Materia Organica Do Solo-2012_CERRI

Matéria orgânica do solo

Carlos Eduardo P. Cerri

LSO257 – FUNDAMENTOS DE EDAFOLOGIA

1º Semestre de 2012

MOS Nutrição de plantas

Propriedades

biológicas

do solo

Propriedades

físicas

do solo

Propriedades

químicas

do solo

Sustentabilidade agrícola

Funções da matéria orgânica do solo

Ambiente

Considerações gerais

Conceitos e constituintes da MOS

Matéria orgânica do solo (MOS)

Definição:

Todos os derivados de materiais vegetais e animais

incorporados ao solo ou dispostos sob sua superfície,

na forma viva ou nos vários estágios de decomposição,

mas exclui-se a parte aérea das plantas.

Encyclopedia of Soil Science, 2006

Ecossistema Natural Agrosistema

Restos de

culturas Liteira Resíduos org: agrícola

urbano

industrial

Pluviolixiviados

Macro e meso fauna

e microrganismos

Metabólitos

Exsudatos

Raízes

Exsudatos

Raízes Carvão


Ecossistema Natural Agrosistema

Restos de

culturas Liteira Resíduos org: agrícola

urbano

industrial

Pluviolixiviados

Macro e meso fauna

e microrganismos

Metabólitos

Exsudatos

Raízes

Exsudatos

Raízes Carvão

Carbono


Matéria orgânica do solo

Matéria orgânica

estável (húmus)

Solo

Fração

mineral

Fração orgânica

5%

MOS prontamente

decomponível, serapilheira,

raízes e outros Fungos

50%

Fauna 10%

Leveduras, algas, protozoários, nematóides

10%

20-40%

Organismos

vivos

Bactérias e actinomicetos

30%


Macro e

mesofauna

Proteínas Carboidratos Lipídeos Lignina Outros




Substâncias húmicas



Acima superfície do solo

Abaixo

Vivo Morto

PLANTA

Exsudatos Raizes

ORIGEM DO MATERIAL ORGÂNICO

Pluvio-

lixiviados

• Liteira

• Restos de culturas

• Resíduos

MACRO/MESOFAUNA E

MICRORGANISMOS

Vivo Morto

Macrofauna

Mesofauna

Biomassa

Microbiana

Restos animais e

excreções

Restos de micro- organismos e metabólitos


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados

Liteira, restos de culturas e resíduos orgânicos

Raízes e exsudatos

Organismos do solo

Substâncias não-húmicas


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo



Definição: Porção da chuva que chega ao solo passando pela copa da vegetação,

pelas aberturas nas copas, gotejando das folhas, galhos e troncos.

Pluviolixiviados (throughfall)

Evapotranspiração

Interceptação

Armazenamento

(nas palntas)

Infiltração

Absorção

Pluviolixiviados


Metodologia e exemplos

Coleta Preservação Análises

Tipos de coletores

Coletor de chuva/pluviolixiviados

Funil (16 cm )

Filtro de poliester

Garrafa coletora

Haste de metal (1,5 m)

1 m acima do solo

Solo


Tipos de coletores


Tipos de coletores


Fluxos no sistema florestal (mg C m-2)

Pluviolixiviado

5277

1 m 1 m

1 m

Escoamento

superficial

173

Chuva

3022

Lixiviado

7,34


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo




Ecossistema natural

Resíduos orgânicos

Agrossistema

Definição: resíduos

vegetais e animais

depositados na

superfície do solo


Composição elementar e bioquímica

Água

75%

Matéria seca

25%

Celulose

45% Açúcar e gomas

5 %

Lignina

20 %

Hemicelulose

20 %

Gorduras e

ceras 2 %

Proteína

8 %

Tipos de compostos

Carbono

44 %

Oxigênio

40 %

Hidrogênio 8 %

Cinzas 8 %

Composição elementar


Dinâmica sazonal da produção de liteira

Final do “verão”

(período seco)

Meio do “ inverno”

(período de chuvas)

Final do “verão”

(período seco)

Estações do ano

Acúmulo

liteira


Quantidade de restos vegetais (matéria seca) de diferentes culturas

Clube Amigos da Terra, 1995

Soja 2.000

Nabo forrageiro 4.000

Aveia preta 5.000

Cevada 2.000

Centeio 3.000 Trigo 1.500 Milho 6.000

Culturas Massa kg ha-1

Palhada no campo


Composição dos restos de algumas culturas

Cultura N P K Ca Mg Fe Cu Mn

_______________________________________________________________________

----------------%-------------------------- -------mg-kg-1

---------

Trigo 2.80 0.36 2.26 0.61 0.58 155 28 108

Milho 2.97 0.30 2.39 0.41 0.16 132 12 117

Amendoim 4.59 0.25 2.03 1.24 0.37 198 23 170

Soja 5.55 0.34 2.41 0.88 0.37 190 11 143

Batata 3.25 0.20 7.5 0.43 0.20 165 19 160

Beterraba 3.76 0.38 4.01 0.78 0.68 126 26 086

Algodão 3.29 0.37 2.07 2.48 0.49 132 10 241

Alfafa 4.63 0.48 2.76 2.38 0.66 140 21 065

________________________________________________________


Vinhaça

Biossólido Composto de lixo urbano

Tipos de resíduos orgânicos


Resíduos de cortume

Resíduos petroquímicos

Farinhas e resíduos frigoríficos

Torta de origem vegetal

Estercos

Tipos de resíduos orgânicos


Composição percentual de resíduos frescos de animais

Fonte N P K Ca Mg

Gado leiteiro 0.53 0.35 0.41 0.28 0.11

Gado de corte 0.65 0.15 0.30 0.12 0.10

Cavalo 0.70 0.10 0.58 0.79 0.14

Galinha 1.50 0.77 0.89 0.30 0.88

Porco 0.58 0.15 0.42 0.57 0.08


Metodologias de quantificação e exemplos

Ecossistema natural: liteira

Coletor de liteira em queda Coleta de liteira do solo

Superfície

do solo

Estaca de

suporte

80

cm 60

cm

Tecido robusto

Polietileno duro

Recipiente

plástico

removível

(material fino)

malha de nylon

(1mm)

Tela de arame

removível

(material grosseiro)


Agrossistema: restos culturais

Exemplo: cana-de-açúcar

Corte sem queima x com queima Medida do volume de material coletado

Palhada ~ 14 Mg ha-1

matéria seca

Campos 2003


Agrossistema: restos culturais

Exemplo: plantio direto

Exemplos: Região Mg ha-1

Sul (Tibagi-PR) 10,5

Centro-Oeste (Rio Verde-GO) 5,9

Siqueira-Neto, 2002


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo



Raízes


Produção de raízes pelas principais culturas tropicais

Prof. Raízes Restolho Total

(cm)

Trigo de inverno 0-30 0,69 0,45 1,14

(não fertilizado)

Trigo de inverno 0-30 0,88 0,59 1,47

(com N,P,K)

Aveia 0-30 1,00 0,57 1,57

Milho 0-80 1,04 --- ---

(com N, P, K)

Soja 0-60 0,82 --- ---


Produção de raízes pelas principais culturas tropicais

Profundidade (cm)

0-4

4-9

9-15

15-30

30-60

60-100

Total

Matéria seca t.ha-1

0,938

0,191

0,140

0,150

0,175

0,147

1,741

Distribuição %

54

11

8

9

10

8

100

FUNDAÇÃO MS, 2000

Brachiaria decumbens

Avaliado após 16 anos de formação e pastejo contínuo


Produção anual de biomassa de raízes com a liteira da floresta Amazônica

Biomassa aérea 7,6 121 2

Biomassa de raízes 8,0 190 9

Mg.ha-1.ano-1 kg.ha-1.ano-1

Floresta Amazônica Total N P

Biomassa de raízes


Metodologias de amostragem

Placa com Pregos

comprimento das raízes

diâmetro das raízes

Filmagem no Perfil do Solo

comprimento das raízes

distribuição do sistema radicular no perfil do solo

Monolito

densidade de massa (MS raízes/ Vol. terra coletada)

comprimento (compr. raízes / Vol. terra coletada)


Método da placa com pregos no campo


Método da placa com pregos no campo


Prepação do perfil do solo no campo


Filmagem do perfil do solo no campo


Fixação dos moldes para o corte dos monolito no perfil


Metodologias de quantificação e exemplos

Amostragem

Análise de imagens

Corel Draw SIARCS

Quantificação


Raízes obtidas por filmagem da placa com pregos

Análise das imagens no Corel Draw


Imagens processadas no programa SIARCS

Raízes finas

“ scanner”

Raízes grossas

“scanner”


Ponta de uma raiz penetrando no solo.

Exsudatos

Definição: Compostos orgânicos secretados ou liberados pela

superfície de raízes jovens.

Rizosfera: porção do solo na vizinhança

imediata das raízes que influencia a

abundância e a composição da

população microbiana.


Destino no solo

Mucilagem

Secreções

Plantas

Coloides

minerais

orgânicos humina

Biomassa

microbiana

Mucigel

CO2

Humificação (humina microbiana)

Mineralização (NH4+, NO3-, ...) assimilação pelas plantas


• Lubrificante para movimento da raiz no solo

• Melhora contacto raiz-solo

Solo Raíz

Interações raíz/solo


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo



Tamanho relativo

Fungos

Bactérias

Ameba

Cabeça de nematóide

bacteriófago

Protozoa

cilicata

Núcleo

Parede celular da raiz

Pelo da raíz

Actinomicetos

Megafauna: > 20 mm

Macrofauna: 2-20 mm

Mesofauna: 100 m-2 mm

Microfauna: < 100 m


Classificação geral

Apresentação das principais classes

a. Macrofauna

b. Mesofauna

c. Microrganismos

MACRO/MESOFAUNA E MICRORGANISMOS


Formigueiro

Classe Insecta

Ordem Hymenoptera Formicidae

Megafauna (> 20 mm)

Vertebrados ( ratos, toupeiras)

Rato do campo

Cupinzeiro

Cupim soldado

Classe Insecta

Ordem Isóptera

Macrofauna (> 2 mm)


Tesourinha

Ordem Dermaptera

Larvas de borboleta

Ordem Lepidoptera

Larva bezouro

Ordem Coleoptera

Larva de môsca

Ordem Diptera

Excrementos Excrementos


Exemplar adulto

Parte posterior

Excrementos

Excremento

Classe Oligochaeta

Ordem Enchytraeidae


Excrementos

Minhoca

Minhoca

Trato digestivo

Trato digestivo

Classe Oligochaeta

Ordem Megascolecidae


Metodologia e exemplo

5 m

Transecto

Amostras

- Serapilheira

- 0-10 cm

- 10-20 cm

- 20-30 cm

25 cm

25 cm


Etapas da extração dos monolitos



5 m

Transecto

Densidade = ind m-2

Biomassa = g m-2

Biodiversidade

Cada grupo

Amostras

- Serapilheira

- 0-10 cm

- 10-20 cm

- 20-30 cm

Esboroar à mão

Remover a macrofauna

Preservar em formaldeido 4%

25 cm

25 cm


Macrofauna do solo (quantidade e biodiversidade)

Floresta

(566±149 individuos m-2)

Cana queimada pré-colheita


Cana sem queima pré-colheita




Macrofauna do solo (quantidade e biodiversidade)

Floresta


3

80

19

203 141

120

Minhocas

Myriapodes

Arachnides

Formigas

Larvas de coleópteros

Outros

Cana queimada pré-colheita


3 8 8

53

~ 50 anos

Cana sem queima pré-colheita


136

8

8

298

189

147

4 anos



Classificação geral

Apresentação das principais classes

a. Macrofauna

b. Mesofauna

c. Microrganismos

MACRO/MESOFAUNA E MICRORGANISMOS


Definição: Organismos menores do que 0,1 mm, predominando fungos,

bactérias e actinomicetos em número, massa e capacidade metabólica.

Biomassa microbiana do solo

Actinomicetos

Protozoários Bactérias Fungos Jenkinson et al., 1986




Tanino-proteína




Bomba de

vácuo

Dessecador

Vapor de CHCl3

BM = (Fumigada ) - (Controle )

k eficiência da extração

QUANTIFICAÇÃO DO

ELEMENTO EXTRAÍDO

QUANTIFICAÇÃO DO

ELEMENTO EXTRAÍDO > > Elementos

C, N, P e S

Biomassa microbiana : método da fumigação-extração

Defumigação

EXTRAÇÃO EXTRAÇÃO K2SO4 0,5 M

Vance et al. (1987)


Proporção relativa dos produtos de decomposição de

resíduos vegetais incorporados ao solo

Resíduos orgânicos

100 g

60-80 g

CO2

Biomassa

(organismos do solo) Substâncias não húmicas Substânicias húmicas

Húmus (15-35 g)

3 – 8 g 3 - 8 g 10 - 30 g

Brady & Weil, 1999


Baseado nos resultados experimentais a seguir, estime a

porcentagem de decomposição da palha de milho após 10 dias

de incubação. Experimento: em um frasco com 100 g de solo

adicionaram-se 400 mg da palha de milho contendo 50% de C.

Após incubação com umidade e temperatura adequadas por

10 dias, verificou-se que 80 mg de C foram evoluídas como

CO2 do solo que recebeu a palha, enquanto no mesmo solo e

condições, porém sem palha, emanaram-se apenas 20 mg C-CO2.

Nota: a porcentagem de decomposição da palha pode ser

estimada pela expressão:

[(C-CO2 do solo com palha) – (C-CO2 do solo sem palha)

/ quantidade de C adicionado via palha] * 100

EXERCÍCIO

[(80-20)/200]*100 = 30%

CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo




Definição: Compostos derivados de carboidratos, aminoácidos e proteínas,

lipídeos, compostos fenólicos e lignina provenientes da decomposição de

restos vegetais e animais no solo

Celulose

Lipídeos

Quitina

Aminoácidos

Glicina

(aminoácido)

Ácidos nucleicos

Carboidratos

Glucose(aldose)


Microbiológica Bioquímica

Degradação

Carboidratos

Ceras

Resinas

Produtos da degradação


Degradação

Síntese Húmus

Carboidratos Proteínas Ácidos graxos Ceras Outros Resinas Lignina Pigmentos


CONSTITUINTES


Pluviolixiviados


Raízes e exsudatos

Organismos do solo



Definição (antiga) de substâncias húmicas

Mistura complexa e recalcitrante de substâncias orgânicas amorfas e coloidais de

cor marrom ou marrom escuro, modificadas a partir de tecidos orgânicos ou de

materiais orgânicos pelos organismos do solo (Stevenson, 1994)


Estrutura química

Ácido húmico

Adaptado de Schulten e Schnitzer

Representação da

molécula de ácido

húmico

Núcleo

Peptídeos Carboidratos

Ácidos fenólicos Metais


Núcleo do ácido fúlvico


Associação de moléculas de

pequeno tamanho estabilizadas

por forças fracas: interações

hidrofóbicas, pontes de H e

forças de van der Waals

(Piccolo, 1996)

Cátions metálicos

polissacarídeos

polipeptídios

cadeias alifáticas

fragmentos aromáticos

Simpson et al., 2002

Modelo Supramolecular


Definição moderna de substâncias húmicas (SH)

Conjunto diversificado de componentes com relativamente baixo peso

molecular, formando associações dinâmicas estabilizadas por interações

hidrofóbicas e pontes de hidrogênio (Sutton & Sposito, 2005).

Ácido fúlvico Aumento 23000 vezes


Definição moderna de substâncias húmicas (SH)

Sutton & sposito (2005) introduzem o conceito de estrutura micelar

Arranjo de moléculas orgânicas em solução aquosa para formar regioes

exteriores de caracteristica hidrofílica protegendo (do contacto das

moléculas de água) regioes interiores de caracteristica hidrofóbica

Hidrofílica

Hidrofóbica


Matéria Orgânica do solo

HUMINA Altamente condensada,

Complexo com argila

ÁCIDO HÚMICO Marrom escuro a preto

Elevado peso molecular

(até 300.000)

Tratamento com ácido (pH = 1)

Precipitado Não precipitado

ÁCIDO FÚLVICO Amarelo para vermelho

Baixo peso molecular

(2.000 a 50.000)

Organismos vivos

BIOMASSA

Tecidos mortos

identificáveis

RESTOS

Organismos mortos com

tecidos não identificáveis

HUMUS

Solúvel

Extração com NaOH

Insolúvel


Exsudatos

Raízes

Pluviolixiviados

Gases Liteira

Principais entradas e saídas dos ecossistemas naturais

Nível do solo

C orgânico

dissolvido

Macro/mesofauna

Microrganismos

M

O

S


Exsudatos Solução do solo

Raízes

Pluviolixiviados

Gases Liteira

Resíduos orgânicos e das culturas

Principais entradas e saídas dos agrossistemas

Nível do solo

Erosão

M

O

S


MOS passiva 400-2000 anos

MOS lenta 20-50 anos

MOS ativa 1-2 anos

Resíduos vegetais

Componente metabólico

pouca lignina, muito N

C/N = 10-25

Turnover time 0,1-0,5 anos

Componente estrutural

muita lignina, pouco N

C/N = 100-200

Turnover time 2-4 anos

CO2

CO2

CO2

CO2


Estime a quantidade de resíduos e o tempo para elevar em 1 % o

teor de MO em 10 cm, considerando a densidade solo igual 1,0 g cm-3.

A conversão da MO em C (C = MO/1,724), transformação do C-

resíduo em C-matéria orgânica é da ordem de 30 %. O resíduo

possui em média 45% de C e adição anual de 5 t ha-1 ano-1 de resíduos.

EXERCÍCIO

Estime a quantidade de resíduos e o tempo para elevar em 1 % o teor de MO em 10

cm, considerando a densidade solo igual 1,0 g cm-3. A conversão da MO em C (C =

MO/1,724), transformação do C-resíduo em C-matéria na orgânica é da ordem de 30

%. O resíduo possui em média 45% de C e adição anual de 5 t ha-1 ano-1 de resíduos.

RESPOSTA

Vsolo= 100 x 100 x 0,1 = 1000 m3

Densidade = 1 g cm-3 = 1 kg L-1 = 1 t m-3

Massa de solo = 1000 t m-3 ou 1000 t ha-1

1000 t ha-1 de solo * 1% de MOS (aumento) = 1000 * 0,01 = 10 t ha-1 de MOS

10 t ha-1 de MOS / 1,724 = 5,8 t C ha-1

5,8 t C ha-1 / 30% (considerando 70 de perda na forma de CO2) = 5,8/0,3

= 19,33 t C ha-1

19,33 t C ha-1 / 0,45 (considerando 45% de C no resíduo) = 42,96 t MS ha-1

ΔT para aumento de 1% da MOS (adição de 5 t ha ano) = 42,96 / 5

= 8,59 ou 9 anos

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