Bioindicadores para avaliar a qualidade do solo. Ieda de Carvalho Mendes Embrapa Cerrados

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2 Bioindicadores para avaliar a qualidade do solo Ieda de Carvalho Mendes (ieda.mendes@embrapa.br) Embrapa Cerrados

3 (QS) Doran & Parkin, 1994

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8 Hoje: $$ X Grãos, fibras, agroenergia, carne, leite X

9 Século XXI: Agricultura também vai ser reconhecida pela sua capacidade de prestar importantes serviços ambientais $$ $$ Para certificar fazendas vamos precisar de parâmetros (MÉTRICAS): BIOINDICADORES de QS $$

10 Indicadores de Qualidade de Solo (QS) ph, Al, Ca+Mg, P, K... Químicos Matéria orgânica Físicos Textura, estrutura Densidade Cap. ret. H 2 O... Biológicos Nenhum indicador individualmente irá descrever e quantificar TODOS os aspectos da qualidade do solo.

11 Indicadores de Qualidade de Solo (QS) ph, Al, Ca+Mg, P, K... Químicos Matéria orgânica Físicos Textura, estrutura Densidade Cap. ret. H 2 O... Biológicos Nenhum indicador individualmente irá descrever e quantificar TODOS os aspectos da qualidade do solo.

12 Indicadores de Qualidade de Solo (QS) ph, Al, Ca+Mg, P, K... Químicos Qualidade do Solo Físicos Textura, estrutura Densidade Cap. Ret. Agua... Biológicos Biomassa, atividade e diversidade microbiana Seleção de Indicadores: Conjunto Mínimo de indicadores para quantificar a qualidade do solo

13 Densidade (ind.m -2 ) Bioindicadores Cresc. Plantas Alta X baixa atividade Raízes 6 5 SC (a/s/a/s/a) PDA (n/m/a/s/t) Minhocas PDB (t/s/n/m/a) PDC (a/s/t/s/n) Mata Safra de verão 2/21 Safra de inverno 21 Macrofauna Safra de verão 21/22 Safra de inverno 22

14 Respiração Basal Indicadores Microbiológicos Biomassa microbiana Atividade enzimática Diversidade metabólica Diversidade genética

15 Indicadores Microbiológicos Biomassa microbiana Atividade enzimática Ciclo do C: β-glucosidase Ciclo do P: Fosfatase Acida Ciclo do S: Arilsulfatase

16 Indicadores Microbiológicos Biomassa microbiana Atividade enzimática

17 Características de um bom indicador ecológico 1- Indicar algum aspecto do funcionamento do ecossistema 2- Mostrar uma resposta precisa e rápida a qualquer perturbação 3- Ser de simples determinação e barato O quê está sendo avaliado e porquê?

18 Por que usar Bioindicadores? 1- Sensibilidade: Identificam mudanças no funcionamento biológico do solo num curto espaço de tempo

19 Sensibilidade relativa (PC=1%) Propriedades Rurais Rio Verde (GO) Referência PC=1% 25 PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD Mat org. Biomassa Sulfatase PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD-12 PC=1%

20 Sensibilidade relativa (PC=1%) Propriedades Rurais Rio Verde (GO) Referência PC=1% 25 PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD Mat org. Biomassa Sulfatase PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD-12 PC=1%

21 Sensibilidade relativa (PC=1%) Propriedades Rurais Rio Verde (GO) Referência PC=1% 25 PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD { 1º ano 1 5 Mat org. Biomassa Sulfatase PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD-12 PC=1%

22 Por que usar bioindicadores? Sensibilidade Ex: Latossolo argiloso de cerrado após 11 anos do estabelecimento de sistemas de plantio direto e convencional ( -5 cm profundidade). Tratamento MOS C da Biomassa Microbiana Glicosidase Fosfatase Ácida g kg -1 mg C kg µg pnf g soi l-1 h Plantio Direto 37, a 277 a 23 a 19 a Convencional 27, a 152 a 71 b 488 b % aumento no PD +37% +82% +224% +17% Peixoto et al. 21

23 Bioindicadores e recuperação de áreas degradadas (RAD) Local: Estação do INMET (DF) Áreas MOS CBM β-glicosidase Fosfatase ácida Arilsulfatase g kg -1 mg.kg µg p-nitrofenol g -1 solo h Degradada Recuperação (11 anos) Cerrado 14c 2b 27a 153 c 36b 913 b 23 c 276b 55ab 1493a 6b 448 a 61 a 1758a 13 a % aumento na área recuperada 43 % 8 % 53 % 63 % 261 %

24 Sist Integrados Lavoura Pecuária Local: Fazenda Xanxerê (Correntina-BA) Solo: NQ arenoso (16% argila) %,9,75,6,45,3,15 +38% PC- Soja ( 2 anos) PD- Soja (1 anos) PD- Algodão (1 anos) PD- Milho + Braqui. (1a), MOS 2/211 (Vilela et al.)

25 Sist Integrados Lavoura Pecuária Local: Fazenda Xanxerê (Correntina-BA) Solo: NQ arenoso (16% argila) % PC- Soja ( 2 anos) PD- Soja (1 anos) PD- Algodão (1 anos) PD- Milho + Braqui. (1a) 2 +73% Glicosidase Sulfatase 2/211 (Vilela et al.)

26 Vantagens do uso de bioindicadores i) Incentivar o agricultor que já está adotando sistemas agrícolas conservacionistas. ii) Alertar aquele que está adotando sistemas de manejo que levam à degradação do solo. iii) Entender o FUNCIONAMENTO DO SOLO

27 Rede de Bioindicadores de Qualidade de Solo (desde 24) Edital de Redes Repensa 21 3 pesquisadores 13 instituições

28 Rede de Bioindicadores de Qualidade de Solo Selecionar bioindicadores Estabelecer níveis criticos Ampliar e aprofundar nosso conhecimento sobre o funcionamento biológico do solo

29 Maquinaria Biológica do solo Gases 25% Matéria orgânica 5% Biomassa Viva 5% Macro Mat. Orgânica 16% Água 25% Partículas Matéria orgânica minerais 45% Substâncias Húmicas 49% Biomassa Viva 5% A importância dos infinitamente pequenos é infinitamente grande! (Pasteur) Raízes 22% Macrofauna 8% microrganismos 7% Subst. não húmicas 3%

30 Por que avaliar o funcionamento do solo? Qualidade do solo Subsidiar o agricultor

31 Funcionamento Biológico do Solo PD PC : PD PC PD Sist de cultivos de grãos sob Plantio Direto (PD) e Convencional (PC) NT PC

32 -1-1 g PNF g solo h -1-1 g PNF g solo h -1 mg C kg solo -1-1 g PNF g solo h PD iniciado em 1992: a 5cm Avaliações: Biomassa C - Glucosidase 4 6 Cerrado PD PC Fosfatase Cerrado Sulfatase PD PD 6 Ago 98 PC Jan 99 Ago 99 Jan Ago Jan 1 Ago 1 Jan 2 Jan 99 Ago 99 PC Jan Ago Jan 1 Ago 1 Jan 2 Milheto- PD Nabo- PD Plantio Convenc. Cerrado

33 -1-1 g PNF g solo h -1-1 g PNF g solo h -1 mg C kg solo -1-1 g PNF g solo h 9 PD iniciado em 1992: 5 a 2 cm Avaliações:1998 Biomassa C - Glucosidase 3 6 Cerrado Fosfatase Sulfatase Ago 98 Jan 99 Ago 99 Jan Ago Jan 1 Ago 1 Jan 2 Jan 99 Ago 99 Jan Ago Jan 1 Ago 1 Jan 2 Milheto- PD Nabo- PD Plantio Convenc. Cerrado

34 ug p-nitrofenol g -1 solo h Distribuição no perfil do solo da atividade da B-glucosidase Profundidade (cm) Cerrado PD PC

35 Por que usar Bioindicadores? 1- Sensibilidade: Identificam mudanças no funcionamento biológico do solo num curto espaço de tempo 2- Coerência: temporal e espacial : Precisão

36 Coerência e camada diagnóstica Monitoramento de longo prazo: PD PC Col 1 vs PD gli Col 1 vs PD gli: 29, Col 1 vs PC gli Col 1 vs PC gli: 28, -1 solo -1 mg C kg a 5 cm-- CBM g PNF g -1 solo h Glucosidase PD PC -- a 1 cm-- -- a 5 cm-- -- a 1 cm Cerrado PD PC g PNF g -1 solo h Fosfatase ácida PD PC g PNF g -1 solo h a 5 cm-- -- a 1 cm a 5 cm-- -- a 1 cm Sulfatase PD PC

37 Bioindicadores: Um abordagem em construção

38 Sensibilidade relativa (PC=1%) Propriedades Rurais Rio Verde (GO) Referência PC=1% 25 PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD { 1 5 Mat org. Biomassa Sulfatase PC PD-1 PD-4 PD-8 PD-1 PD-12 PC=1%

39 Sensibilidade relativa (PC=1%) Propriedades Rurais Rio Verde (GO) µg pnf h -1 g ,6 g/kg 226 mg C/kg Mat org. Biomassa Sulfatase PD-12 anos

40 Tabelas de Interpretação de Indicadores Químicos (Sousa et al. 22)

41 Tabela de Interpretação de Indicadores Microbianos Indicador Classe de Interpretação Baixo Moderado Adequado Biomassa Microb. Resp. Basal B-Glucosidase Celulase Fosfatase Acida Arilsulfatase

42 Estratégia para interpretação de bioindicadores baseada no rendimento de grãos e na matéria orgânica do solo, utilizando os mesmos princípios dos ensaios de calibração de nutrientes.

43 Estratégia para interpretação de bioindicadores utilizando rend. de grãos de exp. de longa-duração 12 anos 17 anos Alves et al. 213 SSSAJ

44 Estratégia para interpretação de bioindicadores utilizando rend. de grãos de exp. de longa-duração. Com P Sem P Alves et al. 213 SSSAJ

45 Estratégia para interpretação de bioindicadores utilizando rend. de grãos de exp. de longa-duração. Alta QS Baixa QS Alves et al. 213 SSSAJ

46 17 anos 12 anos 12 anos Experimento Tratam. Rend. Acum. Rend. Relativo MOS kg.ha -1 % g.kg -1 I ,9 I ,32 I ,97 I ,63 I ,93 I , I ,87 I ,33 II ,63 II ,52 II ,13 II ,85 II ,97 II ,79 II ,3 II ,2 II ,5 III ,83 III ,28 III ,37 III ,12 III ,83 III ,87 III ,65

47 Rendimento Relativo Acumulado (RRA) % Rendimento Relativo Acumulado (RRA) de grãos x Mat. Orgânica Solo (MOS) y= x R 2 =.85*** MOS (g kg -1 )

48 Estratégia para interpretação de bioindicadores utilizando rend. de grãos de exp. de longa-duração. Rendimento acumulado de grãos x P Rendimento Relativo Acumulado (RRA) % y= e (-.2629x) R 2 =.94*** Com P Sem P P-Mehlich (mg kg -1 ) Nivel crítico de P para atingir 8 % do rendimento acumulado= 8 ppm Alves et al. 213 SSSAJ

49 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração y= x -.3x 2 R 2 =.62*** (a) 12 y= x -.5x 2 1 R 2 =.79*** (b) 8 8 RRA (%) 6 4 RRA (%) CBM (mg C kg -1 de solo) 12 y= x -.1x 2 (c) 1 R 2 =.66*** Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) RRA (%)

50 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração. (a) 12 y= x -.5x 2 1 R 2 =.79*** (b) RRA (%) lo) (c) Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) 12 y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%)

51 y= x -.3x 2 12 y= x -.5x 2 (a) (b) Relações entre indicadores microbianos e o rendimento 1 R 2 =.62*** 1 R acumulado de grãos (RRA) em experimentos 2 =.79*** de longa-duração. 8 8 RRA (%) 6 4 RRA (%) CBM (mg C kg -1 de solo) 12 y= x -.1x 2 (c) 1 R 2 =.66*** Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) RRA (%) y= x -.9x Celulase (µg glicose g -1 24h -1 ) R 2 =.65*** (e) ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) RRA (%) RRA (%) 8 6 4

52 3x -.3x 2 12 y= x -.5x 2 (a) (b) 1 R Relações entre 2 = indicadores.79*** microbianos e o rendimento 8 acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração. RRA (%) g C kg -1 de solo) 83x -.1x 2 (c) Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) (µg glicose g -1 24h -1 ) 5x -.9x 2 (e) ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) RRA (%)

53 CBM (mg C kg -1 de solo) 12 y= x -.1x 2 (c) 1 R 2 =.66*** 2 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) RRA (%) y= x -.9x Celulase (µg glicose g -1 24h -1 ) R 2 =.65*** (e) ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) RRA (%) RRA (%) Fosfatase ácida (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) Arilsulfatase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 )

54 g C kg -1 de solo) 2 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração. 3x -.1x 2 (c) Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) (µg glicose g -1 24h -1 ) 5x -.9x 2 (e) ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) RRA (%) (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) Arilsulfatase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 )

55 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos (RRA) em experimentos de longa-duração 12 1 y= x -.3x 2 R 2 =.62*** (a) 12 y= x -.5x 2 1 R 2 =.79*** (b) RRA (%) RRA (%) CBM (mg C kg -1 de solo) 12 y= x -.1x 2 (c) 1 R 2 =.66*** Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** RRA (%) RRA (%) y= x -.9x Celulase (µg glicose g -1 24h -1 ) R 2 =.65*** (e) ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) RRA (%) RRA (%) Fosfatase ácida (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) Arilsulfatase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 )

56 Relações entre indicadores microbianos e o rendimento acumulado de grãos em experimentos de longa-duração y= x -.3x 2 R 2 =.62*** (a) 12 y= x -.5x 2 1 R 2 =.79*** (b) RRA (%) RRA (%) RRA (%) CBM (mg C kg -1 de solo) 12 y= x -.1x 2 (c) 1 R 2 =.66*** y= x -.9x Celulase (µg glicose g -1 24h -1 ) R 2 =.65*** (e) RRA (%) Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) y= x -.3x 2 (d) 1 R 2 =.79*** ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (f) Baixo a 4% RRA Moderado 41 a 8% RRA Adequado <8% RRA RRA (%) RRA (%) Fosfatase ácida (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) Arilsulfatase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 )

57 1 a tabela de Interpretação de Valores Individuais de Indicadores Microbianos com base no RRA Latossolos argilosos do Cerrado (4 milhões ha) Específica para essa condição e baseada nos princípios de calibração de nutrientes do solo. Indicador Classe de Interpretação Baixo Moderado Adequado Biomassa Microb a 41 >41 Resp. Basal 4 41 a 1 >1 B-Glucosidase 7 71 a 11 >11 Celulase a 14 >14 Fosfatase Acida a 118 >118 Arilsulfatase 4 41 a 95 >95 Valores referência que podem fornecer informações sobre diferentes sistemas de manejo e seus impactos na qualidade do solo

58 Rendimento Relativo Acumulado (RRA) % Rendimento Relativo Acumulado (RRA) de grãos x Mat. Orgânica Solo (MOS) y= x R 2 =.85*** MOS (g kg -1 ) Níveis críticos de MOS para atingir: 8 % do RRA= 31,6 g kg -1 4 % do RRA= 25, g kg -1

59 Relações entre indicadores microbianos e a matéria orgânica do solo em experimentos de longa-duração. MOS (g kg -1 ) MOS (g kg -1 ) MOS (g kg -1 ) 38 y= x 36 R 2 =.55*** CBM (mg C kg -1 de solo) 38 y= x 36 R 2 =.63*** Celulase (µg glicose g -1 24h -1 ) 38 y= x 36 R 2 =.62*** (a) (c) (e) Fosfatase ácida (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) MOS (g kg -1 ) MOS (g kg -1 ) MOS (g kg -1 ) 38 y= x 36 R 2 =.69*** Respiração Basal (mg C-CO 2 kg -1 de solo) 38 y= x 36 R 2 =.73*** ß-Glicosidase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) 38 y= x -.4x 2 R 2 =.84*** (b) (d) Arilsulfatase (µg p-nitrophenol g -1 h -1 ) (f)

60 1 a tabela de Interpretação de Valores Individuais de Indicadores Microbianos com base na MOS Latossolos argilosos do Cerrado (4 milhões ha) Específica para essa condição e baseada nos princípios de calibração de nutrientes do solo. Indicador Classe de Interpretação Baixo Moderado Adequado Biomassa Microb a 45 >45 Resp. Basal 4 41 a 1 >1 B-Glucosidase 7 71 a 115 >115 Celulase 6 61 a 14 >14 Fosfatase Acida a 115 >115 Arilsulfatase a 9 >9 Valores referência que podem fornecer informações sobre diferentes sistemas de manejo e seus impactos na qualidade do solo

61 Interpretação de Valores Individuais de Indicadores Microbianos- Solos argilosos Médio Médio Baixo

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63 Sonho dourado... Química ph, Al, Ca+Mg, P, K... IQS Física Textura Densidade Cap. ret. H 2 O... Biológicos Biomassa, atividade e diversidade microbiana Agregar informações para fazer um Índice de Qualidade de Solo (IQS)

64 Microbiol. Quimica Fisica Indicadores PD PC Cerrado CBM Fosfatase ácida Arilsulfatase Glicosidase Mat. Orgânica 3,25 2,99 3,38 ph H2O 5,54 5,48 4,75 M ( sat alumnio) 43 P 13 4,5,4 K 5 34,7 46,7 Ca 3,44 2,38,34 Mg 1,6,89,47 CTC 1,4 8,3 9, V ( sat bases) 44, 41, 1, Densidade,93,9,83 Microporosidade 36,3 39,8 37,2 Macroporosidade 27,8 25,8 26,3 Porosidade 64,2 65,7 63,5 IQS PD PC SIMOQS Chaer & Tótola, 24 IQS : é o meio para alcançar o fim= Manejo de solo c/qualidade

65 Simplicidade e custo de análise

66 **Custo dos reagentes das análises = - B-Glicosidase : R$8, - Sulfatase : R$ 18, Total = 26, ** Não foi levado em consideração mão de obra, vidraria e custo de aparelhos ( espectrofotômetro visível e incubador ). **25 análises/dia

67 Bioindicadores: abordagem em construção ( mas a construção está andando rápido!!) Geração de novas tabelas Software de Monitoramento da Qualidade do Solo Unificar as amostras de fertilidade e microbiologia Quimicos IQS Fisicos Biológicos

68 Bioindicadores on-line Researcher 1 SIMOQS Banco de Dados Projeto Bioindicadores SIMOQS Pesquisador Pesquisadores /Agronômos SIMOQS Pesquisador Banco de dados Microbiologia dos Solos brasileiros WEB SITE Agricultor/Agronômos/ Sociedade

69 Hoje no mundo: 1-EUA: EPA (Environmental Protection Agency) propôs mais de 18 parâmetros como indicadores de química de solo SMAF ( Soil Monitoring Assessment Framework) 2- OECD ( Organization for Economic Cooperation and Development) 58 indicadores agroambientais (alguns dos quais constituem diferentes métodos para avaliar um mesmo parâmetro). 3- Comitê técnico ISO 19 de qualidade de solo: 35 parâmetros (química, física e biologia do solo) 4- Países da América do Sul?

70 Hoje no mundo: EUA 1- Kit Solvita produzido pelo Woods End Research Laboratory baseado na tecnologia de gel colorimetria, tem sido comercializado para que os próprios agricultores possam avaliar a respiração do solo de uma maneira eficiente e rápida ( 24 horas) ( US$ 1, kit com 12 ( R$ 16,/análise)

71 Hoje no mundo: 5 locais 7 indicadores

72 Hoje no mundo:

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74 Desafio: Produzir com sustentabilidade - Reduzir as emissões de gases de efeito estufa, - maior eficiência no uso dos recursos naturais, - baixa geração de residuos - equidade social (UNEP, 28) O uso de microorganismos como bioindicadores pode nos Mais do que uma agricultura capaz de produzir grãos, fibras e agroenergia, nós ajudar também a queremos atingir esses ter uma objetivos agricultura!! SUSTENTÁVEL capaz de prover importantes serviços ambientais.

75 Muito Obrigada!!

76 Indicadores Microbiológicos

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78 Bioindicators Project: Structure Action Plan 6: Soil Quality Indices (SQI) Development of the 2. on-line version of the software SIMOQS (Soil Quality Monitoring System) released by Viçosa University in 24. SIMOQS is a user-friendly software that allows the construction of Soil Quality Indices (SQI) using microbial, chemical and physical soil attributes, according to the model proposed by Karlen & Stott, 1994 ( soil functions/indicators). Chemical SQI Physical Biological

79 Estratégia para interpretação de bioindicadores baseada no rendimento de grãos e na matéria orgânica do solo, utilizando os mesmos princípios dos ensaios de calibração de nutrientes. Alto P Baixo P Alves et al. 213 SSSAJ

80 SIMOQS = Sist. Monit. Qualidade do solo Índices de Qualidade de Solo- IQS O Simoqs é uma ferramenta computacional, desenvolvida na UFV, baseada em estudos de Karlen & Stott (1994), que permite a construção e condução de testes sobre modelos para calcular um índice de qualidade de solos (IQS), englobando atributos químicos, físicos e biológicos. Chaer, Dantas et al. Químicosl IQS Biológicos Físicos