Indicadores Microbiologicos da Qualidade do Solo-Bioindicadores e Saude do Solo

539 Núcleo Estadual do Paraná INDICADORES MICROBIOLÓGICOS DA QUALIDADE DO SOLO Marco Antonio NOGUEIRA Doutor em Solos e Nutrição de Plantas Embrapa Soja Londrina PR marconogueiraembrapabr Mariangela HUNGRIA Doutora em Ciência do Solo Embrapa Soja Londrina PR mariangelahungriaembrapabr Palavraschave bioindicadores saúde do solo biomassa microbiana atividade microbiana Introdução Sistemas de produção sustentáveis objetivam atender às necessidades de suprimento de alimentos saudáveis sem comprometer o potencial produtivo do solo a ser preservado para as futuras gerações Práticas racionais de uso do solo devem subsidiar sistemas produtivos que sejam sustentáveis econômica e ambientalmente que serão alcançados somente com a manutenção ou recuperação da saúde do solo Um solo saudável foi definido como sendo capaz de funcionar como um sistema vivo dentro dos limites do ecossistema e da forma de uso do solo para sustentar a produtividade biológica promover a qualidade do ar e da água e manter a saúde vegetal animal e humana DORAN SAFLEY 1997 Para avaliar a sustentabilidade de um sistema de produção mudanças em propriedades físicas químicas e biológicas e os efeitos dessas mudanças na capacidade do solo em possibilitar o desenvolvimento vegetal e manter os serviços ambientais precisam ser monitoradas Dessa forma indicadores de qualidade do solo têm sido empregados e interpretados para inferir sobre a sustentabilidade dos sistemas de uso do solo São vários os indicadores que podem ser empregados como ferramentas de monitoramento como os físicos químicos e biológicos já que a qualidade do solo e a sustentabilidade resulta da interação entre essas propriedades que interagem mutuamente tendo a matéria orgânica como ponto central aos três Entre as características desejáveis de um indicador destacamse a simplicidade da avaliação baixo custo e possibilidade de pronta relação com algum atributo importante para a manutenção da sustentabilidade de um dado ecossistema natural ou agrícola Sob esse aspecto indicadores microbiológicos permitem inferir sobre o funcionamento dos ciclos biogeoquímicos do C e nutrientes importantes para a manutenção da comunidade vegetal seja 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 539 25042013 155845 540 nativa seja implantada O objetivo desse minicurso é apresentar alguns conceitos de qualidade microbiológica do solo e abordar algumas ferramentas para sua avaliação Ciclos Biogeoquímicos Ecossistemas sustentáveis naturais ou agrícolas dependem do fluxo de C e nutrientes ao longo da cadeia trófica que é intermediado pela fauna e microrganismos do solo CHEN et al 2003 Por exemplo em um ambiente natural em equilíbrio até 95 do N recircula num sistema solo plantamicrorganismos quase fechado ROSWALL 1976 Entretanto após interferências nesse sistema como a substituição da vegetação nativa por agricultura o sistema se torna aberto e gera uma demanda por nutrientes devido às exportações pelas colheitas lixiviação e erosão os quais precisam ser repostos para manter o sistema produtivo nessa nova condição Além disso a dinâmica do C também é alterada e por sua vez tem relação com a ciclagem de nutrientes como N S e P Em qualquer ecossistema a fauna e a comunidade microbiana do solo são considerados essenciais atuando na mineralização e síntese da matéria orgânica na ciclagem de nutrientes além de influenciar e ser influenciada direta e indiretamente pelas propriedades físicas e químicas do solo com efeitos diretos na fertilidade do solo e na sustentabilidade daquele sistema A biota do solo é bastante dinâmica e facilmente influenciada pelas formas de uso e manejo do solo ou qualquer outro distúrbio Já as propriedades físicas e químicas do solo podem levar mais tempo para responder a essas alterações Por essa razão os organismos do solo e processos por eles realizados são bons indicadores para avaliação da qualidade do solo pois além de apresentarem rápida resposta também atuam em importantes processos ecológicos no solo Atividade e Diversidade Microbiana do Solo A atividade e a diversidade microbiana do solo têm importantes papéis na sustentabilidade dos sistemas de produção por manterem funções essenciais na saúde do solo como a atuação nos ciclos biogeoquímicos IZQUIERDO et al 2005 Além disso a diversidade de espécies contribui para a competição entre os organismos num determinado ambiente evitando que uma população se sobreponha em uma determinada situação e venha a causar problema como um patógeno por exemplo Um solo com maior diversidade microbiana tem mais chance de manter os processos ecológicos após um distúrbio Essa capacidade é definida como resiliência e significa um tamponamento biológico contra distúrbios num ecossistema e é geralmente maior em solos de ambientes mais preservados Por exemplo solos supressivos a determinados patógenos dentre outros fatores apresentam maior atividade e diversidade microbiana em relação aos solos condutivos A respiração microbiana do solo pode ser usada como uma medida da atividade microbiana e empregada como indicadora de qualidade tanto de ambientes agrícolas quanto de ambientes naturais A substituição da vegetação 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 540 25042013 155845 541 Núcleo Estadual do Paraná florestal nativa reduz a respiração microbiana devido à diminuição das entradas de carbono do solo via superfície ou rizosfera BINI et al 2013 Entretanto sistemas de uso do solo menos impactantes como os conservacionistas que evitam o revolvimento do solo e mantêm cobertura morta na superfície contribuem para manter a atividade biológica em níveis mais elevados BABUJIA et al 2010 Além da atividade a biomassa microbiana é um dos principais indicadores microbiológicos de qualidade do solo Representa a parte viva da matéria orgânica do solo formada por bactérias fungos protozoários e algas formando um importante estoque de nutrientes no solo que podem ser rapidamente disponibilizados às plantas devido à sua rápida ciclagem Ao mesmo tempo essa imobilização temporária reduz perdas de N por lixiviação ou desnitrificação e de P por fixação uma vez que os nutrientes ficam protegidos nas células microbianas A biomassa microbiana de carbono pode representar de 1 a 5 do carbono orgânico total do solo o que pode representar o equivalente a 2500 kgha ou mais de C vivo nos solos tropicais e subtropicais na forma de células microbianas Com base na relação entre respiração e a biomassa microbiana de C é possível calcular o quociente metabólico qCO2 o qual permite avaliar o estado metabólico dos microrganismos do solo ANDERSON DOMSCH 1993 Segundo esse índice valores mais elevados representam menor eficiência metabólica sendo necessária uma respiração mais intensa para a manutenção da biomassa microbiana decorrente de uma condição estressante à comunidade microbiana O resultado prático de valores elevados de qCO2 é a maior emissão de CO2 para a atmosfera que pode representar mineralização de formas estáveis de C do solo contribuindo para o aquecimento global Além de métodos clássicos empregados para avaliação da qualidade biológica do solo novas ferramentas se mostram promissoras para auxiliar a melhor compreender mudanças na qualidade biológica do solo decorrentes de seu uso e manejo Por exemplo a técnica baseada na amplificação por PCR reação em cadeia da polimerase e separação de fragmentos específicos de DNA da comunidade microbiana do solo por eletroforese em gel com gradiente desnaturante DGGE KOZDRÓJ VAN ELSAS 2001 e suas variações permite avaliar a diversidade microbiana independentemente da necessidade de cultivo em meios específicos mesmo porque a maior parte da comunidade microbiana 95 a 99 não é cultivável em meios artificiais Além da diversidade genética a diversidade metabólica também se mostra promissora nas avaliações da qualidade do solo A capacidade de uso de diferentes fontes de carbono pode ser avaliada com o método Biolog Ecoplate GARLAND MILLS 1991 e possibilita a procura por perfis quantitativos e qualitativos da comunidade microbiana Considerando que a diversidade metabólica é consequência da diversidade genética mudanças na expressão gênica em decorrência de alterações no ambiente podem induzir mudanças nos padrões de consumo de fontes de carbono pela comunidade microbiana do solo o que ajuda a compreender os efeitos das ações antrópicas no ambiente A diversidade microbiana do solo pode também ser avaliada pelo perfil 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 541 25042013 155845 542 de ácidos graxos PLFA phospholipid fatty acid de uma amostra usados como biomarcadores para revelar a estrutura de comunidades microbianas baseadas em relações filogenéticas ZELLES 1999 Diferentes microrganismos apresentam ácidos graxos ligados a ésteres específicos de fosfolipídios e uma alteração na estrutura da comunidade microbiana também leva a mudanças nos padrões de composição dos PLFA no solo Enzimas do Solo As enzimas do solo podem ter origem animal vegetal mas são predominantemente de origem microbiana Após liberação no solo podem sofrer interação com partículas coloidais orgânicas eou minerais ficando protegidas da ação de hidrolases Nessa condição apresentam uma redução de sua capacidade catalítica mas se mantêm estáveis por longos períodos intermediando reações bioquímicas relacionadas à ciclagem do C e de nutrientes podendo ser relacionadas com a qualidade do solo Em geral a atividade enzimática apresenta correlação positiva com o teor de matéria orgânica do solo e com sua atividade microbiana A atividade enzimática fornece uma avaliação integrada do estado biológico do solo porque está diretamente relacionada com a comunidade microbiana Além disso é de fácil mensuração e geralmente tem baixo custo além de apresentar resposta rápida a mudanças no uso e manejo do solo PEIXOTO et al 2010 refletindo aspectos do funcionamento do ecossistema Como Interpretar Resultados de Atributos Microbiológicos e Bioquímicos do Solo A qualidade do solo pode ser avaliada por meio de indicadores ou atributos que expressem alterações nos componentes e funções do solo podendo refletir sua condição de sustentabilidade Os indicadores devem ser identificados e analisados quanto à sua sensibilidade a mudanças e distúrbios causados pelo uso e manejo Entretanto é preciso estudar um conjunto mínimo de indicadores físicos químicos e biológicos e analisálos de maneira integrada LARSON PIERCE 1994 As novas técnicas baseadas em perfis genético metabólico ou fisiológico são importantes ferramentas no estudo da diversidade biológica do solo Entretanto também apresentam limitações inerentes a cada uma o que pode levar a dúvidas quanto à relação e contribuição da diversidade microbiana com o conceito de qualidade do solo Assim uma abordagem polifásica isto é envolvendo várias técnicas seria mais indicada para a interpretação Assim os métodos mais modernos de análise devem ser considerados como complementares aos métodos tradicionais mas não substitutos Para se precaver de uma interpretação equivocada um conjunto mínimo de indicadores deve ser considerado em cada caso de estudo para avaliação do efeito da atividade antrópica sobre a qualidade do solo Frente a esses desafios o uso de técnicas 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 542 25042013 155845 543 Núcleo Estadual do Paraná de estatística multivariada é uma ferramenta bastante útil para selecionar atributos para avaliação da qualidade do solo bem como permitir uma visão global dos efeitos do uso do solo em atributos microbiológicos empregados como indicadores de sustentabilidade Considerações Finais Além da necessidade do constante monitoramento do efeito do uso e manejo do solo sobre suas propriedades físicas químicas e microbiológicas visando a manutenção da sua qualidade é importante destacar que os microrganismos do solo são os principais agentes da ciclagem de C e nutrientes do solo além de apresentarem as mais variadas relações ecológicas entre si e com a comunidade vegetal Estratégias de uso do solo que contribuam para a atividade e diversidade da comunidade microbiana aumentam a sustentabilidade do sistema de produção resultando em aumento da produtividade a menor custo além de minimizar o uso de fertilizantes químicos e pesticidas Em última análise é possível afirmar que dentre outros fatores a saúde pública depende de um ambiente saudável e de alimentos saudáveis características que obrigatoriamente passam por um solo saudável Referências ANDERSON TH DOMSCH KH The metabolic quotient from CO2 qCO2 as a specific activity parameter to assess the effects of environmental conditions such as pH on the microbial biomass of forest soils Soil Biology and Biochemistry 25 393395 1993 BABUJIA LC HUNGRIA M FRANCHINI JC BROOKES PC Microbial biomass and activity at various soil depths in a Brazilian oxisol after two decades of notillage and conventional tillage Soil Biology and Biochemistry 42 21742181 2010 BINI D SANTOS CA CARMO KB KISHINO N ANDRADE G ZANGARO W NOGUEIRA MA Effects of land use on soil organic carbon and microbial processes associated with soil health in southern Brazil European Journal of Soil Biology 55 117123 2013 CHEN G ZHU H ZHANG Y Soil activities and carbon and nitrogen fixation Research in Microbiology 154 393398 2003 DORAN JW SAFLEY M Defining and assessing soil health and sustainable productivity p 128 In PANKHURST CE DOUBE BM GUPTA VVSR eds Biological Indicators of Soil Health CAB International New York NY USA 1997 GARLAND JL MILLS AL Classification and characterization of heterotrophic microbial communities on the basis of patterns of community 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 543 25042013 155845 544 level solecarbonsource utilization Applied and Environmental Microbiology 57 23512359 1991 IZQUIERDO I CARAVACA F ALGUACIL MM HERNÁNDEZ G ROLDÁN A Use of microbiological indicators for evaluating success in soil restoration after revegetation of a mining area under subtropical conditions Applied Soil Ecology 30 310 2005 KOZDRÓJ J van ELSAS JD Structural diversity of microbial communities in arable soils of a heavily industrialized area determined by PCRDGGE fingerprinting and FAME profiling Applied Soil Ecology 173142 2001 LARSON WE PIERCE FJ The dynamics of soil quality as a measure of sustainable management In DORAN JW COLEMAN DC BEZDICEK DF STEWARD BA eds Defining soil quality for a sustainable environment Madison SSSA 1994 p3751 PEIXOTO RS CHAER GM FRANCO N REIS JUNIOR FB MENDES IC ROSADO AS A decade of land use contributes to changes in the chemistry biochemistry and bacterial community structures of soils in the Cerrado Antonie van Leeuwenhoek 98 403413 2010 ROSSWALL T The internal cycle between vegetation microorganisms and soils Ecological Bulletin 22 157167 1976 ZELLES L Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterization of microbial communities in soil a review Biology Fertility of Soils 29 111129 1999 5 Miolo Resumos Completos 200413indd 544 25042013 155845 O artigo Indicadores microbiológicos da qualidade do solo discute a importância dos indicadores microbiológicos para avaliar a qualidade do solo que é essencial para a produção agrícola sustentável Os autores destacam a diversidade e a complexidade da microbiota do solo que desempenha funções fundamentais para a manutenção da fertilidade e da produtividade das culturas Os indicadores microbiológicos são ferramentas utilizadas para avaliar a saúde do solo e incluem a atividade microbiana a biomassa microbiana a diversidade e a comunidade microbiana entre outros O artigo discute cada um desses indicadores bem como suas vantagens e desvantagens na avaliação da qualidade do solo Um dos pontos que mais chamam a atenção no artigo é a importância dos microrganismos para a produção agrícola como a fixação de nitrogênio e a decomposição da matéria orgânica Além disso os autores destacam a necessidade de entender os efeitos de práticas agrícolas na microbiota do solo como a adição de fertilizantes e o manejo do solo O primeiro aspecto abordado é a diversidade e a complexidade da microbiota do solo que desempenha funções essenciais para a manutenção da fertilidade e produtividade das culturas Os autores destacam a importância dos microrganismos no solo como a fixação de nitrogênio e a decomposição da matéria orgânica Em seguida o artigo apresenta os diferentes tipos de indicadores microbiológicos utilizados para avaliar a qualidade do solo como a atividade microbiana a biomassa microbiana a diversidade e a comunidade microbiana Os autores discutem as vantagens e desvantagens de cada um desses indicadores e como eles podem ser utilizados em conjunto para fornecer informações mais precisas sobre a saúde do solo Outro aspecto abordado é a importância de entender os efeitos das práticas agrícolas na microbiota do solo como a adição de fertilizantes e o manejo do solo Os autores destacam que essas práticas podem ter efeitos negativos na microbiota do solo afetando sua saúde e qualidade Por fim o artigo enfatiza a importância dos indicadores microbiológicos na produção agrícola sustentável e como eles podem ser utilizados para promover práticas agrícolas mais sustentáveis e eficientes Em resumo o artigo apresenta uma discussão importante sobre a importância dos microrganismos no solo e como os indicadores microbiológicos podem ser utilizados para avaliar a qualidade do solo e promover a produção agrícola sustentável