UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE GURUPI MESTRADO EM PRODUÇÃO VEGETAL ÁTILA REIS DA SILVA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE GURUPI MESTRADO EM PRODUÇÃO VEGETAL Sistema agroflorestal sobre cultivo de leguminosas: fertilidade do solo, resistência a penetração e produtividade de milho e feijão-caupi ÁTILA REIS DA SILVA GURUPI-TO JULHO

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE GURUPI MESTRADO EM PRODUÇÃO VEGETAL Sistema agroflorestal sobre cultivo de leguminosas: fertilidade do solo, resistência a penetração e produtividade de milho e feijão-caupi Dissertação apresentada à Universidade Federal do Tocantins, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Produção Vegetal, para obtenção do título de Magister Scientiae. GURUPI-TO JULHO

3 Trabalho realizado junto ao Mestrado em Produção Vegetal da Universidade Federal do Tocantins, sob orientação do Professor Dr. Leonardo Santos Collier. APROVADA: 29 de julho de 2011 BANCA EXAMINADORA: Profº. Dr. Leonardo Santos Collier Professor da Universidade Federal de Goiás (Orientador) Profº. Dr. Saulo de Oliveira Professor da Universidade Federal do Tocantins (Co-orientador) Profº. Dr. Ildon Rodrigues do Nascimento Professor da Universidade Federal do Tocantins (Avaliador) Dra. Joedna Silva Pesquisadora do Programa Nacional de Pós Doutorado (Avaliadora)

4 AGRADECIMENTOS À Deus, que me deu força, responsabilidade e determinação para não desistir jamais. À Universidade Federal do Tocantins, em especial ao Departamento de Solos e Fitotecnia, pela oportunidade de realização deste curso. Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela concessão da bolsa de estudo. Aos meus pais Orosimbo José dos Reis e Rosemar Reis da Silva pelo apoio, carinho e por nunca terem medido esforços para conseguir minhas realizações. Ao meu irmão Alisson Reis da Silva, pela amizade e companheirismo. Ao professor Leonardo Santos Collier, pela orientação, paciência e pelos valiosos ensinamentos. Em especial, aos amigos de graduação, ao Anderson, Humberto, Rodrigo, Fábio, Misael, Thiago, Elonha, Paulo, Renan, Fabricio, Ándre, Antonia, Michel, Valdere, Luziano. Aos colegas de república, ao Daniel Mendes, Marcus Vinicius e Haroldo Rosa, pela amizade e companhia. A Caroline Tunes pelo apoio e amor recebido. Ao Sérgio, Djalma, Alex, Deivid pelo trabalho desenvolvido no projeto. Aos professores e amigos, Flávio, Aurélio, Rodrigo Fidelis, Ildon, Gessiel, Clóvis, Tarcisio, Suzana, Aloísio, Luciano, Saulo, Jacinto. Aos funcionários da Universidade Federal do Tocantins pela ajuda em campo, sem eles tudo seria mais difícil. Aos membros da comissão julgadora, pela disponibilidade e contribuição. Enfim, todos aqueles que de certa forma contribuíram para minha formação. Meu sincero e eterno agradecimento!

5 RESUMO DA DISSERTAÇÃO Os sistemas agroflorestais podem melhorar as características químicas do solo, representam uma forma de uso da terra mais eficiente, promovem uma produção de biomassa aérea e subterrânea e cobertura do solo maiores que outros agroecossistemas. Isso faz deles sistemas alternativos de produção em regiões com solos onde a degradação da matéria orgânica reduzindo capacidade de retenção de água e lixiviação de nutrientes tornando-se um problema. O sistema de cultivo em consórcio predomina é predominante entre as culturas anuais exploradas no Norte e Nordeste do Brasil. O aperfeiçoamento desta prática cultural constitui um tema relevante na pesquisa agronômica envolvendo grandes culturas nessas regiões. Em sistema agroflorestal, os diversos cultivos e manejos de solo alteram os atributos físicos do solo, refletindo em sua sustentabilidade. Dentre os atributos físicos utilizados para avaliar a qualidade física do solo, a resistência do solo à penetração têm sido priorizadas atualmente para avaliar sistemas de uso e manejo, por serem atributos diretamente relacionados ao crescimento das plantas e de fácil determinação. O presente trabalho foi constituído de três capítulos. No capítulo I, foram feitas avaliações de atributos químicos do solo para avaliar a resposta de manejo do solo em sistema agroflorestal na ótica da fertilidade do solo. A forma de realizar essa abordagem foi em três aspectos: avaliando os cultivos de cobertura antecessoras; avaliando as alterações gerais ao longo de três anos sob diferentes usos e depois avaliando uma área com cultivo convencional de nove anos e um sistema agroflorestal de seis anos. Avaliando os cultivos de cobertura antecessoras, o uso de leguminosas contribuiu para melhoria da maioria dos atributos químicos estudados. Há um incremento significativo da matéria orgânica do solo com o uso das leguminosas, podendo ser utilizada principalmente por pequenos agricultores. Em relação as alterações durante os três anos, verificou-se que o ph e os teores de Ca 2+ e Mg 2+ foram mais altos no plantio agroflorestal com manejo de adubação verde de leguminosas do que em pousio e com cultivo de plantas anuais. O sistema agroflorestal melhorou as características químicas do solo em relação à agricultura convencional. Em relação ao Cerrado, não foi superior para cálcio, magnésio e soma de bases. No capítulo II, objetivou-se avaliar o rendimento de espigas verdes de milho e de vagens e grãos de feijão-caupi, em cultivos puros e consorciados dentro de um Sistema Agroflorestal com diferentes tratamentos antecessores, no sul do estado do Tocantins. O delineamento experimental utilizado foi blocos inteiramente casualizados com quatro repetições, sendo avaliados para o milho: altura de planta e de espiga, comprimento de espiga empalhada e

6 despalhada, diâmetro de espiga, peso de espigas empalhadas e despalhadas comercializáveis, produção de massa verde de plantas e total. Para o feijão-caupi foram avaliados: número de grãos por vagem, índice de grãos, peso de 100 grãos, comprimento da vagem e produtividade. Para o milho, os tratamentos antecessores influenciaram as características avaliadas diferindo estatisticamente, principalmente o tratamento de leguminosa. Já para o feijão foram encontradas produtividades superiores a média nacional, mostrando a eficiência do agroecossistema utilizado. De acordo com o índice de eficiência de uso da terra, foi detectado que os sistemas consorciados se sobressaíram em relação aos sistemas em monocultivo. No Capitulo III, estudou-se à resistência a penetração e umidade do solo em quatro profundidades (0-10, 10-20, 20-30, cm) por meio da Geoestatística, e umidade em um Plintossolo háplico sob Sistema Agroflorestal. Para isso, foi instalada a malha para a coleta dos dados, contendo 49 pontos amostrais, numa área de m2. Ocorreu menor resistência à penetração na profundidade de 0-20 cm, refletindo o efeito da matéria orgânica aportada no sistema agroflorestal. Os valores encontrados para resistência à penetração no sistema agroflorestal causam poucas restrições ao crescimento radicular de plantas. A umidade do solo foi uniforme em todo perfil. Palavras-Chave: Agroecologia, Zea mays L., agroecossistema.

7 SUMÁRIO 1 Introdução Geral Referências Bibliográficas Revisão de Literatura Geral Expansão da agricultura e qualidade do solo Indicadores químicos, físicos e biológicos Indicadores biológicos Indicadores químicos Indicador físico de qualidade do solo Resistência à penetração Culturas de base da agricultura familiar Milho Feijão-caupi Consórcios de culturas Sistemas Agroflorestais Agroecologia Referências Bibliográficas Capitulo 1. Fertilidade do solo em sistema agroflorestal diverso no Estado do Tocantins Introdução Material e Métodos Experimento Experimento Experimento Análise Estatistica Resultados e Discussão Experimento Conclusões Experimento Conclusões Experimento Conclusões Referências Bibliográficas Capitulo 2. Produção de espigas verdes de milho em cultivo solteiro e consorciado com feijão-caupi em sistema agroflorestal Introdução Material e Métodos Resultados e Discussão Conclusões Referências Bibliográficas Capitulo 3. Resistência mecânica do solo à penetração em sistema agroflorestal diverso no Estado do Tocantins Introdução Material e Métodos Resultados e Discussão Conclusões Referências Bibliográficas...91

8 LISTA DE FIGURAS Capitulo 3 - Resistência mecânica do solo à penetração em sistema agroflorestal diverso no Estado do Tocantins Figura 1 - Distribuição espacial da resistência à penetração RP1 (0-10 cm), RP2 (10-20 cm), da área sob sistema agroflorestal...86 Figura 2 - Distribuição espacial da resistência à penetração RP3 (20-30 cm), RP4 (30-40 cm), da área sob sistema agroflorestal...87 LISTA DE TABELAS Capitulo 1 - Fertilidade do solo em sistema agroflorestal diverso no Estado do Tocantins Tabela 1 - Atributos químicos de solo coletado no momento d implantação e após a condução do experimento nas parcelas de leguminosas, vegetação espontânea (VE), crotalaria juncea (CJ), crotalaria junce com feijão de porco (CJ+FP), crotalaria espectabilis (CA), crotalaria juncea com feijão bravo (CJ+FB), mucuna preta (MP) e crotalaria espectabilis com mucuna preta (CA+MP), em Gurupi-TO...43 Tabela 2 - Atributos químicos do solo no sistema agroflorestal em três anos, sendo SAF 2008 (área em pousio), SAF 2009 (área com leguminosas com posterior cultivo de feijão-caupi e milho), SAF 2010 (área com residuos de leguminosas da safra anterior), em Gurupi- TO...46 Tabela 3 - Atributos químicos do solo em dois sistema agrícolas Sistema Agroflorestal e Sistema Convencional de cultivo e um Cerrado em Gurupi-TO...48 Capitulo 2 - Produção de espigas verdes de milho em cultivo solteiro e consorciado com feijão-caupi em sistema agroflorestal Tabela 1 - Atributos químicos do solo no Sistema Agroflorestal...63 Tabela 2 - Resumo da análise de variância conjunta para as características: altura de planta (AP), altura de espiga (AE), diâmetro de espiga (DE), comprimento de espiga empalhada (CEE), comprimento de espiga despalhada (CED), peso de espiga empalhada (PEE), peso de espiga despalhada (PED), massa verde de plantas (MVP), massa verde total (MVT), da cultivar de milho sobre três tratamentos antecessores em dois sistemas de cultivo...65 Tabela 3 - Valores médios para as características altura de planta (cm), altura de espiga (cm), de três tratamentos antecessores, cultivados em sistema de monocultivo e cultivo consorciado com feijão-caupi, em Sistema Agroflorestal, Gurupi-TO, na safra de 2010/

9 Tabela 4 - Valores médios para as características diâmetro de espigas (mm), comprimento de espigas empalhadas (mm) e comprimento de espigas despalhadas (mm) de três tratamentos antecessores, cultivados em sistema de monocultivo e cultivo consorciado com feijão-caupi, em Sistema Agroflorestal, Gurupi-TO, na safra de 2010/ Tabela 5 - Valores médios para as características peso de espigas empalhadas (Kg/ha), peso de espigas despalhadas (Kg/ha) e produção massa verde (Kg/ha) de três tratamentos antecessores, cultivados em sistema de monocultivo e cultivo consorciado com feijão caupi, em sistema agroflorestal, Gurupi-TO, na entressafra de 2010/ Tabela 6 - Resumo da análise de variância conjunta para as características: número de grãos/vagem (NGV), índice de grãos (IND), comprimento de vagem (CV), peso de 100grãos (P100G), produtividade de grãos (prod), do feijão sobre três tratamentos antecessores em dois sistemas de cultivo...71 Tabela 7 - Valores médios para as características número de grãos/vagem, índice de grãos(%), comprimento de vagem (cm), peso de 100 grãos e produtividade (Kg/ha) de três tratamentos antecessores, cultivados em sistema de monocultivo e cultivo consorciado com milho, em Sistema Agroflorestal, Gurupi-TO, na entressafra de 2010/ Tabela 8 - Uso eficiente da terra (UET), no consórcio milho + feijão caupi sobre tratamentos antecessores...74 Capitulo 3 - Resistência mecânica do solo à penetração em sistema agroflorestal diverso no Estado do Tocantins Tabela 1 - Estatística descritiva da resistência a penetração no SAF, em Gurupi-TO...85 Tabela 2 - Características dos semivariogramas ajustados para resistência à penetração...86 Tabela 3 - Umidade média da área de Sistema Agroflorestal, em diferentes profundidades...88

10 1 INTRODUÇÃO GERAL A crescente expansão agrícola e o uso de práticas inadequadas de manejo, juntamente com a ocupação humana desordenada, tem contribuído para o surgimento cada vez maior de áreas degradadas, com conseqüências drásticas para o meio ambiente. O sistema tradicional de cultivo acarretou ao longo do tempo, a redução da qualidade das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. Este processo inicia-se com a remoção da vegetação natural e acentua-se com os cultivos subseqüentes, promovendo a exposição direta do solo aos fatores climáticos, resultando em erosão, perda de nutrientes por transporte químico, redução dos teores de matéria orgânica e destruição da estrutura original (SOUZA & MELO, 2000), o que propicia a degradação. Com o recente reconhecimento e a conscientização da importância dos valores ambientais, econômicos e sociais das florestas, podem-se perceber, no cenário mundial, fortes tendências para mudanças significativas na forma de uso da terra, com a utilização de sistemas produtivos sustentáveis que considerem, além da produtividade biológica, os aspectos sócio-econômicos e ambientais. Considerando que o solo é a base para uma agricultura e uma produção florestal sustentável, é necessário adotar práticas de manejo que conservem e restaurem sua fertilidade, a fim de manter a produtividade (ALVARENGA, 1996). O uso intenso das terras exploradas com culturas perenes ressalta a necessidade de se manter uma exploração racional, a fim de preservar o potencial produtivo dos solos; o que torna o conhecimento das propriedades químicas e físicas do solo uma ferramenta fundamental para direcionar práticas que reduzam o depauperamento a níveis toleráveis (THEODORO, 1999). Sob condições nativas, o solo organiza-se ao longo do tempo em uma estrutura bem definida pela sua composição granulométrica, química e atuação dos agentes biológicos, subordinados às condições ambientais em que o solo está inserido. A conversão da condição natural para agricultura convencional impõe mudanças drásticas nessa estabilidade, refletindo-se na perda da matéria orgânica e dos agregados mais complexos, representados pelos macroagregados estáveis em água. Contudo, a adoção de práticas conservacionistas baseadas no mínimo revolvimento, no correto manejo de resíduos e na inclusão de gramíneas perenes na rotação de culturas pode prevenir a degradação da matéria orgânica (BAYER et al., 2006) e manter ou recuperar a estrutura do solo (HAYNES & BEARE, 1996). 10

11 Entre as diversas técnicas de manejo utilizadas pela agricultura surgiram os sistemas agroflorestais (SAFs), formas de cultivo em que se consorciam, em uma mesma área, espécies arbóreas e cultivos agrícolas e, ou, animais. Os estudos envolvendo tais sistemas têm avançado muito em várias regiões do Brasil, incentivados tanto pelo uso de práticas conservacionistas do solo e da água, quanto pela manutenção de produtividades satisfatórias o que assegura maiores retornos ao produtor. O estudo dos SAFs produtivos torna-se de suma importância pela inclusão de uma nova variável a ser entendida, ou seja, a interação/relação que ocorre entre os cultivos agrícolas e as árvores presentes nos sistemas agroflorestais. Questões como a erosão e lixiviação de nutrientes no solo, a dinâmica de matéria orgânica influenciando atributos físicos químicos e biológicos do solo, o comprometimento da produtividade esperada, a competição entre as espécies consorciadas e suas relações abrem um campo atraente na pesquisa, envolvendo a agricultura e a silvicultura conjuntamente (SALGADO, 2004). O cultivo de agrofloresta em pequenas áreas favorece o plantio consorciado de plantas de ciclo curto, de consumo mais imediato ao mesmo tempo em que proporciona a regeneração da área pela permanência do conteúdo arbóreo. Nessas condições é necessária a compreensão dos mecanismos de conservação de nutrientes nas florestas que permitam sua exploração, e também a implantação de sistemas de produção vegetal sustentáveis, especialmente os de sistemas agroflorestais que formam uma estrutura semelhante às de vegetação natural (LEÃO & ANGEL, 2004). Os agricultores que atuam nas regiões de fronteira agrícola, em solos típicos da transição Cerrado-Amazônia, nem sempre conseguem evitar limitação em nutrientes levando a baixa produtividade biológica, elevada acidez, pobreza em bases trocáveis e fósforo, baixa CTC e níveis de matéria orgânica decrescente quando cultivados (SILVA et al., 1994). A adubação verde surge como uma alternativa de produção que minimiza os efeitos de ações que promovem a degradação do solo. Ela favorece a cobertura do solo e aumenta a disponibilidade de nutrientes e o incremento da capacidade de reciclagem e mobilização de nutrientes lixiviados ou pouco solúveis que estejam nas camadas mais profundas do perfil. O fornecimento de nutrientes no sistema produtivo ocorre via decomposição de fitomassa. Nesse processo, os elementos essenciais ao desenvolvimento vegetal estão associados aos tecidos orgânicos e a sua liberação não ocorre de forma imediata (KRAINOVIC, 2008). 11

12 O nitrogênio (N) é um dos nutrientes que mais limitam o crescimento das plantas nos trópicos. Portanto, o uso de adubos verde, capazes de realizar a fixação biológica de nitrogênio (FBN) eficientemente, pode representar contribuições consideráveis na viabilidade econômica e sustentabilidade dos sistemas de produção (BODDEY et al. 1997), por reduzir a necessidade da aplicação de N sintético. Entre as espécies empregadas na adubação verde, as da família das leguminosas se destacam por formarem associações simbióticas com bactérias fixadoras de N 2, resultando aporte de quantidades expressivas deste nutriente ao sistema solo-planta (PERIN et al., 2003), contribuindo com a nutrição das culturas subseqüentes (ANDREOLA et al. 2000; ZOTARELLI, 2000). O milho verde, isto é, grãos de Zea mays L. com teor de umidade entre 70 e 80% de seus grãos e o feijão caupi (Vigna unguiculata L.), são cultivos amplamente cultivados e consumidos no Tocantins. Para produção dos dois produtos, ambos são cultivados em monocultivo ou em variados tipos de consórcios que prevalecem no Tocantins, dentre os quais um dos mais comuns é aquele de fileiras alternadas das duas culturas. É uma prática bastante utilizada por pequenos agricultores que buscam um melhor aproveitamento de sua terra com produções boas, a adoção de árvores também são utilizadas, tendo assim sistemas agroflorestais. Desta forma, objetivou-se com esse trabalho avaliar o uso de leguminosas e consórcios múltiplos viabilizando sistemas agroflorestais no Tocantins. Quanto à fertilidade do solo, produtividade de culturas anuais, quantificação de massa verde de leguminosas, índice de eficiência de utilização da terra (IEA), resistência do solo à penetração, umidade do solo. 1.1 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVARENGA, M. I. N. Propriedades físicas, químicas e biológicas de um Latossolo Vermelho-Escuro em diferentes ecossistemas f. Tese (Doutorado em Fitotecnia) Universidade Federal de Lavras, Lavras, ANDREOLA, F.; COSTA, L.M.; OLSZEVSKI, N.; JUCKSCH, I. A cobertura vegetal de inverno e a adubação orgânica e, ou, mineral influenciando a sucessão feijão/milho. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.24, p ,

13 BAYER, C.; LOVATO, T.; DIECKOW, J. ZANATTA, J.A. & MIELNICZUK, J. A method for estimating coefficients of soil organic matter dynamics based on long-term experiments. Soil Tillage Resach, v.91, p , BODDEY, R.M.; SÁ, J.C.D.M.; ALVES, B.J.R.; URQUIAGA, S. The contribution of biological nitrogen fixation for sustainable agricultural systems in the tropics. Soil Biology and Biochemistry, v.29, p , HAYNES, R.J. & BEARE, M.H. Aggregation and organic matter storage in meso-thermal, humid soils. In: CARTER, M.R. & STEWART, B.A., eds. Structure and organic matter storage in agricultural soils. Boca Raton, CRC Press, p , KRAINOVIC, P.M.; Taxa de decomposição de quatro espécies utilizadas para adubação verde em sistemas agroflorestais. 29 p. Monografia (Trabalho de conclusão do curso de graduação em engenharia florestal). Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica-RJ, LEÃO, A. L; ENGEL. V. L. Balanço de carbono em SAF s Argumentos para a redução do efeito estufa. In: Sistemas Agroflorestais, Tendência da Agricultura Ecológica nos Trópicos: Sustento de Vida e Sustento de vida Ilhéus, BA: Sociedade Brasileira de Sistemas Agroflorestais: Universidade Estadual do Norte Fluminense, p PERIN, A.; GUERRA, J.G.M.; TEIXEIRA, M.G. Cobertura do solo e acumulação de nutrientes pelo amendoim forrageiro. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.38, p , SALGADO, B.G. Caracterização de sistemas agroflorestais com cafeeiro em Lavras - MG f. Dissertação (Mestrado em Engenheria Florestal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, SILVA, J.C; LEMAINSKI, J.; RESCK, D.V.S. Perdas de matéria orgânica e suas relações com a capacidade de troca catiônica em solos da região de cerrados do oeste baiano. Campinas, Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.18, p: ,

14 SOUZA, W.J.O. & MELO, W.J. Teores de nitrogênio no solo e nas frações da matéria orgânica sob diferentes sistemas de produção de molho. Viçosa, Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 24, p , THEODORO, V.C.A. Caracterização de sistemas de produção de café orgânico, em conversão e convencional. 214p. Dissertação (Mestrado em Fitotecnia) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, ZOTARELLI, L. Balanço de nitrogênio na rotação de culturas em sistema de plantio direto e convencional na região de Londrina - PR. 134p. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica REVISÃO DE LITERATURA GERAL 2.1 Expansão da agricultura e qualidade do solo A ocupação do cerrado brasileiro é uma questão de crescente preocupação ambiental, devido à intensificação do uso da terra nas últimas décadas, principalmente ocasionada pela expansão dos campos de soja e da pecuária extensiva. Se práticas conservadoras não forem adotadas para evitar a degradação do solo e perda de nutrientes, ocorrerá a perda de vários agroecossistemas devido ao impacto ambiental ocasionado. Os agroecossistemas baseados no uso indiscriminado de agroquímicos, no manejo intensivo e na perda da vegetação (biodiversidade) pelo processo de corte e queima tem como consequências a redução da qualidade do solo e a interrupção da continuidade dos seus processos biológicos, que são responsáveis pela mineralização dos nutrientes orgânicos para a nutrição das plantas (LIMA, et al. 2011). Esse problema é mais agravante em solos das regiões tropicais de avançado estádio de intemperísmo, ou seja, baixa fertilidade natural. Os processos mais importantes e responsáveis por essa degradação são a erosão, a compactação e a diminuição dos estoques de matéria orgânica do solo, os quais influenciam negativamente a microbiota e macrofauna do solo (LEITE et al. 2003). Áreas degradadas perdem sua capacidade produtiva, acarretando também em sérios problemas sociais, como o êxodo do homem no campo e a elevação da densidade demográfica das cidades. Este êxodo ocorre principalmente devido à inviabilidade de pequenos produtores 14

15 recuperarem as condições de fertilidade de suas propriedades, à concorrência com grandes produtores e aos baixos preços dos produtos agrícolas aliado aos altos preços dos insumos e fertilizantes minerais. Independente do agente causador do impacto sobre o recurso (solo) observa-se em diversas regiões a redução significativa do poder de resiliência dos ecossistemas alterados devido, principalmente, a perda da camada superficial do solo (BALIEIRO et al. 2004). O enfoque sobre a qualidade do solo vem despertando um crescente interesse, principalmente em países desenvolvidos onde, é enfatizado que a qualidade do solo é tão importante quanto à qualidade do ar e da água na determinação da qualidade global do ambiente em que vivemos (GOMES, 2010) A remoção da cobertura vegetal natural e a implantação de atividades agropecuárias, devido às ações que envolvem as diferentes formas de uso e manejo, provocam desequilíbrio no ecossistema, uma vez que o manejo adotado influenciará os processos físicos, químicos e biológicos do solo, modificando suas propriedades químicas e físicas (CANELLAS et al. 2003; RANGEL & SILVA, 2007; COSTA et al. 2008). Essas modificações antrópicas do solo podem ser de caráter positivo ou negativo, isto é, tanto podem provocar melhoria em certas propriedades do solo, como também podem acelerar sua degradação, dependendo principalmente da natureza do solo, da espécie vegetal, do sistema de manejo usado e do tempo de exploração agrícola (SALTON et al. 2008; CARNEIRO et al. 2009). Geralmente considera-se que o solo de sistemas agroflorestais apresentam características físicas, tal como a agregação mais favoráveis quando comparando com outros usos, proporcionando condições mais adequadas ao crescimento das plantas. Esse resultado, na maioria das vezes é atribuído à maior quantidade de matéria orgânica e raízes que contribuem para a aproximação das partículas do solo, indicando, assim, que as SAFs normalmente incrementam o teor de matéria orgânica e a estabilidade de agregados do solo. A estabilidade de agregados, expressa pela distribuição de tamanho de agregados, pode ser utilizada para se avaliar a qualidade estrutural do solo, uma vez que a estabilidade da estrutura está relacionada à resistência que os agregados do solo apresentam à influência desagregante da água e forças mecânicas (GAVANDE, 1976). A compactação do solo é um dos fatores limitantes à produção das culturas e é condicionada não só por fatores externos, especificamente por tipo, intensidade e freqüência da pressão aplicada (PROFFIT et al. 1993; LIMA et al. 2004), mas também por fatores 15

16 internos, como: textura, estrutura, ciclos de umedecimento e secagem e densidade do solo (ISLAM & WEIL, 2000; CARNEIRO et al., 2009). 2.2 Indicadores biológicos, químicos e físicos do solo Indicadores biológicos Os atributos biológicos do solo podem ser considerados indicadores de alguns processos que ocorrem no solo em resposta às perturbações antropogênicas, podendo constituir-se importantes variáveis para predizer a qualidade dos ecossistemas agrícolas. Os microrganismos do solo apresentam papel fundamental na decomposição da matéria orgânica, formação e estabilização de agregados e ciclagem biogeoquímica de nutrientes no solo (PÔRTO, et al. 2008). A sua biomassa representa ainda uma expressiva parcela do carbono (C), nitrogênio (N) e fósforo (P) do solo (NANNIPIERI et al., 2003; POKARZHEVSKII et al. 2003). Além disso, pesquisas recentes têm apontado que alguns indicadores relacionados com a comunidade microbiana do solo são bastante sensíveis às alterações provenientes das atividades agrícolas, fornecendo, dessa forma, subsídios importantes para o correto planejamento do uso da terra e manejo do solo (JOHNSON et al. 2003; MATSUOKA et al., 2003; SANGHA et al. 2005). O tamanho, composição e atividade da microbiota do solo têm sido freqüentemente utilizado em estudos de monitoramento das alterações ambientais decorrentes da exploração agrícola. No entanto, verifica-se que essas variáveis isoladamente não expressam adequadamente os processos biogeoquímicos que ocorrem nos ecossistemas, devendo ser combinados entre si, de forma a produzir relações (ANDERSON, 2003; HARRIS, 2003). O emprego de sistemas de cultivo e práticas de manejo do solo como o monocultivo, aração e gradagem, aplicações de agrotóxicos, adubos e corretivos, entre outras, podem desequilibrar a microbiota, reduzindo a diversidade dos microrganismos e a ciclagem de nutrientes, podendo resultar em degradação do solo e menor produtividade das culturas (JORDAN et al. 2004; DÍAZ-RAVIÑA et al. 2005). Doran & Parkin (1994) propuseram um conjunto básico de indicadores de ordem biológica, física e química: textura, profundidade de raízes, densidade do solo, infiltração de água no solo, capacidade de armazenamento e retenção de água, conteúdo de água no solo, temperatura do solo, teores de C e N orgânico total, ph, condutividade elétrica, teores de N 16

17 mineral (NH4+ e NO3-), P, K, C e N da biomassa microbiana, N potencialmente mineralizável, respiração do solo, C na biomassa em relação ao C orgânico total e respiração microbiana em relação à biomassa. A proposta e de que esses indicadores sejam relacionados com cinco funções do solo: habilidade de regular e compartimentalizar o fluxo de água; habilidade de regular e compartimentalizar o fluxo de elementos químicos; promover e sustentar o desenvolvimento de raízes; manter um habitat biológico adequado; e responder ao manejo, resistindo à degradação (VEZZANI & MIELNICZUK, 2009) Indicadores químicos Os indicadores químicos são revelados pela análise de solo. Objeto de estudo do trabalho, apresentam relevância nos estudos, tanto agronômicos quanto ambientais, normalmente agrupados em quatro classes: a) aqueles que indicam os processos do solo ou de comportamento. Ex: ph, carbono orgânico; b) aqueles que indicam a capacidade do solo de resistir à troca de cátions. ex: tipo de argila (1:1 ou 2:1), CTC, CTA, óxidos de ferro; óxidos de alumínio; c) aqueles que indicam as necessidades nutricionais das plantas. Ex: N, P, K, Ca, Mg e elementos traços (micronutrientes); d) aqueles que indicam contaminação ou poluição. Ex: Metais pesados, nitrato, fosfato, agrotóxicos. A acidificação do solo em ambientes com presença de plantas arbóreas ou seja um ambiente próximo de uma floresta natural é comum podendo, isso ocorre devido à lixiviação de bases e absorção de elementos pelas árvores (MAFRA et al., 2008). Considera-se ainda, o fato de as substâncias húmicas, presentes na camada superficial, terem a capacidade de atrair íons, em que a maior atração se dá com o íon alumínio (maior valência), permanecendo mais tempo no solo, enquanto que os outros cátions (Ca, Mg e K) tendem a ser percolados no perfil (BISSANI et al., 2004). Efeito semelhante foi observado monitorando florestamentos com Pinus sylvestris, em que após 30 anos houve redução do ph e da saturação de bases no solo, principalmente dos teores de Ca, Mg e K (PRIETZEL et al., 2006). Em ambientes ácidos e com baixos teores de bases ocorre transformação mais lenta da matéria orgânica, regida principalmente por fungos. Desse modo, os ácidos orgânicos migram como complexos pouco ou não saturados, formando complexos de Fe a Al com bases que são facilmente lixiviadas (ABRAÃO, 2011). De modo geral, as reduções das bases trocáveis no solo normalmente vêm associadas às elevações nas concentrações de alumínio, bem como à diminuição do ph, visto que a acidez do solo atua 17

18 indiretamente sobre as condições do solo, principalmente na atividade microbiana e na disponibilidade de muitos nutrientes (PRITCHETT; FISHER, 1987). Reduções nos valores de ph têm sido encontrada por Wiesmeier et al. (2009). Dentro destas considerações, devemos reafirmar que o monitoramento constante e a observação do desempenho das lavouras, a comparação entre campos, o histórico das áreas, devem ser as ferramentas mais importantes para auxiliar a tomar decisões e não somente a procura por soluções imediatas baseadas em apenas uma análise de solo. O melhor desempenho das culturas somente poderá ser alcançado com a correção do solo e do subsolo e adubação corretamente balanceada. Busca-se um solo com ambiente equilibrado e saudável que forneça também boas condições físicas e biológicas para o desenvolvimento das plantas. Neste aspecto, são de grande importância o uso do plantio direto e a rotação de culturas Indicadores de qualidade física do solo A estrutura do solo é um dos indicadores mais importantes para o crescimento das plantas, uma vez que influi diretamente nas condições de adensamento, compactação encrostamento, infiltração de água e suscetibilidade do solo à erosão (CAMPOS et al. 1995). A estrutura pode ser avaliada por meio de propriedades físicas tais como; estabilidade dos agregados, resistência à penetração, densidade do solo, porosidade e infiltração de água no solo. Estes indicam o efeito do manejo sobre o agroecossistema, sendo fácil a mensuração, obtendo respostas com rapidez e de razoável precisão das características avaliadas. A matéria orgânica, que se relaciona com inúmeras propriedades do solo, também é considerada um dos melhores indicadores de qualidade do solo (REICHERT et al. 2003). Exerce influência direta sobre agregação e, indiretamente, sobre as demais propriedades físicas, funcionando como agente cimentante das partículas do solo. A manutenção e recuperação de características físicas do solo podem ser viabilizadas através do uso de leguminosas, sendo este, um assunto novo ainda em estudo que pode ser viabilizado pela adoção de práticas de manejo do solo, especialmente, onde um sistema de rotação de culturas inclui espécies vegetais com sistema radicular agressivo e abundante e com alta produção de biomassa, contribuindo para diminuir os efeitos da compactação no solo (CUBILLA et al., 2002). 18

19 Levando-se em consideração o maior problema de qualidade dos solos cultivados que é o estado de compactação crítico ao crescimento radicular, a utilização dessas plantas em sistemas de cultivos procurando amenizar a compactação é muito importante. Com isso há o melhoramento das características físicas do solo, principalmente, aumento de infiltração de água, melhor aeração, aumento da atividade dos microorganismos, redução da densidade e resistência que o solo oferece a penetração radicular Resistência do solo a penetração O crescimento radicular das plantas é restringido pela estrutura do solo na medida em que o mesmo reduz o espaço poroso devido o manejo, aumentando-se a resistência a penetração (RP) e a densidade do solo (Ds). A RP está relacionada com o conteúdo de água no solo, pois, à medida que o solo perde umidade os valores de resistência a penetração aumentam podendo em muitos casos ultrapassar o valor de 2000 kpa, sendo citado por Lapen et al. (2004) como sendo crítico para o crescimento radicular da maioria das culturas. A relação da resistência mecânica com a umidade, descrita como curva de resistência do solo pode ser utilizada para fazer inferências sobre as condições estruturais do solo em relação às resistências críticas para o crescimento das plantas. Deste ponto de vista, avaliação da resistência do solo e a determinação da curva de resistência são importantes no estudo do efeito da compactação sobre as condições físicas do solo podendo ser utilizadas para orientar o manejo e o controle da qualidade física do solo (IMHOFF et al. 2000). Estudos fisico-hídricos realizados por Oliveira et al. (2004) em um Latossolo Vermelho após vinte anos de manejo e cultivo, constataram que a Ds era dependente do tipo de manejo empregado, onde foram obtidos maiores valores da Ds na área do manejo tradicional, com uso de máquinas e implementos agrícolas, sem utilização de práticas conservacionistas. Os maiores valores de Ds no manejo convencional do solo encontrados estão diretamente relacionados aos altos valores de RP devido esses parâmetros possuírem estreita relação entre si. O manejo feito no Sistema Agroflorestal tem levado a diminuição da compactação do solo resultando em um bom crescimento e desenvolvimento das plantas e, conseqüente boa produtividade. Por ter poucos trabalhos na região tocantinense, não há resultados acerca dos efeitos de adubos verdes sobre as propriedades físicas dos solos da região. 19

20 2.3 Culturas de base da agricultura familiar Milho O milho (Zea mays L.) é largamente cultivado e consumido em todos os continentes, com produção de cerca de 600 milhões de toneladas, inferior apenas às do trigo e do arroz. Os Estados Unidos, a China e o Brasil são os maiores produtores mundiais (OLIVEIRA et al., 2009). A produtividade brasileira tem crescido sistematicamente, passando de kg ha-1, em 1980, para kg ha-1, em 2009 (CONAB, 2010). Para uma grande maioria de produtores rurais, variedades de milho localmente adaptadas podem representar uma alternativa segura e barata, tornando-se competitivas com os híbridos e variedades. Portanto, segue um esforço no sentido de identificar variedades crioulas melhor adaptadas a cada agroecossistema e aos objetivos do produtor, bem como orientá-los na seleção local desses genótipos (MACHADO, 1998). O milho é uma cultura que remove grandes quantidades de N e, geralmente, requer adubação nitrogenada para completar a quantidade suprida pelo solo (COELHO et al. 2002). Nos países do Terceiro Mundo, o uso de adubação nitrogenada é limitado, pois, o pequeno produtor utiliza esse insumo agrícola de alto custo, somente quando o preço de seu produto é estimulador (RIBASKI et al. 2001). O milho variedade pode produzir varias espigas, porém apena uma ou duas conseguem completar o desenvolvimento. Milhos prolíficos tendem a apresentar rendimento mais estável sob condições de estresse, uma vez que o desenvolvimento da espiga é menos inibido, ao contrário dos cultivares híbridos, que não são prolíficos (MAGALHÃES & DURÃES, 2006). Nas pequenas propriedades familiares, a utilização de variedades ao invés de híbridos de milho é vantajosa, pois as variedades permitem o uso de sementes próprias em cultivos subseqüentes, e assim o custo de produção é menor (SCHONS et al. 2009). No entanto, o cultivo consorciado de duas culturas, como o feijão e milho variedade, pode ser uma alternativa para melhorar o aproveitamento da área e a ocupação do solo gerando alimento e renda, sendo, portanto, opção importante na agricultura familiar desse Estado. Schons et al. (2009), concluiram em seu trabalho que a competição interespecífica entre as culturas da mandioca e do milho variedade em cultivo consorciado com diferentes espaçamentos não afeta parâmetros de crescimento e desenvolvimento e a produtividade das duas espécies quando comparado com o cultivo solteiro. 20