Uniersidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos. Matéria orgânica do solo

Transcrição

1 Uniersidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos Matéria orgânica do solo

2 Definições e caracterização da MO Material orgânico todo o tipo de material de origem orgânica, reconhecível ou não. Húmus ou matéria orgânica substâncias de natureza orgânica já em estádio avançado de alteração, não sendo possível reconhecer sua origem 4 grandes grupos de compostos orgânicos: Carboidratos: Mais importantes e se decompõem rapidamente, contribuindo para os nutrientes Proteínas: do solo, como N, P e S Lignina: Composto muito resistente que persiste no solo como um dos principais componentes do húmus Lipídios: + ceras e resinas Componentes resistentes que contribuem com S e P para o solo

3 Composição dos materiais representativos de material verde, adicionado ao solo.

4 Natureza das substâncias orgânicas Os compostos não humificados sofrem 2 processos básicos de transformação: Mineralização ão: é um processo de queima com liberação de CO 2 e de compostos (NH + 3, CO 2, PO3-4, SO ) Humificação ão: transformação dos compostos orgânicos em húmus

5 Natureza das substâncias orgânicas Compostos não humificados A natureza dos compostos não húmicos depende do tipo de organismo do qual precede: Resíduos de colheita Esterco Animais mortos Produtos da atividade microbiana entre outros

6 Natureza das substâncias orgânicas Compostos não humificados Os compostos não húmicos transformam-se no solo devido, fundamentalmente, ação microbiana Constituem as unidades estruturais para: Formação de tecidos; Reservatório de nutrientes e energia dos organismos.

7 Natureza das substâncias orgânicas Compostos não humificados Carboidratos: simples (glicose, galactose) polimerizados (lignina, celulose): difícil decomposição Aminoácidos: são constituintes das proteínas fonte de N no solo Glicina, alanina, ác. aspártico, ác. glutâmico, etc

8 Natureza das substâncias orgânicas A velocidade de decomposição dos compostos não húmicos depende: composição dos resíduos orgânicos: a relação C/N da matéria orgânica é muito importante condições ambientais: temperatura, umidade, aeração, ph... quantidade e tipo de material (degradação e resistência) Os compostos não húmicos participam na síntese de outras substâncias (compostos humificados), através do processo de humificação

9 Ciclo do carbono Os vegetais transformam o CO 2 da atmosfera em compostos orgânicos, mediante energia solar O homem e outros animais superiores obtêm energia e tecidos orgânicos dos produtos vegetais e devolvem resíduos e rejeitos ao solo Macro e microrganismos digerem estes materiais orgânicos, liberando nutrientes para as plantas, deixando CO 2 e húmus h como produtos relativamente estáveis Carbonatos e bicarbonatos de Ca. Mg, K, etc, são removidos por lixiviação, porém, o carbono retorna ao ciclo sob a forma de CO 2 A totalidade do CO 2 é liberada para a atmosfera, onde fica novamente disponível para assimilação vegetal Fonte: Brady,, 1989 Fonte: Brady, 1989

10 Natureza das substâncias orgânicas Compostos humificados Partículas coloidais de alta reatividade (< 2µm) 2 Grande área superficial específica Coloração variando do amarelo ao marrom escuro (afeta a temperatura do solo) Bastante estáveis e resistentes à ação microbiana Capazes de reter reversivelmente moléculas de água e íons A composição química dessas substâncias depende da composição dos resíduos e dos microrganismos que tomaram parte na decomposição e das condições que o processo se realizou

11 Natureza das substâncias orgânicas Compostos humificados O fracionamento químico permite a separação dos componentes orgânicos das partículas minerais do solo Ácido fúlvico: : solúvel em base, ácido e água Ácido húmico: : solúvel em base e insolúvel em ácido Humina: : insolúvel em base e ácido

12 Natureza das substâncias orgânicas Compostos humificados Ácido fúlvico: : C 135 H 182 O 95 N 5 S os grupos se dissociam maior decomponibilidade contribui imediatamente para a CTC do solo estão em forma adsorvida no solo, ligados aos óxidos de Fe e Al, minerais de argila e compostos orgânicos de alto peso molecular quando não estão adsorvidos, são solúveis em água e tem propriedades redutoras e complexantes compostos de polissacarídeos, compostos urônicos e fenólicos, aminoácidos, entre outros

13 Natureza das substâncias orgânicas Compostos humificados Ácido húmico: : C 187 H 186 O 89 N 9 S possuem alto peso molecular maior resistência da molécula à decomposição funciona como reserva em alguns locais pode representar mais de 80% da matéria orgânica total forma com Ca,, Mg, Fe solúveis e Al, compostos pouco

14 Natureza das substâncias orgânicas Compostos humificados Huminas compreende, junto com as substâncias orgânicas pouco modificadas, a matéria humificada e ácidos húmicos intimamente complexados com minerais de argila substâncias negativamente húmicas carregadas positiva e carga dependente de ph

15 Matéria orgânica do solo O teor de MO no solo é muito sensível em relação às s práticas de manejo

16 A matéria orgânica é encontrada principalmente nas camadas superficiais do solo, suprindo os nutrientes aos vegetais e proporcionando propriedades físicas favoráveis ao crescimento das plantas. Nutrientes Matéria orgânica Superfície Propriedades físicas

17 Adição de matéria orgânica ao solo Parte aérea Adição de matéria orgânica Sistema radicular

18 Adição de MO Ocorre via adição de carbono pela síntese s de compostos orgânicos no processo da fotossíntese - matéria vegetal. Decresce com a profundidade. PC = preparo convencional; PD = plantio direto; A = aveia; V=ervilhaca; M = milho; C = caupi. Teores de CO e NT num solo Argissolo Vermelho escuro submetido, durante 9 anos, a diferentes sistemas de manejo.

19 Transporte de MO em profundidade Minhocas Besouros Formigas Transporte de matéria orgânica em maiores profundidades

20 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 Perdas de MO MO Liberação CO 2 na respiração Decomposição Microbiana Revolvimento do solo (oxidação, erosão, lixiviação) Queima de combustíveis fósseis Desmatamento A magnitude desses processos em dadas condições edafoclimáticas depende das espécies e do sistema de manejo do solo utilizado.

21 Perdas de MO Nota-se o declínio inicial muito rápido e o nivelamento com o passar do tempo Em áreas cultivadas, grande parte da matéria orgânica vegetal é removida para consumo humano ou animal, sendo pequena a quantidade que retorna ao solo O revolvimento do solo coloca os resíduos orgânicos em fácil contato com os organismos do solo, aumentando o ritmo de decomposição Fonte: Brady, 1989 Figura. Influência geral do cultivo sobre os níveis de matéria orgânica do solo, iniciando-se com pradarias virgens. Fonte: Brady, 1989.

22 Perdas de MO A influência depreciadora do cultivo sobre a matéria orgânica também atinge as camadas inferiores do solo Cerca de 25% da matéria orgânica foi perdida na camada entre 0 e 25 cm, em conseqüência do cultivo Figura. Teor médio de matéria orgânica de 3 solos do Dakota do Norte, antes e após 43 anos de cultivo. Fonte: Brady, 1989.

23 Estabelecimento prolongado de uma cobertura vegetal equilíbrio entre a adição e a decomposição da MO Tempo de decomposição relativo das substâncias não humificadas no solo.

24 Regiões tropicais e subtropicais 1 os anos de cultivo + de 50% da MO pode ser perdida MO Erosão Decomposição Microbiana Relação entre os conteúdos de MO e o período de cultivo de solos do RS (adaptado de Pottker,, 1977).

25 Médias anuais de temperatura aumentam de 14,1 o C a 20 o C Chuvas decrescem de 2480 mm a 1350 mm Evapotranspiração potencial aumenta de 600 a 1100 mm Teores de MO (%C) decrescem com a elevação da temperatura e a diminuição da água excedente Clima x teor de MO Oeste 600 km Leste O teor de MO aumenta com a altitude em que ocorre o solo

26 Textura e clima x teor de MO O nível de matéria orgânica do solo dependerá do clima, das condições do solo, do tipo e da seqüência das culturas. Figura. Variação da matéria orgânica em relação a textura do solo (figuras a, c) e clima (figuras b, c). Fonte: Brady, 1989.

27 Importância da matéria orgânica no solo Crescimento vegetal Meio ambiente Matéria orgânica Propriedades químicas Microrganismos Propriedades físicas

28 Importância da matéria orgânica no solo A B C Argissolo Foto: Streck et al., 2002 Cor do solo: aumenta a tonalidade escura Formação de agregados: maior permeabilidade ao ar Aumento da capacidade de retenção de água Aumento da CTC e CTA Disponibilização de macro e micronutrientes Controle do ph do solo: efeito tampão Produção de substâncias ativadoras e/ou inibidoras do crescimento de microrganismos Participação de processos pedogenéticos: quelação, peptização e coagulação Fonte: Luchese et al., 2001

29 A maioria dos atributos do solo têm estreita relação com a MO: Estabilidade dos agregados CTC K+ Na+ Resistência à erosão Cl- K+ Cl- Na+ K+ Disponibilidade de nutrientes às plantas Infiltração e retenção de água Atividade biológica

30 MO e características físicas f do solo Resíduos orgânicos Densidade do solo Poros de tamanho grande Entrada de ar Drenagem de água As raízes e os micélios de fungos criam uma rede que favorece a estabilidade dos agregados, os quais aumentam em número na presença a de gramíneas e quando o solo não é perturbado.

31 MO e características físicas f do solo Relação entre o diâmetro médio geométrico dos agregados (DMG) e os teores de carbono orgânico em um Latossolo Vermelho escuro.

32 MO e características físicas f do solo Fonte: Brady, 1983 Solo desetruturado (esquerda) e solo bem granulado (direita). Raízes de plantas e especialmente húmus são fatores principais na granulação do solos.

33 MO e atividade microbiana Decomposição por microrganismos heterotróficos Parte dos compostos simples e da energia liberada são utilizados para seu próprio metabolismo e reprodução N C K Imobiliza parte dos nutrientes contidos nos resíduos P Aumento da biomassa do solo IMOBILIZAÇÃO E MINERALIZAÇÃO Este aumento da biomassa representa uma IMOBILIZAÇÃO temporária ria dos nutrientes que agora fazem parte dos tecidos microbianos.

34 MO e atividade microbiana IMOBILIZAÇÃO E MINERALIZAÇÃO Os nutrientes imobilizados podem atingir grandes quantidades, mas a biomassa é reciclada mais rapidamente que os tecidos mortos e o retorno de nutrientes à sua forma solúvel disponível para o aproveitamento pelas plantas é chamado de MINERALIZAÇÃO ÃO.

35 Relação Carbono/Nitrogênio (C/N) O equilíbrio entre as taxas de mineralização e imobilização depende da quantidade de C no resíduo e da relação entre carbono e nitrogênio (C/N) Os tecidos microbianos possuem uma relação C/N entre 20 e 30

36 Relação Carbono/Nitrogênio (C/N) Plantas jovens e gramíneas Maturação Diminui conteúdo de proteínas e aumenta lignina Relação C/N 20 Relação C/N > 30 Leguminosas jovens Maturação Relação C/N aumenta com a idade Baixa relação C/N Fonte: Luchese et al., 2001

37 Relações C/N e tendência à liberação ou imobilização do N do solo. Fonte: Luchese et al., Relação Carbono/Nitrogênio (C/N) 60 Relação C/N I>M I=M I<M 0 30 a 60 dias 15 a 30 dias Dias para a bioestabilização

38 Quantidade de carbono no solo A dinâmica da matéria orgânica no solo pode ser expressa pela equação: dc/dt = A*K 1 C*K 2 dc/dt = variação do conteúdo de carbono orgânico (t ha -1 ) no período de 1 ano; A = taxa de adição de carbono orgânico (t ha -1 ano -1 ); K 1 = fração do carbono adicionado (que efetivamente permanece após o período de 1 ano); C = conteúdo de carbono orgânico do solo (t ha -1 ); K 2 = taxa de perda de carbono orgânico (ano -1 )

39 Quantidade de carbono no solo Adição de carbono orgânico (A*K 1 ) Em solos que não recebem aplicações de esterco e outros materiais orgânicos, o CO pode ser adicionado pela degradação de raízes e resíduos vegetais Perdas de carbono orgânico (C*K 2 ) Lixiviação: podem ser consideradas desprezíveis Erosão: sua importância depende da situação do solo no relevo e cobertura da superfície Oxidação: são as mais importantes

40 Quantidade de carbono no solo Em solos sob vegetação natural não ocorre variação nos conteúdos de matéria orgânica no tempo (dc/dtdt = 0), 0 devido as quantidade adicionadas e perdidas (A*K 1 = C*K ) 2 Caracteriza-se, assim, um estado estacionário, em que o conteúdo de MO é determinado pela relação entre as taxas de adição efetiva e as de perda (C C = A*K 1 /K 2 ) de carbono orgânico do solo, as quais serão dependentes dos fatores de formação do solo

41 Quantidade de carbono no solo Tabela 2. Valores estimados dos parâmetros relacionados ao carbono em equilíbrio em diversos ambientes. ECOSSISTEMA A t ha -1 K 1 % A*K1 t ha -1 k 2 % ano -1 C % Floresta tropical 5,0 50 2,5 2,7 4,2 Floresta temperada 2,2 40 0,8 0,7 2,0 Savana tropical 0,9 45 0,4 1,2 0,8 Pradaria 1,4 35 0,5 0,4 3,0 Solo cultivado 5,0 40 2,0 7,0 2,0

42 Quantidade de carbono no solo Taxa de decomposição Perdas por erosão + Rápido esgotamento da + = MO dos solos cultivados nos climas tropicais Exportação de nutrientes pela colheita

43 Perda de carbono do solo na forma de CO2

44 Declínio da MO ao longo do tempo CO 2 CO 2 Baixa fertilidade Baixa produção de resíduos Erosão acelerada Aquecimento global Conduzirá a exploração agrícola a uma situação insustentável do ponto de vista econômico e ambiental

45 Aumento da MO ao longo do tempo Foto: Luis Eduardo A.S. Suzuki Melhoria da fertilidade Elevada produção de resíduos Redução da erosão Proteção da MO nos agregados

46 Dinâmica do Carbono do Solo PASTEJO MO distúrbio na superfície do solo incorporação de material superficial cobertura morta gramíneas capoeira espécies gramíneas que sequestram mais Carbono erodibilidade oxidação MO impacto da gota da chuva adição de Carbono enxurrada MO CO EROSÃO estrutura do solo infiltração erodibilidade enxurrada produção de plantas cobertura morta impacto da gota da chuva