UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA Ciclos biogeoquímicos: P e S Profª. Renata Canuto de Pinho
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
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
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: 840.000 Dissolvido (inorg.): 80 Biota: 0,050-0,12 Solos 96-182
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
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
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 (100-400) lábil passivo resistente (B) (C) (D) adsorção precipitação mineral Inorgânico (50-200) (kg.ha -1 )
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: 30-50 % P-inositol (Fitatos) 3-5 % Ác. Nucléicos até 5% outros Importância é evidente como reserva no solo, porém complicada quanto ao efeito nutricional
P-orgânico do solo Frações: lábil, passiva ou resistente: moderadamente lábeis são responsáveis por 80-90 % 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)
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)
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
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
Processos biológicos que regulam a disponibilidade de P Moreira & Siqueira, 2006
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.
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 10 12 Oceanos: 1,3 x 10 18 Biota: 2,4 x 10 11 Pedosfera Solos: 2,6 x 10 14 MOS: 0,1 x 10 14 Plantas: 7,6 x 10 11 Litosfera 24,3 x 10 18 Xisto, carvão, calcário e arenitos
Ciclo do enxofre Moreira & Siqueira, 2006
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
Precipitação ácida Conservar energia; Transporte coletivo; Utilizar fontes de energia menos poluentes; Purificação dos escapamentos dos veículos; Utilizar combustíveis com baixo teor de enxofre.
Prof. Lixiviação de sulfato Teor de Sulfato Alta mobilidade no perfil do solo e baixa no tecido vegetal
Fluxos de S na agricultura Componente kg ha -1 ano -1 Absorção pelas plantas 10-50 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)
Mineralização e imobilização Frações do S no solo: - SO 4 2- - 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
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
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)
Transformações inorgânicas CO 2 FeS 2 e - ATP NaDPH + Fe 3+ H 2 SO 4 2- Biomoléculas Thiobacillus ferroxidans
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
Bibliografia sugerida