INTER-RELAÇÕES BIOMASSA MICROBIANA e GASES DO SOLO

CEN-5750

CENTRO DE ENERGIA NUCLEAR NA AGRICULTURA

Abril 2005

BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA MICROBIANA

GASES DO GASES DO SOLOSOLO

Quais são as principais relações ?

biomassamicrobiana decomposição da MOS

• imobilização de nutrientes

• mineralização de nutrientes

• produção/oxidação de gases

efeito estufa

CO2

N2O

CH4

fatores ambientais trocas solo/atmosfera

"Soil organisms contribute to a wide range of essential services to the sustainable function of all ecosystems, by acting as the primary driving agents of nutrient cycling, regulating the dynamics of soil organic matter, soil carbon sequestration and greenhouse gas emission; modifying soil physical structure and water regimes, enhancing the amount and efficiency of nutrient acquisition by the vegetation, and enhancing plant health. These services are not only essential to the functioning of natural ecosystems but constitute an important resource for the sustainable management of agricultural systems".

“Os organismos do solo contribuem com um amplo espectro de serviços em prol do funcionamento sustentável de todos os ecossistemas atuando como agentes reguladores da ciclagem de nutrientes, dinâmica da matéria orgânica do solo, seqüestro de carbono no solo e emissão dos gases do efeito estufa. Modificam a estrutura física do solo e o regime das águas, aumentando a eficiência de obtenção de nutrientes pelos vegetais e melhorando a saúde das plantas. Esses serviços são essenciais não somente para o funcionamento dos ecossistemas naturais, mas também constituem um recurso importante para o manejo sustentável dos sistemas agrícolas”.

"The nation that destroys its soil destroys itself" (Roosevelt 1937)

BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA MICROBIANA

GASES DO GASES DO SOLOSOLO

6. Interrelações biomassa microbiana/gases do solo

2. Vias de produção dos gases do efeito estufa e fatores condicionantes.

3. Princípios metodológicos para a quantificação

4. Importância ambiental dos gases do efeito estufa

5. Importância agrícola da biomassa microbiana

1. Componentes,funções e distribuição da biota do solo1. Componentes,funções e distribuição da biota do solo

1. Componentes,funções e distribuição da biota do solo

Plantas superioresPlanta

Nematoides, mites, milípedes, centípedes, vermes segmentados, colêmbolas, insetos alados

Animalia

Zygomycetos, fungosMycota

Oomycetes, AlgaeChromista

Ciliados, zooflagelados, amebasProtozoaEucariota

Termófilas extremas, redutoras de enxôfreCrenarcheota

Halófilas extremas, metanogênicasEuryarcheotaArchea

Bactérias verdadeiras, bactérias verdes e púrpuras, actinomycetos, bacilos esporogênicos, cyanobacteria

EubacteriaProcariota

Organismos representativos ReinosDomímio

Raízes 1,5 a 3,8 m (em culturas anuais) 38 a 76 m (em pastagens perenes)

Bactérias 300.106 a 50.109

Actinomicetos 100.106 a 2.109

Protozoários 100.103 a 50.106

Número em 100-200 g de Número em 100-200 g de solosolo

Fungos

Bactérias

Ameba

Cabeça de nematóide

bacteriófago

Protozoa cilicata

Núcleo

Parede celular da

raizPelo da

raíz

Actinomicetos

Fungos 500.103 a 100.106

Nematóides 1.103 a 10.103

Artrópodos 100 a 1.103

Minhocas 0 a 2

EpigeicasEpigeicasEndogeicasEndogeicasAnécicasAnécicas

Ex: Minhocas

Trato digestivoTrato digestivo bactérias + polissacarídeos + argila

fragmentação dos resíduos orgânicos transporte/incorporação da MO ao solo fragmentação/polimerização de compostos liberação de nutrientes redução de compactação aumento de permeabilidade e aeração estruturação do solo redução da erosão

Macro e mesofaunaMacro e mesofauna

Biomassa Microbiana do Solo (BMS)Biomassa Microbiana do Solo (BMS)

Definição: Organismos menores do que 0,2 mm, predominando fungos, bactérias e actinomicetos em número, massa e capacidade metabólica.

Fungos Bactérias

Rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (RPCPs)

Rhizobium trifolii(eubacteria)

PseudomonasAzospirillumRhizobiumArthrobacterEnterobacterAzotobacter

Modos de ação de rizobactérias• Suprimento de nutrientes (N, P e Fe)• Supressão de patógenos (antibiose)• Produção de sideróforos, • Produção de hormônios de crescimento• Detoxificação de xenobióticos• Substituição de produtos químicos

Fungos micorrízicos arbusculares (FMAs)

GlomaceaAcaulosporaceaeGigasporacea

Gigaspora rosea(fungo)

Modos de ação de fungos micorrízicos• Suprimento de nutrientes (N, P, Zi, Cu e S)• Aumento da capacidade de absorção de P• Aumento do volume de solo explorado pelas raízes• Substituição da fetilização fosfatada• Aumento da resistência à seca•Efeito agregador das partículas do solo

Relação específica de fungos/bactérias nos ecossistemas:

Ecossistemas Razão fungos/bactérias

Floresta decídua 20:1 (predominância de fungos)

Florestas naturais 10:1 (predominância de fungos)

Arbustos, cipós e moitas 5:2 (predominância de fungos)

Gramíneas tardias e culturas anuais 1:1

Hortaliças, gramíneas inermediárias 0,75:1 (predominância de bactérias

Gramíneas pioneiras 0,30:1 (predominância de bactérias)

Ervas daninhas 0,10:1 (predominância de bactérias)

Plantas superiores

GEE Energia solar

Resíduos vegetais

NematóidesÁcaros Minhocas

Matéria orgânica

Protozoários

Bactérias eActinomicetos

GEE Humus

Nutrientes minerais

Nutrientes minerais

Fungos

Produção primáriaProdução primária

Perda deenergiacalórica

Colêmbolas

ConsumidoresConsumidores

1-15 Mg.ha-1.ano-1

Biomassa Biomassa microbianamicrobiana

7-10 Mg.ha-1.ano-1

15-16 Mg.ha-1.ano-1

Floresta tropical

Pastagem

Cultura anual

NH4+

NO3-

Humus

CO2

N2OCH4NOx

No soloNo solo

Em soluçãoEm solução

Na atmosferaNa atmosfera

Ca+

K+ PO3-

Mg

BiomassaBiomassa MicrobianaMicrobiana organismos com < 0,3 m 1-3% do C orgânico do solo 0,001% do volume do solo 0,17% da superfície da MOS 0,02% da superfície dos minerais até 50 kg ps.ha-1

Fase sólida do soloFase sólida do solo partículas < 0,2 a >2 mm

Distribuição na matriz do soloDistribuição na matriz do solo

Portanto, a distribuição dos microrganismos no solo não é nem ao acaso, nem uniforme, mas em numerosas pequenas comunidades, cada uma adaptada ao meio circundante.

Distribuição no perfil do soloDistribuição no perfil do solo

Concentração decrescente de microorganismos com a profundidade, acompanhando a matéria orgânica do solo.

Flutuações ocorrem devido a:• presença de sistema radicular• presença de substrato e oxigênio• variações texturais em solos aluviais• presença de lençol freático

Calcula-se que somente 0,2 a 0,4% do espaço poroso do solo seja ocupado por microorganismos. Fungos tendem a ficar restritos aos poros maiores, entre agregados, enquanto bactérias tendem a ocorrer dentro dos agregados.

Células bacterianas estão envolvidas por fibrilas e mucigel (macromoléculas) que em contato com argilas iniciam a formação de agregados.

Microagregados < 250 Microagregados < 250 m de m de < Macroagregados < Macroagregados

poros 0,2-2,5 poros 0,2-2,5 m m poros 25-100 poros 25-100 m m

Formação de macro e microagregadosFormação de macro e microagregados

Microrganismos se concentram em:Poros pequenos (<5 m)) • retem água por mais tempo;• evitam predadores;•evitam efeitos antibióticos

Fonte de nutrientes• resíduos celulares;• material fecal;• MO amorfa

. .Foto 1b. Material aderente produzido por fungos ajuda a aglomerar partículas de solo em agregados.

Foto 1a. Rede de hifas de fungos agregando partículas de solo.

Macroagregados permitem:• aeração;• entrada de água e drenagem;• difusão de solutos;• ocupação por microorganismos;• colonização mais intensa do que o solo como um todo;• locais de metabolismo mais intenso;• maior conteúdo de nutrientes (C, N, S, P);• maior conteúdo de açúcares de origem microbiana;

Fração do solo Carbono Nitrogênio Fósforo

-------------- mg . g-1 ---------------Solo total 50 4.0 0.58Areia (>50 m) 27 1.9 0.19Silte grosso (50-5 m) 44 3.6 0.47Silte fi no (5-2 m) 85 7.9 1.17Argila grossa (2-0,2 m) 82 8.7 1.67Argila fi na (<0,2 m) 63 8.0 1.16

Associação com raízes de plantasAssociação com raízes de plantas

População microbiana na rizosfera:1010 - 1012. cm-3

• células esfoliadas da coifa;• mucilagem;• exsudatos solúveis;• substâncias lisadas;• raízes em decomposição.

Abundância de substrato orgânico

Desvantagens:• amplas flutuações no pH na medida que diferentes íons são absorvidos pelas raízes;• estresse hídrico, quando a planta está com alta taxa de evapotranspiração;• alta pressão osmótica;• alta taxa respiratória cria ambientes semi ou totalmente anaeróbicos

População rizosférica

Distância da raíz, mm

Associação com a liteira vegetalAssociação com a liteira vegetal

Fungo Liteira Humus

Alternaria 71 4Cladosporium 32 2Mycelis sterilia 70 12Penicillium 0 22Sporomiella 0 20Trichoderma 3 15Fusarium 10 27

Gêneros de fungos observados na liteira de gramíneas e na camada húmica subjacente.

Invasores primários = organismos já presentes na filosfera.Chegando ao solo, aumenta a população invasora.A biota varia com a profundidade e o estágio de decaimento.

Biomassa-C Biomassa-N C/N

ugC.g-1solo ou liteira ugN.g-1solo ou liteira

Floresta Médias dp Floresta Médias dp

Liteira L 3472 448 Liteira L 1084 239 3,2Liteira F 7507 963 Liteira F 692 203 10,8Liteira H 4947 196 Liteira H 358 220 13,8Solo (0-10cm) 416 10 Solo (0-10cm) 42 8 9,9

Pastagem PastagemLiteira L 5768 868 Liteira L 686 77 8,4Liteira F+H 7070 1036 Liteira F+H 936 82 7,6Solo (0-10cm) 522 13 Solo (0-10cm) 86 11 6,1

Local Camada C N P

(cm) ---------------------- g.m-2 serapilheira e solo seco ---------------------

Floresta L 0,83 ± 0,11 0,11 ± 0,03 0,01 ± 0,00F 1,20 ± 0,15 0,26 ± 0,06 0,05 ± 0,01H 0,64 ± 0,02 0,05 ± 0,03 < 0,01 ± 0,000-10 63,37 ± 4,25 13,30 ± 1,65 2,24 ± 0,1210-20 57,79 ± 10,2 10,19 ± 0,77 1,55 ± 0,00

Total =123,83 Total = 23,91 Total = 3,85

Pastagem 3 anos 0-10 60,97 ± 3,12 5,85 ± 0,91 1,95 ± 0,0010-20 48,65 ± 5,42 5,70 ± 1,25 1,25 ± 0,14

Pastagem 10 anos L 1,21 ± 0,18 0,14 ± 0,02 0,02 ± 0,00F+H 1,34 ± 0,20 0,18 ± 0,01 0,04 ± 0,010-10 62,83 ± 7,07 13,72 ± 1,36 1,90 ± 0,0010-20 64,91 ± 12,4 6,53 ± 1,25 1,39 ± 0,14

Total = 133,29 Total = 20,57 Total = 3,35

Pastagem 15 anos 0-10 52,30 ± 3,59 7,45 ± 0,69 1,52 ± 0,2810-20 41,18 ± 3,55 5,25 ± 0,57 1,14 ± 0,14

Estimativa do carbono, nitrogênio e fósforo (média de 4 repetições ± dp) da biomassa microbiana presente na serapilheira e no solo de uma cronossequência floresta/pastagem

.

Distribuição da Biomassa Microbiana do Solo nos ecossistemas

EcossistemaC

microbianoN

microbianoEstoque global (Gt)

C NFloresta tropical úmida 986 100 3,68 0,43

Floresta tropical seca 653 65

Floresta temperada 877 93 1,48 0,20

Pastagem tropical 342 35 3,73 0,38

Pastagem temperada 1011 170 3,03 0,48

Terra cultivada (tropical) 240 48

Terra cultivada (temperado) 331 47

Terra cultivada (frio) 461 66

Total 13,9 (1,4%) 1,83 (2,8%)

(g.g-1solo)