SIMPÓSIO DE FORRAGICULTURA - EFICIÊNCIA DA CICLAGEM DE NUTRIENTES EM ECOSSISTEMAS PASTORIS - JOSE DUBEUX

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Eficiência da Ciclagem de Nutrientes 
em Ecossistemas Pastoris 
J. Dubeux, M. Cunha, M. Lira, 
M. Santos, J. Vendramini, A. Mello 
28 de Maio, 2015 
ZOOTEC - Fortaleza, CE 
Tópicos 
1. Introdução 
2. Estoque de nutrientes em pastagens 
3. Fluxo de nutrientes em pastagens 
4. Eficiência da ciclagem de nutrientes em 
pastagens 
5. Considerações finais 
 
 
Introdução 
• Pastagens cobrem 40% da superfície terrestre 
e 70% da área agricultável (White et al., 2000) 
• Pastagens contribuem significativamente em 
termos de serviços ambientais 
• Impactos causados em pastagens podem ter 
efeito significativo sobre outros ecossistemas 
terrestres 
 
Introdução 
• Ciclagem de nutrientes é um processo-chave 
para garantir a sustentabilidade em 
ecossistemas de pastagens 
• A compreensão do fluxo de nutrientes em 
pastagens auxilia na manutenção da 
sustentabilidade desse ecossistema 
 
Introdução 
Uso eficiente de nutrientes é essencial 
Balanço negativo de 
nutrientes 
Balanço positivo de 
nutrientes 
O ciclo do N em pastagens 
N2 
Fixação biológica 
O ciclo do N em pastagens 
Forragem não 
consumida 
Retorno via 
serrapilheira 
MOS Microorganismos NH3 
NH4
+ 
N2 
Lixiviação 
Desnitrificação 
Amonificação 
Fixação por minerais 
de argila 
NO3
- 
Nitrificação 
Absorção 
pelas plantas 
O ciclo do N em pastagens 
MOS Microorganismos NH3 
NH4
+ 
N2 
Lixiviação 
Desnitrificação 
Amonificação 
Fixação por minerais 
de argila 
Forragem 
consumida 
Retorno via excreta 
Volatilização 
NO3
- 
Nitrificação 
Absorção 
pelas plantas 
NH3 
Introdução 
• Substancial quantidade de informação 
disponível 
• Desafio: relacionar informações disponíveis 
com os processos biológicos que ocorrem na 
pastagem 
• Modelagem pode ajudar a identificar lacunas 
do conhecimento e direcionar pesquisas 
 
 
Nitrogênio Total 
Estoque de C em pastagem, % 
Folhas Colmos Raízes + rizomas
Serrapilheira Excreta MOS
Distribuição (%) do N total em diferentes compartimentos de uma pastagem de 
Paspalum notatum, Flügge manejada intensivamente (3 UA/ha e 200 kg N/ha/ano) 
Dubeux et al. (2004) 
Distribuição (%) do N total em diferentes compartimentos de uma pastagem de 
Paspalum notatum, Flügge manejada intensivamente (3 UA/ha e 200 kg N/ha/ano) 
Nitrogênio Total 
Estoque de N em pastagem, % 
Folhas Colmos Raízes + rizomas
Serrapilheira Excreta MOS
Dubeux et al. (2004) 
 Taxa de mineralização anual média 
 
 Mat. org. do solo: 2 – 5 % 
 Resíduo vegetal: 60 – 80% 
 Fezes bovina: 70 – 80% 
 Raízes e rizomas: 50 – 70% 
Fontes: Brady e Weil, 2002; Urquiaga et al., 1998; Thomas e Asakawa, 1993 
Estoque de nutrientes em pastagens 
[VALUE]% 
[VALUE]% 
[VALUE]% 
[VALUE]% 
Raízes + rizomas Serrapilheira Excreta MOS
*Assumindo produção de raízes = decomposição de raízes; Horiz. A e E (0-33 cm) 
Distribuição (%) do N mineral disponibilizado em pastagens de 
bahiagrass manejadas intensivamente (3 UA/ha e 200 kg N/ha/ano) 
Nitrogênio 
mineralizado 
Importância da excreta e resíduos 
vegetais varia com intensidade de manejo 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 100 200 300 400
kg N/ha/ano
Or
ige
m 
do
 N
 ut
iliz
ad
o p
ara
 
cre
sc
im
en
to 
ve
ge
tal
 (%
)
% N originado da MOS % N originado da decomposição de excreta e resíduo vegetal
Lira et al. (2006) 
Ciclagem de nutrientes: vias de retorno 
Duas principais vias de retorno: 
excreta e serrapilheira 
Maior retorno via excreta Maior retorno via 
serrapilheira 
Processo Via de retorno do 
nutriente 
Referência 
Serrapilheira Excreta animal 
 
Distribuição espacial 
de nutrientes 
 
 
Mais uniforme 
 
Concentração em áreas 
específicas da pastagem 
 
Dubeux Jr et al. (2007) 
 
Perdas de nutrientes 
 
Menores 
 
Maiores 
 
Boddey et al. (2004) 
 
Disponibilidade de 
nutrientes 
 
 
Mais lenta 
 
Mais rápida 
 
Haynes & Williams (1993) 
Vias de retorno de nutrientes 
Manejo afeta taxa de deposição de 
serrapilheira 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Jul Ago Set Out
kg
 M
O
 h
a-
1
 d
-1
 
8 cm
16 cm
24 cm
Taxa de deposição de serrapilheira em pastagens de Tifton-
85 manejadas sob diferentes alturas de resíduo pós-pastejo 
(Liu et al., 2011) 
0
0,001
0,002
0,003
0,004
Low Mod High
k
 (
g
 g
-1
d
-1
) 
b 
ab 
a 
40 kg N ha-1 yr -1 
1.2 AU ha-1 
120 kg N ha-1 yr -1 
2.4 AU ha-1 
360 kg N ha-1 yr -1 
3.6 AU ha-1 
Manejo afeta taxa de decomposição da 
serrapilheira 
D
u
b
e
u
x 
(2
0
0
5
) 
Inclusão de leguminosas acelera a taxa de 
decomposição da serrapilheira 
Si
lv
a 
et
 a
l.
 (
2
0
1
2
) 
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0,004
0,0045
0,005
B. decumbens B. decumbens + C. mucunoides
k 
(g
 g
-1
 d
-1
) 
Sistema radicular 
Kanno et al., 1999 
Decomposição de resíduos: 
rumen vs. campo 
Silva et al. (2010) 
Serrapilheira e formação de MOS 
C
o
tr
u
fo
 e
t 
al
.,
 2
0
1
3
 
Serrapilheira e formação de MOS 
Miltner et al. (2012) 
Cotrufo et al. (2013) 
Serrapilheira e formação de MOS 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
B. humidicola B. humidicola/Desmodium
ovalifolium
Lit
ter
 N 
(g/
kg
)
Cantarutti et al, 2002 
Leguminosas aumentam teor de N na 
serrapilheira 
Serrapilheira e formação de MOS 
Relação C:N em solos da Australia e solos internacionais 
(K
ir
kb
y 
et
 a
l.,
 2
0
1
1
) 
Serrapilheira e formação de MOS 
B. humidicola (BH) 
Total = 223 t ha-1 
 
BH + A. pintoi 
Total = 268 t ha-1 
 
Fisher et al. (1994) 
Adição de Nutrientes 
 
 
 Solo 
Fixação 
biológica de N2 
Deposição 
atmosférica 
Fertilizantes 
Movimento ascendente de 
camadas mais profundas do solo 
Suplementação 
animal 
Adição – deposição atmosférica 
 P
h
o
en
ix
 e
t 
al
., 
2
0
0
6
 (
G
lo
b
al
 C
h
an
ge
 B
io
lo
gy
) 
1990’s 
2050 
Adição – fertilizantes 
• Fertilizantes aumentam a produtividade primária, 
elevando a deposição de resíduos orgânicos 
• Eficiência varia com o fertilizante, solo, níveis utilizados, 
espécie forrageira e condições ambientais 
• Aspectos ambientais e econômicos devem ser 
considerados 
Adição – Fixação Biologica de N2 
• Bacterias associadas às plantas e microorganismos de 
vida livre são capazes de reduzir o N2 da atmosfera 
(Marschner, 1995) 
 
• Leguminosas utilizadas na agricultura fixam anualmente 
33 a 46 Tg de N (Jensen et al., 2012) 
 
• Muitas vezes é ignorado que 40 a 50% do N fixado está 
presente em raízes e rizomas (Peoples et al., 2012) 
Fixação Biológica de N2 
Adições – 
Nutrientes de camadas profundas do solo 
Substancial absorção de K 
localizado 3 m abaixo da 
superfície em uma área de 
floresta (Buxbaum et al. , 2005) 
87 kg N ha-1 ano-1 retorna 
via litter e 61% de BNF 
(Apolinário, 2014) 
Adições – Nutrientes de camadas mais 
profundas do solo 
Lençol freático ascendente pode aumentar 
disponibilidade de nutrientes (Obour et al., 2011) 
Adições – Misturas minerais e 
suplementação animal 
• Animais em pastejo retornam a maior parte (80-90%) 
dos nutrientes ingeridos para o solo via excreta 
 
• Suplementos adicionarão nutrientes ao sistema• Suplementação também pode aumentar a eficiência de 
utilização de nutrientes 
Fo
n
te
: V
al
k 
e
 H
o
b
b
e
lin
k,
 1
9
9
2
 
Perdas de nutrientes 
 
 
 
Solo 
Erosão 
Volatilização 
Desnitrificação Lixiviação 
Perdas - erosão 
Pastagens bem manejadas propiciam boa cobertura do solo 
Continuous cropping (CC); 
Conventional tillage (CT) 
Natural 
pasture 
G
ar
ci
a-
P
ré
ch
ac
 e
t 
al
. (
2
0
0
4
) 
CC = Continuous cropping; CPR = Crop-Pasture Rotation 
CT = Conventional tillage; RT = Reduced Tillage; NT = No Tillage 
Perdas - erosão 
• Renovação de pastagens e cultivo do solo 
podem trazer problemas de erosão (Sparovek 
et al., 2007) 
• Perdas de nutrientes podem causar 
eutroficação de lagos e sedimentação de rios 
May 27th, 1979 May 2, 2000 
Yellow River - China 
Perdas – lixiviação e desnitrificação 
1 cm de raízes por 1 cm3 de solo absorve quase todo nitrato se 
houver umidade do solo adequada (Tinker e Nye, 2000) 
 Nitrato 
Excessiva 
chuva ou 
irrigação 
Água 
subterrânea 
N2 
Perdas - lixiviação 
Superpastejo Subpastejo 
Menos lixiviação Mais lixiviação 
Perdas – inibição da nitrificação pode reduzir 
lixiviação de nitratos e desnitrificação 
Subbarao et al., 2009 
 Brachialactone bloqueia duas vias 
enzimáticas da nitrificação em 
Nitrosomonas: ammonia mono-
oxygenase e hydroxylamine 
oxidoreductase 
 Ativada pela disponibilidade de NH4 na rizosfera 
 
 Após 3 anos, B. humidicola demonstrou ter suprimido a população de 
organismos nitrificadores do solo, reduzindo a nitrificação e a emissão de 
N2O 
 
Perdas – volatilização de amônia 
Volatilização de amônia aumenta com 
temperatura e umidade 
 
Urina de bovinos é uma das principais 
fontes de N contribuindo para 
volatilização de amônia 
 
Cada mancha de urina  450 kg N ha-1 
Fertilizantes nitrogenados também 
contribuem para volatilização de 
amônia 
 
Eficiência média de utilização de 
fertilizantes nitrogenados é  50% 
 
Fertilizantes de liberação lenta são 
mais eficientes 
A
d
ap
ta
d
o
 d
e
 K
in
g 
(1
9
9
0
).
 
Zona 
Aeróbica 
Zona 
Anaeróbica 
Org. N 
Placa de Fezes bovina 
Destino do N em uma placa de fezes 
 
www.smithsonianmag.com 
Processos da vegetação 
Processos da vegetação 
Absorção de nutrientes e crescimento da planta 
 
Superfície 
radicular 
Concentração de 
nutrientes na 
rizosfera 
Absorção de nutrientes e crescimento 
da planta 
 
 
Barber e Silberbush, 1984 
Comprimento 
total das raízes 
Raio médio das 
raízes 
Concentração de 
nutrientes na 
rizosfera 
α 
Processos da vegetação 
Sistema radicular deficiente reduz absorção de 
nutrientes e reduz tolerância a seca 
Aumentar a concentração de 
nutrientes na rizosfera 
“Maneira fácil”: aplicar fertilizante 
$$ e meio ambiente 
Outros mecanismos vegetais 
R
ic
h
ar
d
so
n
 e
t 
al
. (
2
0
1
1
) 
Utilização mais eficiente dos 
recursos naturais, tanto no espaço 
como no tempo 
Maior diversidade 
de grupos 
funcionais e riqueza 
de espécies 
Estrutura e função da pastagem 
Tilman et al. (1997) 
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
2-species mixture 3-species mixture 11-species mixture
D
ry
 M
at
te
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Y
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 (
kg
 h
a-
1
) 
Sk
in
n
e
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e
t 
al
. (
2
0
0
6
) 
Estrutura e função da pastagem 
b 
a 
a 
Estrutura e função da pastagem 
Efeito da riqueza de espécies vegetais na dieta selecionada por 
ovinos (Wang et al., 2010) 
Comportamento do pastejo e distribuição 
espacial de nutrientes na pastagem 
D
u
b
e
u
x 
et
 a
l.
 (
2
0
1
4
) 
Comportamento do pastejo e distribuição 
espacial de nutrientes na pastagem 
D
u
b
e
u
x 
et
 a
l.
 (
2
0
1
4
) 
Verão Inverno 
White et al., 2001 
Comportamento de pastejo muda com a 
estação 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1,9 3,2 4,2
D
if
e
re
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ça
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e
 a
lt
u
ra
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p
la
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 o
 
p
ó
s-
p
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te
jo
 (
cm
) 
Unidade Animal 
Fouled herbage
Clean herbage
Teixeira et al. (2011) 
Maior diferença indica 
menor rejeição de 
forragem 
Pastejo, produtividade primária e formação 
da MOS 
Piñeiro et al. (2010) revisaram 67 comparações pareadas de 
áreas pastejadas vs. não-pastejadas e concluíram que: 
 
 Massa de raízes foi maior em áreas pastejadas 
 Relação C:N da MOS aumentou em áreas pastejadas 
 Sequestro de C orgânico e produtividade da 
pastagem podem ser simultaneamente aumentados 
quando se aumenta a retenção de N no ecossistema 
da pastagem 
Pastejo, produtividade primária e 
formação da MOS 
 
Emissão de gases de efeito estufa: 
pastagens são fonte ou dreno de C? 
IP
C
C
 (
2
0
0
7
) 
IPCC (2001) IPCC (2007) 
GWP = 25 
GWP = 298 
Emissão de gases de efeito estufa: 
pastagens são fonte ou dreno de C? 
• Animais em pastejo produzem mais metano por 
unidade de ganho quando comparados com animais 
alimentados com grãos 
 
• Comparação justa deve levar em conta o sistema 
completo de produção 
 
• Pastagens sequestram C e podem com isso minimizar 
os efeitos da emissão de gases de efeito estufa 
(Soussana et al., 2009) 
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Ta
xa
 d
e
 a
cú
m
u
lo
 d
e
 C
 
(M
g 
C
 h
a-
1
 a
n
o
-1
) 
Condição da pastagem 
Degradada Média 
Melhorada 
Sequestro de C em pastagens 
Taxa de acúmulo de C após 20 anos em Oxisolos (Maia et al., 2009) 
Emissão de gases de efeito estufa: 
pastagens são fonte ou dreno de C? 
Sequestro de 
Carbono 
orgânico 
CO2, CH4, N2O 
Martin Heimann (2011) publicado em Nature 
Taxa de aumento da concentração de metano na 
atmosfera está diminuíndo nas últimas 3 décadas… 
Apesar do aumento do rebanho de 
ruminantes… 
Mesmo assim, é importante estudar maneiras de 
reduzir a emissão de metano por ruminantes 
Considerações finais 
Considerações finais 
• Ciclagem de nutrientes é um importante serviço 
ambiental propiciado pelas pastagens 
 
• Aumentar a eficiência de uso dos nutrientes é 
possível. Para isso devemos aumentar a eficiência 
dos diferentes processos envolvidos (solo, planta, 
animal, manejo) 
 
• Resultados esperados: maior produção de bens e 
serviços por unidade de nutriente reciclado no 
ecossistema da pastagem 
Obrigado! 
Jose Dubeux 
University of Florida – NFREC 
dubeux@ufl.edu