A matéria orgânica do solo

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A matéria orgânica do solo - 2007-08-13
1- A Matéria orgânica
1.1 - Definição de matéria orgânica do solo.
A matéria orgânica é formada pelos resíduos orgânicos de origem vegetal, enterrados no solo, como as palhas, restos de culturas e outras espécies (Gros & Vivancos, 1992) e por todo o tipo de detritos orgânicos de origem animal que, no seu conjunto, reagem provocando alterações químicas, físicas e biológicas na estrutura do solo (Gonzalez, 1994).
1.2 - Constituição quimica da matéria orgânica do solo.
A decomposição da matéria orgânica é feita por microrganismos, que originam no final, ácidos húmicos e fúlvicos (húmus), que são no fundo a base de fertilidade do solo (Gros & Vivancos, 1992).
Vallerius, definiu pela primeira vez o húmus, em 1761, como sendo o resultado da decomposição da matéria orgânica. No entanto, a ideia sobre a sua natureza química e processo de formação eram totalmente desconhecidos (Senn & Kingman, 1973).
Numa fase inicial, o húmus está misturado na terra sem estar ligado às partículas do solo, constituindo o chamado "húmus jovem". Este, durante a actividade microbiana, vai libertando produtos transitórios, que desempenham um papel importante na estrutura do solo (Gros & Vivancos, 1992).
O húmus jovem evolui rapidamente (em poucos anos) para o chamado "húmus estável". O Húmus estável sofre uma acção microbiana lenta originando uma mineralização da ordem de 1 a 2% por ano, e representa a fracção orgânica mais firmemente ligada ao solo (Gros & Vivancos, 1992).
Os restos vegetais e animais que compõem a matéria orgânica são transformados no solo pelos microorganismos num processo mais ou menos rápido, conhecido por mineralização primária. Este processo leva à libertação de azoto, fósforo, enxofre e micronutrientes que podem ser absorvidos pelas plantas e também, mas mais lentamente, transformados em novos compostos orgânicos através da humificação dando origem ao húmus (Santos, 1991).
O húmus é depois decomposto pela mineralização secundária libertando dióxido de carbono e vários nutrientes num processo muito lento e que origina ácidos húmicos, huminas e ácidos fúlvicos, cuja acção na fertilidade do solo se reflecte ao nível da estabilização de agregados (ácidos húmicos) e na quelatização de elementos nutritivos (ácidos fúlvicos) (Santos, 1991).
As substâncias húmicas ou húmus são formadas por ácidos húmicos, fúlvicos e huminas, enquanto que as não húmicas são formadas por hidratos de carbono, proteínas, pigmentos e outras substâncias de baixo peso molecular, que são facilmente degradados por microorganismos do solo, contrariamente às substâncias húmicas que são muito estáveis. (Barrera, 1991).
Os ácidos húmicos têm moderado peso molecular, cor acinzentada, são solúveis em ácidos e insolúveis em meios alcalinos, enquanto que os ácidos fúlvicos apresentam baixo peso molecular, têm uma cor mais clara, são solúveis tanto em meios alcalinos como ácidos e mais susceptíveis ao ataque dos microorganismos que os ácidos húmicos. As huminas são constituídas por substâncias de elevado peso molecular, de cor escura, insolúveis em ambos os meios e muito resistentes ao ataque microbiano (Plank, 2001).
Segundo outros autores, a matéria orgânica pode-se dividir em duas categorias bem distintas, consoante a facilidade com que se dá a decomposição. Uma fracção estável resistente à decomposição e uma a fracção activa mais susceptível aos microorganismos. A matéria orgânica estabilizada e a fracção activa representam 33% a 50% do total, os microorganismos são inferiores a 5% e os resíduos orgânicos frescos inferiores a 10% (Lewandowski, 2002).
   
A primeira parte da decomposição da matéria orgânica dura cerca de 1 a 2 anos. Esta fracção da matéria orgânica é designada por “active SOM” por  ser rapidamente  decomposta.  Terminada  a primeira fase de decomposição, entra-se na fase intermédia particularmente lenta que pode levar 15 a 100 anos a ser concluída, designada “slow SOM”, a qual é constituída pelos detritos resultantes da primeira fase e muito resistente à decomposição.  A ultima fase pode demorar500 a 5000 anos por não ser biologicamente activa, é designada por “passive SOM” ou húmus (McCauley etal., 2003).
A rapidez com que se dá a decomposição da matéria orgânica depende da natureza dos resíduos orgânicos, da idade da planta, da temperatura, humidade, do seu conteúdo em azoto etc. Assim, as celuloses decompõem-se mais rapidamente enquanto que as resinas, os taninos e as lenhinas mais lentamente por serem muito resistentes aos ataques microbianos. Dum modo geral adecomposição é favorecida por temperaturas mais elevadas, baixa precipitação, solos com maior conteúdo em cálcio e material vegetal rico em azoto (Yagüe, 1994).
 
A relação C/N é outro factor importante na mineralização da matéria orgânica. À medida que a decomposição avança a relação (C/N) diminui e a velocidade também. Quando a relação (C/N) atingir o valor entre 9 a 10 a matéria orgânica terá sido transformada em húmus (Yagüe, 1994).
   
Numa relação (C/N) elevada (>30) a mineralização é muito rápida, originando a imobilização do azoto disponível para as plantas. Os  microorganismos consomem todo o azoto, sendo necessário adicionar fertilizantes azotados para compensar este bloqueio e as plantas continuarem a crescer (Jones et al., 2001).
Durante a decomposição da matéria orgânica os compostos de carbono perdem-se sob a forma de água e dióxido de carbono e o azoto fica uma parte no solo outra formando parte dos microorganismos (Yagüe, 1994).
A mineralização é óptima para solos arejados tépidos e cujo pH esteja próximo do neutro (Jones et al., 2001).
2 - Influencia da matéria orgânica nas características do solo 
2.1 - Efeito na estrutura física do solo (porosidade, arejamento e retenção de água).
A matéria orgânica induz uma cor escura aos solos como consequência do seu conteúdo em húmus, melhora a coesão dos agregados  (ligação  do  húmus com as partículas  do  solo)  tornando os solos argilosos mais ligeiros e aumentando a estabilidade aos mais arenosos, o que resulta numa melhoria da porosidade do solo e portanto da circulação de água e ar (Moreno, 1996).
A melhoria da porosidade, aumenta a permeabilidade do solo e melhora a actividade da fauna edáfica. Por outro, lado as características hidrofilicas dos coloides húmicos da matéria orgânica aumentam a capacidade de retenção de água nos períodos húmidos e reduzem as perdas por evaporação nos meses quentes (Moreno, 1996).
Segundo alguns autores, a porosidade do solo deverá representar metade do seu volume, do qual 50% serão macroporos (desde 0,05mm) e 50% microporos ou poros capilares (Patriquin, 2003).
  
Por outro lado, a maior estabilidade dos agregados resulta em maior resistência à erosão e à compactação, possibilitando um melhor desenvolvimento radicular (Noon, 2005).
A maior estabilidade estrutural do solo, além de oferecer maior resistência contra os efeitos negativos da precipitação e do vento, facilita o manuseamento do solo e melhora a circulação de calor (Moreno, 1996).
2.2 - Efeito na estrutura química do solo (pH, capacidade de troca catiónica, disponibilidade de nutrientes etc.).
As propriedades químicas que a matéria orgânica dá ao solo são conferidas pelas substâncias húmicas (vulgarmente chamado “húmus”) que contem (Sole, 1991).
A acção quelatante das substâncias orgânicas torna disponível às plantas uma grande parte dos micronutrientes catiões tais como o ferro, o zinco, manganês e cobre, insolúveis em solos com pH elevado. O ferro por exemplo fica indisponível às plantas em solos com pH próximo de oito, caso não seja quelatado (McCauley et al., 2003).
Os quelatos formam um anel à volta dos iões metálicos protegendo-os de outras reacções com compostos inorgânicos. Este complexo quelato-ião metálico pode desmontar-se e difundir o ião no interior da raiz ou entrar por inteiro lá dentro. A formação de quelatos é muito importante em solos alcalinos onde a insolubilidade de alguns micronutrientes impede a sua absorção pelasplantas, como é o caso do ferro(McCauley et al., 2003).
A elevada capacidade de troca catiónica (CTC) conferida pelos grupos funcionais (COOH- e OH-) das substâncias húmicas, ajudam a tornar disponíveis os macronutrientes (cálcio, magnésio, potássio e azoto), devido ao seu elevado poder de retenção e troca de iões entre os grupos e o solo (Moreno, 1996).
As substâncias húmicas aumentam portanto, a eficiência de absorção do azoto, fósforo, potássio, cálcio e magnésio, sendo este efeito particularmente importante em solos calcários (Obreza et al., 1989).
 
Por outro lado, a humificação da matéria orgânica ao aumentar o poder tampão do solo, impede grandes oscilações de pH o que auxilia a vida microbiana e a disponibilidade de diferentes elementos nutritivos para as plantas (Moreno, 1996).
O poder tampão do solo deve-se à grande capacidade que as substâncias húmicas têm para formar complexos e neste caso o complexo argilo-húmico, já que outros complexos podem ser formados como os humifosfatos (Barrera, 1989).
 
Os ácidos húmicos resultantes da decomposição da matéria orgânica ligam-se aos aniões fosfato formando humifosfatos que impedem a retrogradação do fósforo em meio ácido e alcalino, favorecendo a fertilidade do solo (Moreno, 1996).
 
Alguns autores verificaram que 0,5kg de matéria orgânica estabilizada pode disponibilizar cinco vezes mais nutrientes para as plantas do que a mesma quantidade de argila, ou seja tem uma CTC cinco vezes maior (Lewandowski, 2002).
Outros autores chegam mesmo a afirmar que a CTC das substâncias húmicas é 60 vezes maior do que a das argilas, e que 70% a 80% da CTC dum terreno fértil se deve a essas substâncias (Sole, 1991).
Uma outra característica importante da matéria orgânica, é a sua capacidade de ligar-se aos herbicidas reduzindo a sua persistência e acelerando a sua degradação. Este fenómeno é bastante evidente em solos ricos em matéria orgânica, onde, para combater as infestantes tem que se aplicar mais herbicida do que o normal pelo facto deste ficar muito ligado à dita matéria orgânica (Plank, 2001).
3 - Ácidos húmicos e fúlvicos
Os ácidos húmicos representam a fracção mais estável da matéria orgânica e são vulgarmente denominados por húmus ou substâncias húmicas. A sua caracterização química, bem como algumas funções ao nível do solo já foram explicadas atrás. Resta-nos apenas fazer a diferenciação entre as funções de uns e de outros na sua relação solo-planta.
 
 
Alguns autores fazem a distinção entre efeitos directos e indirectos destas substâncias sobre o desenvolvimento das plantas. Os efeitos directos envolvem a bio-estimulação dos processos fisiológicos e bioquímicos  das plantas e os indirectos prendem-se com a influência na dinâmica solo-planta, que depende da nutrição mineral, da actividade microbiana, da humidade, da textura do solo, etc. (Garcia & Freire, 1999).
3.1 - Efeito dos ácidos húmicos no solo e nas plantas
Apesar do efeito positivo nas plantas e no solo, osácidos húmicos só por si não são suficientes para a fertilização duma cultura, sendo necessário uma fonte adequada de nutrientes principais, como o azoto, o fósforo e o potássio (Senn & Kingman, 1973).
  
Contudo, têm uma acção directa sobre os processos metabólicos das plantas. Os ácidos húmicos aumentam a permeabilidade da membrana celular e por conseguinte ajudam as proteínas transportadoras de iões na entrada de elementos essenciais à raiz. ( Leemhuis, 1989).
Os ácidos húmicos aceleram o crescimento de muitas variedades de culturas, quer na germinação de sementes, quer no crescimento em altura mas o resultado mais evidente é no crescimento das raízes (Obreza et al., 1989).
 
Muitos investigadores, observaram que a presença de ferro nos ácidos húmicos ou a sua própria natureza coloidal, favorecem o crescimento de vários grupos de microrganismos no solo (Senn & Kingman, 1973).
Khristeva acredita que os ácidos húmicos que entram na planta em estágios avançados do seu desenvolvimento, são uma fonte de poli- fenóis, que funcionam como catalizadores da respiração. O resultado é o aumento da actividade da planta; aceleração dos processos enzimáticos, aceleração da divisão celular, crescimento mais rápido da raiz e aumento de matéria seca (Senn & Kingman, 1973).
Como já referido atrás, os ácidos húmicos e fúlvicos (substâncias húmicas) favorecem a assimilação de nutrientes, mas há funções reconhecidas entre uns e outros ácidos. Por exemplo, o ferro complexado nos ácidos fúlvicos deslocava-se mais facilmente do que o complexado nos ácidos húmicos. Por isso a importância dos ácidos fúlvicos, no transporte do ferro até à parte aérea. Os ácidos húmicos, por sua vez são importantes na retenção dos nutrientes em concentrações elevadas no solo, o que evita  toxicidades. Há  estudos  a revelarem  que  o  Zinco é melhor absorvido pelas plantas complexado nos ácidos húmicos do que na forma de quelato (Garcia & Freire, 1999).
3.2 - Efeito dos ácidos fúlvicos  no solo e nas plantas.
Embora a maior parte dos estudos sobre os ácidos fúlvicos estejam relacionados com plantas, vários testemunhos têm mostrado que os seus efeitos benéficos estendem-se não só às plantas, mas também aos animais e seres humanos (Senn, s.d.).
 
Os ácidos fúlvicos, desempenham um papel importante no transporte de água e nutrientes para as plantas através das membranas celulares, o que as ajuda na manutenção das reservas em períodos de seca (Jackson, 1997).
Os iões presentes na solução do solo são incorporados nos ácidos fúlvicos formando complexos, cujas fórmulas são mais reactivas e móveis do que as originais. Os ácidos fúlvicos, representam assim, uma forma natural de quelatar iões metálicos de baixo peso molecular que, com alguma facilidade atravessam não só as membranas semi-permeáveis como também as células da parede celular, incrementando assim a assimilação pelas raízes (Senn, s.d.).
 
Os ácidos fúlvicos transportam ferro, vitaminas, coenzimas, hormonas e antibióticos  naturais, muito importantes no crescimento saudável das plantas. Estão associados a enzimas que catalizam a actividade respiratória (fosfatases alcalinas, transaminases e invertases), promovem a entrada de oxigénio para as raízes aumentando a actividade celular e a acumulação de sólidos solúveis necessários ao rápido crescimento (Senn, s.d.). 
 
A presença de radicais livres conferem acção electrolítica aos ácidos fúlvicos, factos comprovados por vários estudos onde é revelada a sua capacidade de funcionar com dador e receptor de electrões. Por esta razão, em determinadas situações tomam parte em reacções de oxidação-redução, onde há transição de iões metálicos (Senn, s.d.).
4 - Aplicações de ácidos húmicos e fúlvicos ao nível do solo e das plantas.
 
Existem vários ensaios feitos com estes ácidos (substâncias húmicas), e em todas as situações são descritos efeitos benéficos. Contudo a sua acção depende não só da origem, como das doses aplicadas e das culturas em causa. O resultado da aplicação é visível não só pela maior disponibilidade de nutrientes, como pelo aumento da actividade hormonal, facto ainda não muito bem explicado, mas que se traduz num crescimento mais rápido das plantas. Os ensaios que se seguem mostram a variabilidade de situações em que é possível tirar partido da utilização destas substâncias, quer ao nível agrícola, biotecnológico e ou ambiental.
 
Um ensaio realizado numa exploração agrícola brasileira onde se cultiva vinha da variedade Itália, (com 10 anos de idade) mostrou que as substâncias húmicas comerciais “Naturvital Plus” provenientes da Leonardita, aplicadas na fertirrega à razão de 60L/ha, provocou o aumento da produtividade em 3,85ton/ha. Provocou ainda efeitos sobre a qualidade da uva ao reduzir o teor de sólidos solúveis, da acidez total titulável e perda de água, o que correspondeu a umaumento do tempo de conservação do produto na prateleira (Pinto & Carvalho, 2003).
Além da leonardita, as substâncias húmicas podem ser extraídas também da turfa e de outros compostos. E embora o resultadofinal seja a estimulação do crescimento, uns e outros afectam de forma diferente os vários órgãos intervenientes.
O ensaio que se segue foi realizado numa cultura hidropónica de tomate e compara a acção de dois produtos comerciais diferentes, “CP-A” derivado da turfa, e “CP-B” derivado da leonardita.
Neste estudo foram testadas duas concentrações, uma com 20mg/L e outra com 50mg/L de cada um dos produtos comerciais referidos, e verificou-se que ambos estimularam o crescimento das plantas. Contudo o CP-A só afectou o desenvolvimento das raízes, especialmente a 20mg/L, enquanto que o CP-B afectou ambos (raiz e rebentação) mas com efeito mais prenunciado a 50mg/L. Foi também verificado maior aumento de peso fresco e seco das raízes tratadas com o CP-A (nas duas concentrações) do que com o CP-B, também com qualquer concentração. A absorção de nutrientes aumentou significativamente em ambos os produtos e concentrações, sendo especialmente evidente o ferro com o produto CP-A, situação explicada pela capacidade conhecida que os ácidos húmicos (em geral) têm em reduzir o Ferro (perda de electõres)  (Adani et al., 1998). 
   
Um outro estudo, desta vez, feito com plântulas de café e milho mostrou que a aplicação de ácidos húmicosprovenientes de uma estação de tratamento de esgoto “AHL” e de vermicomposto “AHV”, na dose de 40mg/Laceleraram o desenvolvimento das raízes. Consequência da activação da função da membrana plasmática pelos grupos funcionais dos ácidos húmicos, que funcionam como auxinas. O que sugere uma certa bio actividade dos ácidos húmicos em presença das substâncias exsudadas pelas raízes das plantas (Façanha et. al., 2002). 
    
A aplicação de diferentes concentrações de ácidos húmicos em estufa (0-4000mg ácidos húmicos/kg substrato), extraídos da vermicompostagem, numa cultura do tomate e outra de pepino, estimularam significativamente o seu desenvolvimento geral. Contudo, o crescimento apenas foi verificado para a concentração de ácidos húmicos compreendida entre 50-500mg/kg, havendo uma redução no crescimento sempre que a dose excedia as 500-1000mg/kg de ácidos húmicos. A análise da solução aquosa do vermicomposto detectou várias hormonas como, giberilinas, acido indolacetico, etc., e que desempenham importantes funções no crescimento das plantas, sugerindo portanto, a possibilidade de os ácidos húmicos funcionarem também como hormonas (Atiyeh etal., 2002). 
 
 
Tal como já referido atrás, os ácidos húmicos e as substâncias húmicas em geral, têm um papel importante na extracção de nutrientes, especialmente em solos calcários e pobres em matéria orgânica. A experiência que se segue, estudou comparativamente 11 marcas comerciais destas substâncias vendidas em Espanha, tendo em conta a sua eficiência na solubilização de alguns micronutrientes catiões (Cu, Zn, Mn e Fe), em especial o ferro.
Nesta experiência foram utilizados dois substratos, um representando o solo calcário (calcário activo 11.1% e total 40,3 %), e outro, um “solo standard”. Cada uma das substâncias comerciais foram diluídas por forma a obter concentrações na rizosfera de 0,02 e 0,08% de matéria orgânica. No final foram verificadas várias correlações entre micronutrientes. A correlação existente entre a solubilidade do ferro e manganês no solo calcário, assim como a existente entre o cobre e o manganês no “solo standard” e outra entre o manganês e o zinco, sugerem  que  os  mecanismos  de solubilização dos micronutrientes são muito similares e que dependem mais da capacidade dos ácidos húmicos do que das características dos micronutrientes. Outras correlações entre as solubilidades de micronutrientes, também no solo calcário, sugerem que o cobre, o ferro e o manganês estão mais associadas a complexos formados pelos ácidos húmicos e o zinco mais associado aos ácidos fúlvicos (Olmos et al., 1998).
No final, foi verificado que qualquer dos produtos comerciais utilizados contribuiu para o aumento da solubilidade dos nutrientes, especialmente no solo calcário e na concentração de 0,08% de matéria orgânica (a 0,02% não houve alterações significativas) (Olmos et al.,1998).
A nível ambiental, a aplicação de substâncias húmicas revelou-se importante em estações de tratamento (químico e biológico) de águas  residuais, resíduos industriais etc. Estas substâncias mostraram-se eficazes na remoção de fenóis, formaldeídos, fósforo e óleos minerais, bem como na imobilização de metais pesados como o ferro cobre e manganês. Contudo a remoção de fenóis, formaldeído e fósforo, foram muito mais eficientes em tratamentos biológicos do que em tratamentos químicos. No caso dos metais pesados, embora a remoção tenha sido igualmente maior nos tratamentos biológicos, a diferença entre um e outro foi menor, o que prova a capacidade que as substâncias húmicas têm para desintoxicar inibidores dos processos biológicos (Kochany  & Smith, 2001).
 
Um estudo feito nos E.U.A, pelo departamento de horticultura  da universidade de Clemson (sul da Califórnia), pelos Drs. Senn & Kingman, em 1973, mostrou os benefícios de substâncias húmicas (originárias da leonardita) contendo 84,3% de ácidos húmicos, na cultura da batata, de feijão verde e de algas, em Dakota do Norte. Na Rússia, um estudo feito por Syabryai em 1965, com estas substâncias mas originarias de depósitos de linhite, mostraram que aaplicação destes produtos junto com NPK, levou a um aumento da produção de batatas de 6,100 kg/ha para 15000kg/ha (Faust, 1996).
Bartlet em 1976, mostrou que a adição de 5ppm de ácidos húmicos a uma solução hidropónica em cereais, estimulou a rebentação e o crescimento em cerca de 87%. E mostrou a importância destes ácidos, na disponibilização de fósforo pelas plantas. Finalmente concluiu que para valores altos de substâncias húmicas no solo, a adição suplementar não trás benefícios para a cultura (Faust, 1996).
Também na Florida um estudo feito em citrinos, mostrou que apenas 225gr./árvore de substâncias húmicas, provocou um aumento de 250% no crescimento das jovens plantas. E num estudo semelhante, verificou-se que em árvores velhas e doentes houve uma drástica redução no descascamento do tronco (Faust, 1996).
Em conclusão, a melhoria na estrutura do solo e aumento na disponíbilidade de nutrientes, traduz-se consequentemente numa redução na aplicação de adubos ( micro e macronutrientes) líquidos ou hidrossolúveis. A percentagem de redução é função do estado nutritivo inicial do solo e pode estar compreendida entre os 20% e 50%.