ÍNDICE DA QUALIDADE DO SOLO COM CANA-DE- AÇÚCAR COLHIDA CRUA E QUEIMADA

Edição 20, volume 1, artigo nº 4, Janeiro/Março 2012 D.O.I: http://dx.doi.org/10.6020/1679-9844/2004 ÍNDICE DA QUALIDADE DO SOLO COM CANA-DE- AÇÚCAR COLHIDA CRUA E QUEIMADA Ana Carolina Guzzo Monteiro 1, Niraldo José Ponciano 2 1 Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro-UENF/Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro, Brasil. carolgmz@yahoo.com.br 2 Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro-UENF/Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro, Brasil. ponciano@uenf.br Resumo O presente estudo utilizou aspectos da fertilidade do solo, propriedades físicas e químicas de áreas cultivadas com cana-de-açúcar com e sem queima da palhada, com o objetivo de determinar e avaliar um índice de qualidade do solo (IQS), por meio de oito indicadores que serviram como parâmetros para medir a qualidade do solo. Os indicadores usados foram: textura do solo, quantidade da matéria orgânica, N, P, K na forma disponível, CTC e ph do solo. A partir das análises matemáticas feitas verificamos um IQS mais elevado para áreas com conservação da biomassa vegetal, refletindo na forma de manejo do solo afetando diretamente as propriedades físicas e químicas do solo conseqüentemente na sustentabilidade da produtividade agrícola. Palavras-chave: qualidade do solo, indicadores, cana-de-açúcar, queima. Abstract This study used literature references on aspects of soil fertility, physical and chemical properties of areas cultivated with sugar cane with and without residue burning, in order to determine and assess a soil quality index (SQI) through eight indicators used as parameters to measure soil quality. The indicators used were: soil texture, amount of organic matter, N, P and K in the form available, CEC and soil ph. From the mathematical analysis done found a QSI higher for areas with conservation of plant biomass, reflecting the form of soil management and directly affect the physical and chemical properties of soil consequently the sustainability of agricultural productivity. Keywords: soil quality, indicators, cane sugar, burning. www.interscienceplace.org - Páginas 58 de 194

1. INTRODUÇÃO O rápido aumento da exploração do solo para agricultura nas últimas décadas desencadeou uma maior preocupação da sociedade com a qualidade do solo e a sustentabilidade da produção agrícola. O conceito de qualidade do solo (QS) diz respeito à capacidade do mesmo em desempenhar uma ou mais funções relacionadas à sustentação da atividade, da produtividade e da diversidade biológica, à manutenção da qualidade do ambiente, à promoção da saúde das plantas e dos animais e à sustentação de estruturas socioeconômicas e de habitação humana (DORAN & PARKIN, 1994; KARLEN et al.,1997). Para avaliação da QS tem sido postulada a necessidade de identificar parâmetros, indicadores do seu estado de conservação e/ou degradação (DORAN & ZEISS 2000). Os parâmetros utilizados são os atributos físicos, químicos e microbiológicos do solo. A avaliação dos indicadores é uma ferramenta para avaliar a capacidade de auto sustentação do sistema agrícola. Contudo a questão principal não é apenas identificar e avaliar um indicador para medir a QS, mas sim desenvolver um agroecossistema complexo que permita atingir uma qualidade ambiental e econômica satisfatória. São apontadas três linhas de pensamento sobre QS, uma identifica quais são os melhores índices de qualidade do solo, a segunda considera a matéria orgânica como indicador ideal para mensurar a QS e a terceira linha se refere à interação do sistema solo-planta. O ponto mais relevante é considerar o solo como um sistema aberto referindo-se a terceira linha de pensamento (VEZZANI & MIELNICZUK, 2009). A forma de manejo afeta diretamente as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo e também geram externalidades negativas que afetam a sociedade como um todo. A prática da queima da cana-de-açúcar é utilizada pela maioria dos produtores rurais com o intuito de facilitar e agilizar a colheita. Contudo esta prática ocasiona diversos impactos negativos, promovendo o empobrecimento do solo, prejudicando a ciclagem e a disponibilidade dos nutrientes; provocam um maior uso de agrotóxicos e herbicidas para o controle de pragas e de plantas www.interscienceplace.org - Páginas 59 de 194

invasoras que colonizam o solo rapidamente por não necessitarem de grande disponibilidade nutricional, afetando a própria sustentabilidade da cultura. Ao passo que a preocupação ambiental tem ganhado cada vez mais relevância em pesquisas acadêmicas e para a sociedade em geral, um setor que opera produzindo poluição excessiva não gera um produto eficiente do ponto de vista social. Assim o presente estudo por meio do uso de indicadores de qualidade do solo e aplicações matemáticas destes indicadores, alcançou um índice relativo da qualidade do solo das diferentes áreas analisadas, cana-de-açúcar colhida crua e cana colhida com prévia queima. Avaliando a forma de manejo mais viável ambientalmente. 2. QUALIDADE DO SOLO A qualidade do solo no passado era caracterizada como a capacidade do mesmo em abastecer as plantas com os nutrientes essenciais para seu desenvolvimento, no decorrer do tempo esta idéia foi sendo contestada, visto que o solo apresenta relações com outros atributos externos, como o tipo de manejo, o ecossistema e suas interações ambientais como um todo (DORAN et al. 1996). A atenção para a QS foi intensificada a partir da década de 90, nesta época a comunidade científica já estava consciente da importância do solo para alcançar uma qualidade ambiental além de a sociedade em geral estar voltada para importância deste conceito. A definição mais ampla e aceita para QS foi proposta por Doran & Parkin (1994) que relaciona a capacidade do solo em funcionar dentro dos limites dos ecossistemas naturais ou manejados, sustentando a produtividade vegetal e animal, mantendo ou aumentando a qualidade do ar e da água, de modo a promover a saúde humana e animal. A saúde do solo está relacionada com a função que este executa no ambiente. As funções incluem manter a produtividade agrícola, regular o fluxo de água, o armazenamento e a ciclagem dos nutrientes; servir como um tampão e realizar as transformações da matéria orgânica do solo tornado-a disponível e facilitando a sua absorção pela cultura (DORAN & PARKIN, 1994). A quantificação da QS não é fácil, mas a identificação de um índice capaz de servir como um indicador é de extrema significância. Algumas propriedades do solo www.interscienceplace.org - Páginas 60 de 194

são utilizadas como indicadores, estes devem ser sensíveis as variações de manejo, estar intimamente ligados às funções desempenhadas pelo solo, apresentar fácil mensuração e viabilidade econômica para o agricultor. Os indicadores devem ser mensurados preferencialmente a campo ou em condições que reflitam a real função que desempenham no ecossistema (DORAN & PARKIN, 1994). Através dos indicadores chega-se a um índice da qualidade do solo (IQS), este IQS deve relacionar os processos físicos, químicos e biológicos que ocorram no solo e suas variações dependentes da forma de manejo do solo agrícola. Estudos que envolvem as relações agricultura e meio ambiente tem a necessidade de adotar critérios que permitam avaliar corretamente, as condições atuais assim como as ideais dos compartimentos do agroecossistema. A avaliação de indicadores de sustentabilidade do solo tem sido uma ferramenta cada vez mais útil para avaliar a capacidade do sistema agrícola de auto sustentar-se e de viabilizar-se no presente e no futuro. Segundo Vezzani (2001), o solo tem qualidade quando todo o sistema, considerado como a interação dos subsistemas mineral, plantas e microrganismos, está organizado em nível alto de ordem. O nível alto de ordem é caracterizado pela maior presença de macroagregados e alto teor de matéria orgânica. Os atributos físicos, químicos e biológicos do sistema solo apresentam-se em estão em situação de excelência, a distribuição dos componentes do solo é adequada e as propriedades emergentes do sistema capacitam o solo cumprir as suas funções na natureza, caracterizando qualidade do solo (VEZZANI, 2001). Casalinho et al (2007) selecionaram indicadores para mensurar a qualidade do solo de duas áreas rurais, uma afetada pela ação antrópica, cultivo convencional (propriedade A), outra sem ação antropica (propriedade B). Os indicadores utilizados foram: compactação, matéria orgânica, número de minhocas, profundidade do solo, cor do solo, erosão, plantas indicadoras, porosidade do solo, aparência da planta e organismos do solo. Por meio de análises quantitativas verificaram uma tendência de recuperação da qualidade do solo na avaliação longitudinal, na propriedade em que o agricultor iniciou suas atividades com sistema de produção de base ecológica a partir de áreas degradadas. Índices de qualidade de solo mais elevados foram encontrados na propriedade B, chegando próximo ao índice de ecossistema natural. Uma comparação foi feita para avaliar o índice de qualidade do solo entre www.interscienceplace.org - Páginas 61 de 194

área de floresta nativa, utilizada como padrão, e outra área adjacente com plantação de eucalipto, subdividida em duas áreas, uma com conservação de resíduos orgânicos e outra com queima deste material vegetal. Verificou-se que os indicadores microbiológicos mostraram-se mais sensíveis que os químicos e físicos para avaliar mudanças na qualidade do solo decorrentes do tipo de manejo. O maior IQS foi obtido na vegetação natural, seguido do tratamento onde há conservação do material vegetal, o tratamento onde há queima da matéria organica na superfície do solo apresentou mais baixo índice (CHAER & TÓTOLA, 2007). Isso caracteriza a significância do IQS e evidencia a sua relação com a forma de manejo do solo. O IQS demonstra ser um dos mais importantes indicadores para a previsão do desenvolvimento da cultura e a sua sustentabilidade agrícola. Por meio deste índice adequamos à forma de manejo tornado-a mais adequada ambientalmente e economicamente. Objetiva analisar os trabalhos que mensuraram e avaliaram atributos físicos e químicos das áreas colhidas com cana crua e com a prática da queimada, para analisar o IQS das referidas áreas. 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. Indicadores da qualidade do solo A avaliação da qualidade do solo é feita através de indicadores que podem ser características físicas, químicas e biológicas, a escolha desses indicadores foi feita pela sua relação com as características específicas do solo. Indicadores devem ser sensíveis às variações de manejo, aplicáveis às condições de campo, representativos dos atributos físicos, químicos e biológicos do solo e podem ser avaliados por métodos qualitativos e quantitativos. Utilizamos como indicadores da qualidade do solo a textura do solo, quantidade da matéria orgânica, N, P, K na forma disponível, capacidade de troca catiônica (CTC) e ph do solo. www.interscienceplace.org - Páginas 62 de 194

3.2. Método de avaliação da qualidade do solo Utilizamos uma amostra de trabalhos comparativos sobre as propriedades físicas e químicas de solo cultivado com cana-de-açúcar com e sem queima da palhada. Os valores comparativos sobre a variação da matéria orgânica; N, P, K na forma disponível, ph do solo e CTC são os indicadores da qualidade do solo, tendo em vista a função de produção do solo. Os indicadores recebem pesos numéricos, que são atribuídos de acordo com suas funções o para adequado funcionamento do solo. No presente estudo os indicadores: textura, matéria orgânica e CTC, receberam maiores pesos, pois representam maior participação na função de produção do solo (CANELLAS et al. 2003). Os indicadores foram divididos em quatro classes (classe I, II, III e IV). A classe I representa um solo com ótimo crescimento vegetal, a classe II crescimento vegetal com ligeiras limitações, a classe III crescimento com limitações mais sérias que a classe II e classe IV graves limitações para o crescimento de plantas. A importância à qualidade do solo de cada indicador é usualmente diferente, e pode ser indicado por um coeficiente de ponderação. Neste trabalho usaremos como referência os coeficientes de ponderação de acordo com Wang & Gong (1997). As classes I, II, III e IV receberam pesos 4,3,2 e 1 respectivamente, os indicadores foram normalizados para 100%. A avaliação quantitativa de mudanças na qualidade do solo foi feita segunda a equação abaixo: IQS= Σ W i I i Onde: W i são os pesos dos indicadores; I i são as marcas das diferentes classes. Tabela 1- Indicadores da qualidade do solo e seus pesos correspondetes às classes para avaliação de IQS Indicadores Pesos Classe I Classe II Classe III Classe IV ProProfundidade do solo (cm) 16 >100 80-100 80-50 <50 argiloso ou Textura 16 argila arenoso arenoso areia www.interscienceplace.org - Páginas 63 de 194

Matéria orgânica (g/kg) 18 >30 20-30 10-20 <10 N Disponível (mg/kg) 9 >200 150-200 100-150 <100 P Disponível (mg/kg) 9 >15 10-15 5-10 <5 K Disponível (mg/kg) 9 >150 100-150 50-100 <50 CTC 15 >15 10-15 5-10 <5 ph 8 5,5-7,0 5,0-5,5 4,5-5,0 <4,5 Marcas das classes 4 3 2 1 Indicadores físicos e químicos seus respectivos pesos e classes para análise do IQS. Como exemplo se o teor de matéria orgânica do solo foi maior que 30 corresponde a classe I (Tabela 1), o peso deste indicador é de 18 e a marca da classe I é 4, o IQS = 18x4 = 72. Desta forma para cada indicador um IQS pode ser calculado. Assim o valor do IQS pode ser produzido pela soma da apresentação dos valores dos 8 indicadores estudados. O valor máximo do IQS é 400 e o valor mínimo é 100. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO No trabalho de Cerri et al.(1991) foi determinado o IQS para as áreas de mata nativa, servindo esta como um valor referencial, outro IQS para as áreas de canade-açúcar cultivada há 50 anos e outra há 12 anos (Tabela 3). Verificamos que o maior IQS é o da área sob mata, seguido da área de cana com 12 anos de cultivo e o menor índice foi o da área de cana com 50 anos. Isso ocorre, pois o solo sob mata natural apresenta teores elevados de matéria orgânica nos 20 cm superficiais, este teor diminui a partir desta profundidade. O desmatamento da área e o cultivo contínuo e exclusivo da cana-de-açúcar diminuem o estoque orgânico, a capacidade da troca de cátions (CTC) está relacionada com este decréscimo. O teor de nitrogênio é sensivelmente inferior nos 20 cm superficiais nos solos cultivados por 12 e 50 anos, quando comparados com a mesma profundidade no solo sob mata www.interscienceplace.org - Páginas 64 de 194

natural. A forma imobilizada de nitrogênio nas áreas cultivadas é maior quando comparada à mata. O cultivo intensivo do terreno com cana-de-açúcar conduz a uma acidificação progressiva dos horizontes superiores, havendo uma perda de cátions básicos levando a uma diminuição do ph da camada superficial do solo. O aporte do fósforo assimilável no solo sob mata é baixo, é compensado nas áreas sob cultivo pela adição de fertilizantes químicos. A profundidade e a textura do solo estão apresentadas respectivamente na classe I e II, pois a profundidade analisada foi idêntica (20 cm) para ambas as áreas e o solo foi classificado como um Latossolo vermelho escuro que se desenvolve sobre intercalações de arenito e basalto. Os oito indicadores estudados no presente trabalho estão apresentados na tabela 2, estão divididos em classes (Tabela 1), evidenciando as modificações ocorridas nas propriedades físicas e químicas do solo, devido à forma de manejo utilizada. O trabalho de Cerri et al (1991), serviu de base para estabelecermos o IQS de uma área de mata natural e de área cultivada e explorada continuamente, confirmando um maior IQS para área de mata natural, corroborando com o Chaer e Tótola (2007). O segundo trabalho analisado foi o de Marques et al.,(2009) verificamos um IQS maior para área de cana queimada comparado à área de cana crua (tabela 3). Este fato foi decorrente do pouco tempo de diferença da área com queima e sem queima, o período de tempo não foi suficiente para evidenciar as modificações das propriedades físicas e químicas do solo. Apenas ou micronutrientes manganês, cobre e boros apresentaram diferenças estatísticas no pós e pré queima. Mas estes micronutrientes não são contabilizados no presente estudo. Em Mendonza et al.,(2000) o maior IQS foi o da área cultivada com cana-deaçúcar sem prévia queima (Tabela 3). O solo foi classificado como Podzólico Amarelo distrófico com textura arenosa média, apresentando-se na classe III (Tabela 1). Após cinco ciclos de cultivo, o teor de matéria orgânica foi o fator que mais influenciou as variações das propriedades químicas. A incorporação da palhada promove um incremento da matéria orgânica, há um aumento da transformação destes compostos orgânicos em material humificado, aumentando a CTC e a disponibilidade de nutrientes para a cultura, conforme Canellas et al., (2007). www.interscienceplace.org - Páginas 65 de 194

O teor de fósforo foi maior na cana queimada, apesar da queima elevar o teor de P, em longo prazo pode diminuir a fertilidade do solo, pois as cinzas são lixiviadas principalmente em solos com teores reduzidos de matéria orgânica. Para manter a produtividade são adicionados fertilizantes químicos comerciais. Analisando as propriedades químicas de um cambissolo cultivado com canade-açúcar com preservação do palhiço em uma área e a queima prévia em outra área, em um experimento de longo prazo, área sem queima por 55 anos e área com queima por 35 anos. Verificamos um elevado IQS para área sem queima comparando com a área com queima da palhada (Tabela 3). As amostras de solo foram coletadas em uma região denominada Baixada dos Goytacazes pertencente a Campos dos Goytacazes, esta região apresenta relevo plano (Ravelli Neto, 1989) localizando-se na classe II de acordo com a profundidade (Tabela2). Tabela 2- Índice da Qualidade do Solo com mata natural e cultivo de cana-deaçúcar com e sem queima da palhada Referencial teórico Cultivar Profundidade Textura Matéria Orgânica N P K CTC ph Cerri et al. (1991) Cerri et al. (1991) Cerri et al. (1991) Mata natural I II II I III I III II Cana c/ 50 anos I II III II II III IV III Cana c/ 12 anos I II II II IV III IV II Marques et al. (2009) Cana crua I II III III IV II IV III Marques et al. (2009) Cana queimada I II II III IV II IV III Medonza et al. (2000) Cana crua I III III III IV III III I www.interscienceplace.org - Páginas 66 de 194

Mendonza et al (2000) Cana queimada I III IV III III III IV I Canellas et al. (2003) Cana crua II II I I I I II I Canellas et al. (2003) Cana queimada II II II II III III III I Índice da qualidade do solo valor de referencia mata natural, divisão nas classes I, II, III e IV dos respectivos indicadores da qualidade do solo. O teor de matéria orgânica foi significativamente maior na área de cana crua, de acordo com Canellas et al., (2003) os teores de carbono e nitrogênio nas áreas sob cultivo contínuo de cana-de-açúcar, comparando o manejo cana crua e queimada verificou-se um acréscimo de 70% de carbono na camada entre 0 a 20 cm. O teor de nitrogênio teve um aumento de 47% na mesma camada de solo. A manutenção de resíduos vegetais na superfície do solo favorece diretamente a concentração de C e N além de aumentar o tempo de renovação da lavoura. Sistemas conservacionistas ao longo do tempo apresentam um incremento de matéria orgânica no solo, este sistema diminui o efeito oxidativo que ocorre predominantemente em sistemas com preparo de solo mais intensivo, proporcionando um maior ataque microbiano e diminuição do teor de matéria orgânica. O teor de fósforo foi significativamente maior em cana crua, devido ao efeito cumulativo da aplicação de fertilizantes e o retorno de fósforo acumulado na biomassa vegetal (Canellas at al., 2003), levando este indicador para a classe I em cana crua (Tabela 2). A CTC também foi alterada seguindo a concentração da matéria orgânica sendo, portanto mais elevada em cana crua. O IQS serviu como uma forma de avaliação do padrão de manejo do solo, embora em curto prazo problemas de fertilidade do solo possam ser resolvidos com a aplicação de fertilizantes químicos, isto acarreta em uma elevação do custo econômico e ambiental, gerando externalidades negativas à sociedade. Alternativas de manejo que preservem os teores de matéria orgânica na superfície do solo garantem sustentabilidade da produção em longo prazo. www.interscienceplace.org - Páginas 67 de 194

Tabela 3- Somatório do Índice de Qualidade do solo Referencial Teórico Cultivar Σ IQS Cerri et al. (1991) Mata natural 310 Cerri et al. (1991) Cana c/ 50 anos 251 Cerri et al. (1991) Cana c/ 12 anos 259 Marques et al. (2009) Cana crua 233 Marques et al. (2009) Cana queimada 251 Medonza et al. (2000) Cana crua 239 Mendonza et al (2000) Cana queimada 215 Canellas et al. (2003) Cana crua 353 Canellas et al. (2003) Cana queimada 275 Somatório do índice de qualidade do solo da diferentes áreas: mata natural, cana crua e cana queimada. 5. CONCLUSÕES 1- O solo sob mata nativa serve como um valor de referência, onde foi verificado um maior IQS quando comparado as áreas sob cultivo de cana-de-açúcar por 12 anos e 50 anos. O maior IQS em área de mata nativa deve-se principalmente ao acumulo de matéria orgânica nas camadas superficiais do solo. Em áreas sob cultivo contínuo e intensivo a maioria dos atributos físicos e químicos localiza-se nas classes de menor peso, decorrente do maior desgaste do solo agrícola. 2- Estudos sobre as propriedades químicas e físicas de um solo cultivado com cana-de-açúcar crua e com queima da palhada de curto prazo não são convenientes para analisar o IQS. No trabalho de Marques et al.(2009) um maior IQS foi verificado para área de cana queimada ao contrário dos demais trabalhos, isto foi devido ao curto prazo de tempo, insuficiente para que as propriedades físicas e químicas do solo se restabeleçam. www.interscienceplace.org - Páginas 68 de 194

3-No trabalho de Mendonza et al. (2000) o maior IQS foi obtido na área de cana colhida crua, isto ocorreu principalmente devido ao acumulo da matéria orgânica após cinco ciclos de cultivo. Este aumento influenciou positivamente as variações das propriedades químicas do solo. 4-Estudos de longa duração sobre aspectos da fertilidade do solo sob cultivo com cana-de-açúcar crua e com queima da palhada apresentam valores significativamente mais elevados de carbono e nitrogênio na área de cana crua com a preservação da palhada. O IQS é consideravelmente maior na área de cana crua, indicando uma melhoria na fertilidade do solo por meio da forma de manejo mais adequada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CANELLAS, L.P.; BALDOTTO, M.A.; BUSATO, I.G.; MARCIANO, C.R.; MENEZES, S.C.; Silva, N.M.;RUMJANEK, V.M.; VELLOSO, A.C.X.; SIMÕES, M.L. & MARTIN-NETO, L. Estoque e qualidade da matéria orgânica de um solo cultivado com cana-de-açúcar por longo tempo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.31, p.331-340, 2007. CANELLAS, L.P.; VELLOSO, A.C.X.; MARCIANO, C.R.; RAMALHO, J.F.G.P.; RUMJANEK, V.M.; REZENDE, C.E. & SANTOS, G.A. Propriedades químicas de um cambissolo cultivado com cana-de-açúcar, com preservação do palhiço e adição de vinhaça por longo tempo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 27:935-944, 2003. CASALINHO, H.D.; MARTINS, S.R.; DA SILVA, J.B.; LOPES, A.S. Qualidade do solo como indicadores de sustentabilidade de agroecossistemas. Revista Brasileira de Agrociências. Pelotas,v. 13, n.2, p. 195-2003, 2007. CERRI, C.C.; FELLER,C.; CHAUVEL, A. Evolução da principais propriedades de um latossolo vermelho escuro após desmatamento e cultivo por 12 e 50 anos com cana-de-açúcar. Chaier ORSTOM. Serie Pedologie, Paris, v.26, n.1, p.37-50, 1991. CHAER,G.M.; TÓTOLA, M.G. Impacto do manejo de resíduos orgânicos durante a reforma de plantios de eucalipto sobre indicadores de qualidade do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo,v.31,p.1381-1396, 2007. www.interscienceplace.org - Páginas 69 de 194

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