Ciclos biogeoquímicos: P e S

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA Ciclos biogeoquímicos: P e S Profª. Renata Canuto de Pinho

2 Ciclo do fósforo O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO 4 3- e H 2 PO 4- (ortofosfato) Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas

3 Ciclo do fósforo Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa Encontrado em pequenas quantidades, por isso é um fator limitante A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos) No solo pode ser adsorvido por partículas, tornando-se, assim, imobilizado

4 Aspectos globais do fósforo O ciclo do P pode ser diagramado de inúmeras formas aspecto particular a ser enfatizado. Principais compartimentos do P no solo (10 12 kg) Biota terrestre 2,6 dependendo do Fitomassa 1,8 Microbiota 0,8 Água doce 0,09 Rochas mineráveis 19 Oceanos Sedimentos: Dissolvido (inorg.): 80 Biota: 0,050-0,12 Solos

5 Três formas de fósforo nos solos: Formas no solo Fósforo orgânico: na matéria viva, plantas, microrganismos, etc. Fósforo solúvel: disponível. Orgânico bem como ortofosfato. Menor proporção de P do solo Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca. O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo: No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde

6 Ciclo do fósforo Chuva Soerguimento Plantas Intemperização de rochas Escoamento Fosfato em solução Animais Fosfato no solo Lixiviação Precipitação química Detritos depositados Decompositores Sedimentação = nova rocha

7 Transformações e ciclagem do fósforo Resíduos vegetais e animais (5) Processos: Mobilização Imobilização Aquisição Perdas (A) (A/B) (B/E) Planta (10) Solução do Solo (0,001-0,01) (B) Absorção (C) Biomassa Microbiana (10-30) (E) Fertilizantes (10) (C) A/B Decom./Min. C Imobilização D Solubilização (E) E Adsorção/Reten. Orgânico ( ) lábil passivo resistente (B) (C) (D) adsorção precipitação mineral Inorgânico (50-200) (kg.ha -1 )

8 P-orgânico do solo Devido ao alto teor nos micro-organismos (2% MS) é o segundo nutriente mais abundante na MOS (400 kg ha -1 ) Alta correlação com C-orgânico do solo 1 a 3% da MOS: % P-inositol (Fitatos) 3-5 % Ác. Nucléicos até 5% outros Importância é evidente como reserva no solo, porém complicada quanto ao efeito nutricional

9 P-orgânico do solo Frações: lábil, passiva ou resistente: moderadamente lábeis são responsáveis por % do P-mineralizado. Macromoléculas precisam ser degradadas antes da mineralização pelos heterotróficos do solo: Hidrólise enzimática 1- Fosfatases Hidrólise de ésteres (MO - fungos, plantas, animais) 2- Nucleases/nucletidases Nucleotídeos e Ac. Nucléicos (MO rizosféricos) 3- Fosfolipases fosfolipídeos (actinomicetos)

10 Imobilização biológica do fosfato P-orgânico Mineralização PO -3 4 Imobilização Relação C/P: Bactérias do solo = 30:1 Resíduos de alfafa = 260:1 Milho = 600:1 - Teor e relação C/P do resíduo em decomposição C:P 300 tendem a imobilizar. C:P 200 favorece a mineralização líquida Imobilização é temporária em função da progressão da mineralização P-microbiano é a principal fração mineralizável (pode atingir 50% por ano)

11 Solubilização do fosfato Fosfatos Insolúveis Solubilização Plantas (exsudatos) Microrganismos Pi assimilável Descoberta: Século passado (1908) quando Sackett detectou a Ação solvente de bactérias do solo Gerretsen (1948): Eliminação dos MO reduz absorção de P Sperber (1957): Solubilização é comum dentre os MO do solo e tentou elucidar o mecanismo, sugerindo o envolvimento de ácidos orgânicos Os solubilizadores estão presentes em todos os solos, onde representam até 15% de toda comunidade microbiana

12 Solubilização do fosfato Os microrganismos solubilizadores de fosfatos (MSP) Ocorrência generalizada (bactérias, fungos): Bacillus, Pseudomonas, Aspergillus Densidade população é variável (rizosfera > solo) Facilidade para solubilização de P-Ca, limitada solubilização para P-Al e P-Fe Ca 5 OH(PO 4 ) 3 + 4H + 5Ca 2+ + H 2 O + 3HPO 4-2 FePO 4 + 2H + Fe 2+ + H 2 PO 4 - AlPO 4 + 2H + Al 3+ + H 2 PO 4 - Tem potencial, mas falta P&D para aplicação em larga escala

13 Processos biológicos que regulam a disponibilidade de P Moreira & Siqueira, 2006

14 Efeito antropogênico O fluxo de P no ciclo foi alterado em 400% Atividade industrial, doméstica e agrícola. Uso excessivo de fertilizantes; Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas; Eutrofização de corpos d água.

15 Ciclo do enxofre Um dos 10 mais abundantes elementos do universo Principais compartimentos do S no planeta (kg) Atmosfera 4,8 x 10 9 Água doce 3,0 x Oceanos: 1,3 x Biota: 2,4 x Pedosfera Solos: 2,6 x MOS: 0,1 x Plantas: 7,6 x Litosfera 24,3 x Xisto, carvão, calcário e arenitos

16 Ciclo do enxofre Moreira & Siqueira, 2006

17 Origem do enxofre no solo Principal fonte original de S no solo Pirita (FeS 2 )de rochas ígneas. Oxidação Pirita SO 2-4 SO 4 2- é a principal forma de absorção de enxofre pelas plantas

18 Precipitação ácida Conservar energia; Transporte coletivo; Utilizar fontes de energia menos poluentes; Purificação dos escapamentos dos veículos; Utilizar combustíveis com baixo teor de enxofre.

19 Prof. Lixiviação de sulfato Teor de Sulfato Alta mobilidade no perfil do solo e baixa no tecido vegetal

20 Fluxos de S na agricultura Componente kg ha -1 ano -1 Absorção pelas plantas Exportação pela colheita 5-20 Exportação em produtos animais 0-5 Entrada de S atmosférico 2-20 Lixiviação 0-50 Intemperização 0-5 Emissões para atmosfera desconhecido Stevenson & Cole (1999)

21 Mineralização e imobilização Frações do S no solo: - SO S-orgânico lábil (disponível) - S-resistente (complexado) Em torno de 90% do S presente na camada arável do solo acha-se na forma orgânica em estreita relação com o C, N e P. A maior parte está ligada ao C (C-S) - aminoácidos Cisteína Cistina Metionina 30% do S-orgânico do solo

22 Mineralização e imobilização A relação C/S da MOS é alta 100:1 e não tão consistentes como as relações C/N Por que isso? As alterações resultam de diferenças devido ao material de origem, lixiviação e adições de S Em solo aerado o ciclo do S resume-se basicamente na decomposição/mineralização de S-orgânico à sulfato inorgânico. C/S < 200 Mineralização líquida C/S > 400 Imobilização líquida

23 Mineralização e imobilização Decomposição: - Heterotróficos - Sulfatases (SO 4 2- ) Solos aerados - Desulfidrases (H 2 S) Solos alagados Transformações Inorgânicas - Redução dissimilatória (respiratória): SO 4 2- ou S 0 S 2- (indesejável devido a formação de chuvas ácidas) - Redução assimilatória (imobilização): SO 4 2- ou S 0 S-orgânico - Oxidação da Pirita (Thiobacillus ferroxidans)

24 Transformações inorgânicas CO 2 FeS 2 e - ATP NaDPH + Fe 3+ H 2 SO 4 2- Biomoléculas Thiobacillus ferroxidans

25 Transformações inorgânicas FeS 2 e - Thiobacillus ferroxidans Fe 3+ H 2 SO 4 2- UO 2 Fe 3+ Fe 2+ UO 2 SO 4 2- Uranina solúvel

26 Bibliografia sugerida