Capítulo 8 - agencia.cnptia.embrapa.br · 202 Capítulo 8 orgânica, juntamente com alta diversidade da vida no solo, e ser o mais eficiente possível na utilização de água, luz

201Contribuição da Fixação Biológica de Nitrogênio na Produtividade dos Sistemas...

Capítulo 8

Manejo Nutricional Integradona Recuperação de Áreas Degradadas

e na Sustentabilidade dos SistemasProdutivos Utilizando a FixaçãoBiológica de Nitrogênio como

Fonte de Nitrogênio

Avílio Antônio FrancoEduardo Francia Carneiro Campello

Introdução

A sustentabilidade dos sistemas ecológicos tem como suporte trêspilares: a biodiversidade (sucessão), a ciclagem de nutrientes e o fluxode energia (Fig. 1). Dessa forma, para manter o solo produtivo, qualquersistema deve incluir o maior número possível de espécies vegetais emum mesmo cultivo ou em sucessão, manter altos níveis de matéria

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orgânica, juntamente com alta diversidade da vida no solo, e ser o maiseficiente possível na utilização de água, luz e nutrientes. Dos nutrientesminerais, o nitrogênio é geralmente o mais caro, o requerido em maiorquantidade, o que consome mais energia na sua produção e distribuição,e potencialmente o mais poluente e o mais limitante nos sistemasprodutivos, nas regiões tropicais.

A remoção da floresta ou qualquer outra vegetação natural iniciao processo de perda de matéria orgânica do solo. A atividade agrícola,com ênfase na monocultura, tem sido um fator de aceleração dessadegradação, geralmente ultimada pelo superpastejo e uso do fogo. Nessafase, inicia-se o processo de perda de estrutura do solo e voçorocamento.A intensidade da degradação é inversamente relacionada à presença deespécies vegetais que desempenham um papel importante na proteçãocontra o efeito desagregador que as gotas de chuva exercem sobre osolo. Segundo Oldeman (1994), 15% do solo mundial encontra-sedegradado ou em processo de degradação. Das áreas degradadas,

Fig. 1. Base de sustentabilidade dos sistemas naturais.Fonte: Franco e Faria (1997).

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98,8% estão relacionadas às atividades de produção e extrativismo e1,2% a atividades industriais e de mineração, sendo estas as que causamdegradação de maior intensidade.

A degradação pode ser por perturbação do solo, causada por açõesnaturais, como vento, fogo, terremoto, queda de árvores, enchentes etc.,onde a perda de matéria orgânica é pouca e a resiliência natural dosistema geralmente se encarrega da recuperação (Fig. 2).

Nesse caso, quando há fonte de propágulos, as espécies pioneiras,como por exemplo imbaúba, lacre, trema, entre outras, povoam a áreasem necessidade de adição de nutrientes e assim iniciam o processo derecuperação. Por sua vez, a degradação associada com perda dematéria orgânica é mais séria, em virtude da perda de nutrientes nelacontidos. Assim, a revegetação fica condicionada à correção dadeficiência desses nutrientes, ou pelo uso de espécies arbóreas que

Fig. 2. Degradação e recuperação de áreas degradadas.Fonte: Modificada de Campello (1998).

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formam simbiose com bactérias diazotróficas e com fungos micorrízicos,juntamente com a adição de P, de preferência em forma de fosfatosnaturais e, quando necessário, de outros nutrientes, exceto nitrogênio(Fig. 2).

A recuperação consiste, inicialmente, em adicionar mais matériaorgânica do que a quantidade mineralizada. Nessa fase, é importante ouso de espécies que adicionem C e N ao sistema, além de fornecermaterial formador de serapilheira com decomposição lenta, como oobservado com Acacia mangium (FROUFE, 1999). No segundo momento,quando o objetivo é manter a sustentabilidade dos sistemas naturais oudos sistemas produtivos, a taxa de adição deve ser pelo menos igual àtaxa de mineralização da matéria orgânica, sincronizada com aliberação de nutrientes, para atender à demanda de outras espécies,como observado com Pseudosamanea guachapele (FROUFE, 1999),beneficiando o crescimento da espécie em consórcio, o eucalipto (BALIEIROet al., 2002). Nesse experimento, o eucalipto, no plantio consorciado,foi capaz de produzir um volume de madeira (195,3 t ha-1) semelhanteao plantio puro (199,2 t ha-1), mesmo tendo o plantio consorciado ametade da população de plantas do plantio puro e ao mesmo tempoaumentando a matéria orgânica do solo (BALIEIRO, 2002).

Disponibilidade dos nutrientes para as plantas

Dos nutrientes minerais essenciais às plantas, N, P, S e Mo têmcomo principal fonte a matéria orgânica do solo (Tabela 1). O nitrogênioé o mais limitante e o mais problemático nos sistemas produtivos, tantoassim que o uso de adubos nitrogenados foi o principal fator para oaumento da produtividade dos cereais na história recente da humanidade(FRANCO; BALIEIRO, 2000). Em contrapartida, o aumento do uso desseinsumo representa grande ônus energético, ecológico, de saúde pública,financeiro e de sustentabilidade. Para a ocupação das regiões tropicaisúmidas, o fornecimento sustentável de nitrogênio aos sistemas produtivospassa a ter importância crucial. Em áreas degradadas, onde o teor dematéria orgânica do solo já é muito baixo, o crescimento satisfatóriodas plantas só é possível com a adição de grandes quantidades decomposto orgânico, adição freqüente de adubos nitrogenados ou uso

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da fonte inesgotável de nitrogênio do ar através da fixação biológica.Contudo, para que isso aconteça, é necessário que os demais nutrientessejam providos de forma equilibrada, e ainda considerados os demaisfatores limitantes à fixação biológica de nitrogênio e ao crescimentodas plantas.

O fósforo, além de pouco disponível na maioria dos solos tropicaise em virtude do fato de ter a sua disponibilidade em grande parteassociada à matéria orgânica e à atividade biológica do solo, é oprincipal nutriente limitante da FBN e da produção de biomassa nossistemas naturais nos trópicos (PEOPLES; CRASWELL, 1992). A sua dispo-nibilidade também é problemática em longo prazo, principalmente emáreas de recuperação, onde os investimentos são restritos, os solos são,em geral, altamente intemperizados, com alta capacidade de adsorçãode fosfatos. A maior eficiência do uso de P nos solos das regiões tropicaisúmidas pode ser alcançada em condições de alta disponibilidade dematéria orgânica e por meio da simbiose que a maioria das espéciesvegetais formam com fungos micorrízicos (SIQUEIRA; FRANCO, 1988;SIQUEIRA, 1996).

As leguminosas tropicais, em sua maioria, nodulam e fixam nitro-gênio atmosférico (FARIA; CAMPELLO, 1999) e quase todas as espéciestestadas se associam a fungos micorrízicos (SIQUEIRA, 1996).

Tabela 1. Principais nutrientes minerais, disponibilidade nos solostropicais e necessidade das plantas em sistemas naturais.

Nutriente Principal fonte no solo Necessidade da planta(1)

Nitrogênio (N) Matéria orgânica (MO) 1,5% a 4,0%

Fósforo (P) MO e colóides minerais 0,1% a 0,4%

Potássio (K) Colóides minerais e MO 1,0% a 2,5%

Enxofre (S) MO e alguns minerais 0,2% a 1,0%

Cálcio (Ca) Colóides minerais e MO 0,2% a 2,0%

Magnésio (Mg) Colóides minerais e MO 0,1% a 0,6%

B, Cu, Fe, Mn e Zn Colóides minerais e MO 10 a 150 ppm

Mo MO e colóides minerais 0,1 a 5 ppm

1 Fonte: Chapman (1965).

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A simbiose planta-bactérias diazotróficas-fungos micorrízicos éum sistema funcional que adquire propriedades que não estavampresentes nos níveis hierárquicos inferiores, ou seja, nos subconjuntosseparados (Fig. 3). Com isso, as plantas noduladas e micorrizadasadquirem a capacidade de incorporar C e N ao solo, com maiorcapacidade de absorção de nutrientes e tornando-se mais tolerantesaos estresses ambientais (SOUZA; SILVA, 1996; FRANCO; FARIA, 1997;FRANCO et al., 1997; FRANCO; BALIEIRO, 2000). Dessa forma, asespécies vegetais que formam essas simbioses são as mais indicadaspara aumentar o conteúdo de matéria orgânica de solos degradados oumesmo de sistemas produtivos em condições de baixa fertilidade.

Fig. 3. Vantagens acumuladas das leguminosas quando em simbiose combactérias diazotróficas e fungos micorrízicos, para crescer em substratosdestituídos de matéria orgânica e sujeitos a estresses ambientais.Fonte: Modificada de Souza e Silva (1996).

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Algumas espécies de leguminosas apresentam grande dependênciaaos fungos micorrízicos, inclusive para a nodulação e estabelecimentoda simbiose. Como exemplo, estão apresentados na Fig. 4 resultadosde um experimento com Anadenathera macrocarpa (angico-vermelho)em que as plantas só apresentaram crescimento satisfatório quandoestavam micorrizadas (M), independentemente se estavam sujeitas àsimbiose (tratamentos com as estirpes de rizóbio a, b ou c) ou adubadascom N mineral (N).

Equilíbrio iônico na rizosferae solubilização de fosfatos naturais

A nutrição nitrogenada em plantas vasculares tem efeito significa-tivo na mudança do pH da rizosfera, como indicado na Fig. 5, em queCentrosema pubescens, crescendo com N proveniente da simbiose, está

Fig. 4. Resposta de Anadenanthera macrocarpa à inoculação com astrês estirpes de rizóbio (a, b ou c), aos fungos micorrízicos (M) e à adubaçãocom nitrogênio (N). Colunas com a mesma letra não diferem entre sipelo teste de Tukey a 5%.Fonte: Jolimar Schiavo, informação verbal, Seropédica, 15/12/2000.

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acidificando a rizosfera na região do coleto. Além da fonte de nitrogênio,as espécies vegetais também exercem efeito significativo sobre ocontrole do pH na rizosfera (MARSCHER; RÖMHELD, 1983), porém aintensidade de variação depende tanto da fonte de N como também daespécie vegetal (RAVEN et al., 1990).

Se o nitrato é a principal fonte de N, o pH da rizosfera tende asubir; se for a amônia, tende a descer; e se for o N

2-atmosférico também

tende a baixar, entretanto, com menor intensidade que no caso daamônia (Fig. 6) (RAVEN; SMITH, 1976). Quando toda a biomassa e asbases contidas na mesma retornam ao solo, a acidez produzida durantea assimilação de N é neutralizada durante a sua decomposição e nãohá mudança de pH do solo (NYATSANGA; PIERRE, 1973). Em sistemasnaturais sem lixiviação, a perda de bases é mínima e o pH tende a ser

Fig. 5. Acidificação da rizosfera da leguminosa Centrosema pubes-cens, tendo o N

2-atmosférico como fonte de nitrogênio. Planta

crescendo em rizotron contendo solo corrigido para pH 6,4amparado por duas placas de vidro. Para o teste, foi retirada umaplaca de vidro e colocada uma película de agar contendobromocresol púrpura ajustado para pH 6,4. A produção de acidezna região do coleto torna o meio amarelo. Setas mostram nódulos.Fonte: Jesus (1993).

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estável por longo tempo. Nos sistemas produtivos, a mudança de pHvai variar com a intensidade e qualidade do produto exportado dosistema, além, é claro, da fonte de N e da intensidade da lixiviação denitrato. O N perdido na forma de amônio e/ou por desnitrificação nãodeixa acidez no solo (NYATSANGA; PIERRE, 1973, RAVEN et al., 1990).Entretanto, a perda de nitrato do sistema por erosão ou lixiviação é oque deixa o solo mais ácido e por isso deve ser evitado. A remoção daparte aérea, como no caso da forragem, deixa o solo mais ácido que aexportação de grãos com alto teor de N (ex. soja).

Por sua vez, a acidificação da rizosfera pode ser usada comofator de favorecimento da solubilização de fosfatos naturais como fontebarata e de disponibilidade em longo prazo de P (AGUILAR; VAN DIEST,1981), como indicado na Fig. 6.

A acidificação da rizosfera ocorre junto ao coleto das plantas(Fig. 5 e 6) e isso pode representar uma vantagem estratégica de apro-veitamento de fosfatos naturais colocados na cova de plantio (Fig. 7).Além disso, se o P encontra-se liberado na região da rizosfera, hávantagem para a absorção desse nutriente, diretamente pelas raízes ouatravés dos fungos micorrízicos, com menor chance dos íons fosfatoserem adsorvidos nos colóides minerais dos solos.

Fig. 6. Equilíbrio iônico em raízes de plantas vasculares em função dasdiversas fontes de N e solubilização de fosfatos naturais.

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A acidificação da rizosfera, além de variar com a fonte de nitrogênio,depende também das espécies vegetais (MARSCHER; RÖMHELD, 1983)e, mesmo dentro das leguminosas fixadoras de nitrogênio, existemgrandes diferenças entre espécies (JESUS, 1993).

Dessa forma, a adubação com fosfatos naturais, em conjunto como uso de espécies fixadoras de N

2 atmosférico, representa uma forma

eficiente de adição de C, N e P ao ciclo biogeoquímico do sistema solo-planta-animal (Fig. 7). Isso pode ser observado na Tabela 2, onde Crotalariajuncea, uma espécie que, mesmo tendo o N

2-atmosférico como fonte

de N acidifica pouco a rizosfera (JESUS, 1993), apresentou crescimentoe acumulação de biomassa, N e P reduzidos, quando a fonte de P era ofosfato natural, onde o P está pouco disponível quando comparado aotratamento com termofosfato, onde o P está mais disponível. Por suavez, a mucuna-preta, uma espécie que acidifica mais intensamente arizosfera (JESUS, 1993), acumulou semelhante quantidade de matéria

Fig. 7. Utilização daacidificação da rizosferacomo vantagemestratégica de aplicaçãode fosfatos naturais emsolos tropicais.

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Tabela 2. Efeito da espécie vegetal na incorporação de matéria seca,fósforo e nitrogênio aos sistemas produtivos.

Matéria seca N total na P totalEspécie Fonte de fósforo acumulada mat. seca acumulado

(t ha-1) (kg ha-1) (kg ha-1)

Crotalaria juncea Fosfato natural de 8,4 c(1) 151 c 15,7 c(Crotalária) Patos de Minas

Termofosfato – IPT 16,6 a 253 b 31,7 cMucuna aterrimum Fosfato natural de 14,0 b 318 a 35,8 ab(Mucuna-preta) Patos de Minas

Termofosfato – IPT 14,8 b 353 a 37,2 a

1 Valores na mesma coluna seguidos da mesma letra não diferem entre si pelo teste de Tukeya 5%.

Fonte: Silva et al. (1985).

seca, N e P tanto com o fosfato natural como o termofosfato como fontede P. A adubação verde com mucuna, além de incorporar 318 kg de N,transferiu aproximadamente 15 kg de P de uma fonte pouco solúvel àbiomassa, enquanto a crotalária foi muito menos eficiente em acumularbiomassa, nitrogênio e fósforo com o fosfato de rocha como fonte de P.

Importância da FBN narecuperação de áreas degradadas

A utilização de leguminosas arbóreas, noduladas e micorrizadas,com adubação de fosfatos naturais nas covas, tem sido estudada emexperimentos de recuperação de áreas degradadas em substratoscompletamente destituídos de matéria orgânica (FRANCO et al., 1992,1996, 1997). Dessa forma, usando-se leguminosas que nodulam, épossível acelerar o processo de sucessão vegetal (Fig. 8), (CAMPELLO,1998). As espécies arbóreas com raízes profundas também reciclamnutrientes perdidos para as camadas mais profundas do solo (NAIR et al.,1984, 1999). Esses mesmos resultados podem ocorrer em pastagensarborizadas (CARVALHO et al., 1994; CARVALHO, 1995), e a transferênciade P, N e demais nutrientes para culturas associadas será gradual econtínua por meio da deposição e decomposição da biomassa, inclusive

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das raízes e nódulos e até mesmo pela difusão do N dos nódulos para osolo.

O comportamento de cada espécie varia com as condiçõesedafoclimáticas locais, por isso, faz-se necessário identificar as espéciesleguminosas com capacidade de nodular, formar um banco de estirpesde rizóbio, identificar matrizes para coleta de sementes, selecionar asmais eficientes e avaliar a dependência micorrízica das espécies commaior potencial de uso (FARIA et al., 1984, 1987, 1999ab, FARIA; MELO,1998; MOREIRA, 1991; SIQUEIRA, 1996; FRANCO et al., 2000).

Importância de leguminosas arbóreas ou arbustivasnoduladas e micorrizadas em sistemas produtivos

A importância das espécies arbóreas ou arbustivas, fixadoras denitrogênio atmosférico, pode ser evidenciada em sistemas florestais,agroflorestais, agrosilvipastoris e em programas de recuperação de áreas

Fig. 8. Vegetação de substratos destituídos de carbono e nitrogênio.Sistema natural x intervenção.Fonte: Franco et al. (1995).

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degradadas (FRANCO ET AL., 1996; BUCK ET AL., 1998, DOMMERGUESet al., 1999; HUXLEY, 1999). As espécies arbóreas apresentam umafunção produtiva e outra protetora. Na primeira categoria, podem serdestacadas: produção de alimento, forragem, lenha e carvão, mel evários outros produtos, como é o caso da Acacia senegal, principal fontede goma-arábica; A. mearnsii, na produção de taninos; Mimosascabrella, como produtora de lenha, madeira e mel; e M. caesalpiniifolia,como produtora de moirões, lenha, forragem e pólen. Dentre asfunções protetoras podem ser destacados o controle da erosão, aestabilidade de taludes, barraventos, aumento no estoque e qualidadeda água (KASS ET AL., 1997, BUDOWSKI; RUSSO, 1997). As leguminosasfixadoras de nitrogênio fornecem material formador de serapilheirarico em N que, além de melhorar a fertilidade do solo, reduz a erosãodo solo, previne a infestação de ervas daninhas e serve de substratopara melhorar a estruturação e as propriedades biológicas do solo(DOMMERGUES et al., 1999). A Fig. 9 ilustra uma região na Costa Ricaonde é tradicional o uso da cultura de café sombreado com espéciesdo gênero Erythrina e, na Fig. 10, é mostrada uma cerca de aproxima-damente 5 anos construída a partir de moirões vivos de Gliricidiasepium, em Seropédica, RJ.

Fig. 9. Arborização da cultura do café com Erythrina poepigiana.

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As quantidades de N fixado em espécies arbóreas variam com asespécies e com os demais fatores, desde zero até valores que podemser extremamente altos, como na Sesbania sp., que chegou a fixar286 kg ha-1 em 56 dias, podendo suprir assim a necessidade de N dequalquer cultura (SANGINGA et al., 1995, 1996; DOMMERGUES et al.,1999; FRANCO; BALIEIRO, 2000).

Além de fixar grandes quantidades de N e contribuir com aporteelevado de biomassa ao solo, essas espécies podem contribuir para areciclagem de nutrientes de modo efetivo, uma vez que a qualidade domaterial aportado é geralmente superior àquela oriunda de espéciesnão leguminosas. Em estudo onde se avaliou a composição química daserapilheira produzida por plantios homogêneos de Acacia mangium eEucalyptus pellita na recuperação de solo degradado pela extração debauxita, em Porto Trombetas, no Pará, foi observada a superioridade daleguminosa na produção de biomassa e retorno de N, P, K e Mg ao solovia queda de serapilheira (DIAS et al., 1994). Além disso, resultados deCampello (1998) mostram que a sucessão vegetal em áreas degradadascolonizadas por leguminosas fixadoras de nitrogênio apresentarammaior número de espécies, e biomassa, do que quando colonizadascom espécies não fixadoras de nitrogênio.

Fig. 10. Moirões vivos a partir de estacas de Gliricidia sepium.

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Perspectivas futuras

A eficiência de uso de fertilizantes nitrogenados para cada culturarequer o conhecimento da sua exigência, das fontes externas de N, daspossíveis perdas, do adequado fornecimento dos demais nutrientes eprincipalmente da sincronização da aplicação com a demanda dacultura. Dentre as principais causas da baixa eficiência de utilizaçãode N (12-74%) para as culturas tropicais está a elevada lixiviação edesnitrificação. A adoção de uma tecnologia que maximize o sincronismo“requerimento-suprimento” de N tem contribuído para diminuir, masnão eliminar o chamado passivo ambiental, que tem sido acumuladona maioria dos países com o modelo de agricultura atual. Além disso, aqueda de produtividade dos solos cultivados e a degradação ambientaltêm tido como causa principal a diminuição do conteúdo da matériaorgânica do solo, e todo esforço deve ser concentrado em desenvolvertecnologia para reverter essa tendência. Além de aumentar a saúde e aprodutividade do solo, esse aumento terá grande importância noseqüestro de carbono, que pode, assim, atenuar o efeito estufa e oaquecimento global do planeta.

A fixação biológica de nitrogênio poderá ser a principal fonte deN para permitir o aumento no conteúdo de matéria orgânica do solo.Dessa forma, a utilização de cultivo mínimo com leguminosas fixadorasde nitrogênio na rotação e de espécies arbóreas com capacidade defornecimento contínuo e equilibrado de N aos sistemas produtivos devecrescer em importância no cenário futuro, onde qualidade esustentabilidade, e não o crescimento populacional, passam a ser osgrandes desafios para a sociedade.

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Capítulo 8 - agencia.cnptia.embrapa.br · 202 Capítulo 8 orgânica, juntamente com alta diversidade da vida no solo, e ser o mais eficiente possível na utilização de água, luz