, à semelhança de um pequeno lápis. O precipitado é devido à esclusão do Ca que chega à raíz da planta por fluxo de mass, atingindo concentrações maiores que o produto de solubilização de seus sais. 42
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