Materia Organica do Solo - Introducao, Beneficios e Impacto Ambiental

Apostila MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 2 1 INTRODUÇÃO A Matéria Orgânica do Solo MOS é definida como toda fração orgânica localizada abaixo da superfície do solo e consiste de matéria morta 98 do total de C orgânico do solo e viva raramente ultrapassa 4 do total de C orgânico do solo que provenha de plantas microrganismos da micro meso e macro fauna e de resíduos de animais e microrganismos do solo Ela representa a principal fonte 1600 x 1015 g C do total da reserva terrestre de carbono em torno de 2200 x 1015 g C Nela excede drasticamente a quantidade de carbono estocada pela vegetação viva em torno de 600 x 1015 g C Figura 1 O solo contém 25 vezes mais carbono do que a vegetação e 2 vezes mais carbono do que a atmosfera As plantas através da fotossíntese são o elo de ligação entre o carbono que se encontra na atmosfera e o carbono que se encontra no solo na forma de MO Figura 1 Diagrama demonstrando os componentes da MOS 3 A entrada anual de carbono no solo é em torno de 110 x 1015 g Cano ou em torno de 15 do CO2 atmosférico Entretanto uma quantidade equivalente de C retorna para a atmosfera Uma pequena quantidade de C se encontra nos oceanos e uma parte desta é depositada em sedimentos O conteúdo de CO2 da atmosfera tem aumentado a uma taxa constante em torno de 7 x 106 g Cano desde o século passado por causa da queima de combustível fóssil e desmatamento Somado a estas ações a queimada extensiva de florestas e o intensivo cultivo do solo causam o aumento do CO2 atmosférico a níveis que poderiam ter maiores efeitos climáticos como o aumento da temperatura dos pólos da Terra devido ao efeito de estufa O aquecimento dos pólos poderia levar a um extensivo derretimento da cobertura de gelo inundando muitas cidades costeiras Uma tendência de aquecimento também poderia levar a mudanças nos padrões de chuvas com novas áreas de desertificação Devese salientar a importância da matéria orgânica em termos de benefício ao meio ambiente A matéria orgânica do solo pode adsorver traços de elementos poluentes p ex Pb Cd Cu reduzindo a chance de contaminação da água de superfície e subterrânea Outra vantagem é a adsorção de pesticidas e outros elementos químicos orgânicos Isto reduz a possibilidade de carreamento destes compostos prevenindo a contaminação do meio ambiente e elevando sua degradação A matéria orgânica é conhecida também por sua capacidade de adsorver gases inorgânicos p ex NO e NO2 e orgânicos p ex CO A matéria orgânica do solo é a chave para sua fertilidade e produtividade e ela tem uma parte preponderante em todos os aspectos da fertilidade do solo isto é química biológica e física já que constitui o principal receptor de nutrientes para as plantas particularmente N P e S A influência da matéria orgânica na produção agrícola é particularmente alta em muitos solos de clima tropical com frações de argila de baixa atividade As transformações por que passa o carbono compreendem essencialmente duas fases fase de fixação do gás carbônico e a fase de regeneração A fixação do gás carbônico atmosférico é efetuada pelos organismos fotossintéticos plantas verdes algas e bactérias autotróficas Esta fixação finalizase na síntese de compostos hidrocarbonados de complexidade variável amidos hemiceluloses celuloses ligninas proteínas óleos e outros polímeros Estes compostos retornam ao solo como resíduos vegetais são utilizados pelos microrganismos que regeneram o gás carbônico durante as reações de oxidação respiratória utilizando a energia que lhe é indispensável Figura 2 4 Figura 2 Dinâmica do carbono A segunda fase corresponde a participação dos microrganismos do solo que está relacionada particularmente com as diferentes etapas de degradação das substâncias carbonadas que constituem aproximadamente 90 em relação ao peso da matéria orgânica 2 CONCEITOS DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 21 DECOMPOSIÇÃO A decomposição pode ser definida como sendo a reunião de todos os processos principalmente a despolimerização e as reações oxidativas pelos quais moléculas relativamente grandes tais como as poliaromáticas carboidratos lipídios e proteínas provenientes tanto de dentro das células quanto as livres no ambiente do solo são convertidas em moléculas menores mais simples como os ácidos carboxílicos aminoácidos e CO2 Os resíduos adicionados ao solo são primeiramente quebrados até seus componentes orgânicos básicos pelas enzimas extracelulares produzidas pelos organismos heterotróficos Para gerar energia outros organismos oxidam estas unidades maiores por meio de enzimas intracelulares Os organismos secretam continuamente no solo todo tipo de compostos 5 orgânicos e também constroem o tecido de seus próprios corpos pela imobilização de alguns dos elementos já liberados A rapidez com que um dado resíduo de planta é oxidado depende da sua composição química e condições físicas do ambiente que o cerca Os fatores principais são temperatura suprimento de oxigênio umidade pH disponibilidade de nutrientes tais como o P e o N e relação CN do resíduo da planta Outros fatores que afetam a decomposição são a comunidade de microrganismos e a mesofauna presentes A idade da planta seu conteúdo de lignina e o grau de desintegração dos materiais apresentados à microflora também governam a decomposição Normalmente é difícil manter altos níveis de matéria orgânica nos solos de clima tropical e subtropical devido às altas temperaturas que induzem a altas taxas de decomposição Os processos de decomposição e formação da matéria orgânica do solo são essencialmente similares em sistemas temperados e tropicais Muitos resultados de solos de clima temperado podem ser transferidos para explicar a dinâmica da MOS e seu controle em solos de clima tropical Estudos concluíram que a decomposição sob condições tropicais não diferiu do que foi encontrado em solos europeus Os termos frações lábeis e frações estáveis são conceitos relativos baseados na taxa de decomposição no solo de um constituinte orgânico em particular Os constituintes lábeis se decompõem dentro de poucas semanas ou meses enquanto que os constituintes estáveis podem persistir por anos ou décadas no solo ou até mesmo por séculos ou milênios no solo As taxas de decomposição variam muito mesmo para substratos simples como a glicose Polímeros tais como polifenóis celulose e proteínas pela interação com polifenóis são decompostos mais lentamente e sua resistência para a decomposição aumenta de acordo com a sua complexidade 22 HUMIFICAÇÃO Embora grande parte da matéria orgânica seja decomposta pelos organismos presentes acima e dentro do solo uma pequena parte dela é humificada e permanece no solo A decomposição e humificação de plantas remanescentes varia com a espécie da planta e seus órgãos bem como com as condições do solo A humificação ocorre simultaneamente com a decomposição e esta procede sob lei bioquímica A humificação de resíduos orgânicos é 6 caracterizada pela polimerização de cadeias orgânicas aumento da massa molar formação de compostos cada vez mais resistente a decomposição o abaixamento da relação CN sua transformação de pretoamarronzado para substâncias amorfas pretas Não apenas microrganismos mas também animais do solo participam do processo de humificação então o processo poderia ser visto como transformação física química e biológica ao invés de apenas microbiana e química A humificação pode ser definida como sendo a transformação de reservas macro morfologicamente identificáveis em compostos húmicos amorfos A humificação bem como a decomposição de resíduo é mediada primeiramente por processo microbiológico controlado principalmente por variáveis locais específicas tais como temperatura regime de água no solo pH e disponibilidade de nutrientes Ao lado destas variáveis externas fatores internos como qualidade dos recursos de origem são importantes As principais transformações que ocorrem durante a decomposição de resíduo e a humificação são a perda de polissacarídeos e componentes fenólicos modificação das estruturas de lignina e enriquecimento em estruturas aromáticas não lignínicas recalcitrantes Os materiais que dão origem a humificação podem ser as reservas primárias ou as secundárias As primeiras são constituídas de entrada de materiais acima do solo como os provenientes de folhas e galhos que caem ou abaixo do solo como os resíduos de raízes As reservas secundárias provém de microrganismos e animais do solo sendo estes de importância quantitativa menor A composição química da reserva secundária é mais complexa do que as da reserva primária Em solos intocados vários estágios de decomposição e humificação podem ser detectados ao longo dos horizontes do solo Desde resíduo fresco na camada mais superficial seguido de camada de fermentação até horizontes completamente humificados As características morfológicas de resíduo acima e abaixo do solo podem proporcionar informações úteis sobre o grau e intensidade de decomposição e humificação Através de análise da estrutura química de volume de amostras de solo utilizando espectroscopia NMR do C13 é possível identificar diferentes tipos de carbono e suas alterações durante a decomposição e humificação 7 23 MINERALIZAÇÃO A mineralização é a conversão de elementos ligados organicamente C N S e P para a forma mineral de compostos inorgânicos CO2 CH4 NH4 NO3 SO42 HPO42 H2S A liberação de nutrientes geralmente está relacionada com a decomposição e a mineralização A mineralização afeta as diferentes fontes de MOS como as fontes primárias acima e abaixo do solo as fontes secundárias os compostos húmicos e também a matéria orgânica dissolvida A velocidade de mineralização e a quantidade de nutrientes liberados diferem grandemente entre estas frações de MOS Os fatores externos que influenciam a taxa de mineralização da MOS incluem temperatura e chuva a vegetação que modifica a temperatura do solo e a atividade biológica no solo a composição do material orgânico que entra no solo e o distúrbio do solo pelo cultivo As propriedades intrínsecas incluem conteúdo de argila tipo de argila drenagem acidez e condição nutricional Embora o produto final seja similar ao da decomposição aeróbia um decréscimo gradual com subsequente liberação de constituintes orgânicos intermediários está ausente na mineralização Portanto matéria húmica não pode ser formada apenas como resultado do processo de mineralização O húmus do solo é perdido principalmente por mineralização e oxidação Mineralização é a produção de íons inorgânicos pela oxidação de compostos orgânicos oxidação é o processo paralelo pelo qual carbono orgânico é convertido a dióxido de carbono e é perdido para a atmosfera A mineralização é em parte contraposta pela imobilização a assimilação de íons inorgânicos para dentro do tecido microbiano Se há lenta mas contínua adição de resíduos de planta a mineralização excede a imobilização resultando em pronta mineralização a situação em que íons tornamse disponíveis para serem capturados pelas raízes De qualquer forma os processos de mineralizaçãoimobilização ocorrem simultaneamente O conhecimento da quantidade qualidade disponibilidade e atividade dos nutrientes orgânicos substratos é a chave para o entendimento e descrição do processo de mineralizaçãoimobilização do solo Logo é certo que a MOS não pode ser considerada homogênea olhando sob o ponto de vista do potencial para a mineralização Importantes fatores ambientais que controlam o retorno de nutrientes e ciclagem através das fontes de MOS incluem propriedades químicas e mineralógicas do solo manejo da 8 vegetação e do solo fatores climáticos tais como temperatura e umidade e variações ambientais sazonais e de curto período Embora 55 a 70 de C de todo resíduo de plantas e animais que retornam para o solo sejam liberados para a atmosfera como CO2 depois de 1 ano diferentes taxas de mineralização ocorrem entre diferentes constituintes 24 ESTABILIZAÇÃO O carbono do solo não se mineraliza na mesma velocidade Certos constituintes da matéria orgânica têm duração de vida curta e se renovam rapidamente Outros são estáveis e permanecem mais tempo no solo possuindo um turnover lento Esta estabilidade é um dos principais critérios da qualidade da MOS Ela se relaciona com a dinâmica da MOS e com algumas características bioquímicas intrínsecas desse material A MOS pode ser caracterizada por dois parâmetros o estoque de carbono no solo e a qualidade dos constituintes orgânicos nela presentes Assumese que detritos de plantas frescas são convertidos gradualmente a formas mais estáveis e que esta estabilização envolve uma variedade de processos físicos químicos microbianos e relativos à fauna também A estabilização significa um decréscimo do potencial para perda de matéria orgânica do solo por respiração erosão ou lixiviação Neste caso há uma produção de material que resiste a transformação posterior A estabilização poderia começar antes dos tecidos das plantas alcançarem o solo ou mesmo antes deles morrerem A estabilidade do carbono C orgânico é resultante de três conjuntos gerais de características recalcitrância interações e acessibilidade Por definição ela aumenta com a recalcitrância e decresce com a acessibilidade Em definição os termos a recalcitrância compreende características a nível celular de substâncias orgânicas incluindo composição elementar presença de grupos funcionais e conformação molecular que influencia sua degradação por micróbios e enzimas Interações referese as interações intermoleculares entre substâncias orgânicas e outras inorgânicas ou outras substâncias que alteram a taxa de degradação destes compostos orgânicos ou a síntese de novos compostos orgânicos Acessibilidade referese a localização posição de substâncias orgânicas com respeito a micróbios e enzimas A matéria orgânica do solo pode ser estabilizada pela interação com minerais Esta estabilização pode exercer um papel mais importante nos solos de clima tropical do que nos 9 solos de clima temperado Muitos pesquisadores concordam que a argila exerce um papel na estabilização da MOS e que isto se deveria ao mecanismo pelo qual os cátions se unem ao Ca e que a argila se junta com compostos de Ca escassamente solúveis agindo como fonte de Ca em equilíbrio com a solução do solo As argilas mudam o microambiente dos microrganismos Elas têm influência no pH energia iônica e disponibilidade de substrato bem como na produção e atividade de enzima Entretanto nos primeiros estágios da decomposição as argilas geralmente aumentam o número e atividade dos microrganismos O consumo de oxigênio é aumentado enquanto a perda de CO2 é diminuída Os sesquióxidos de Fe Al Mn também têm influência na estabilização da MOS exercendo um papel importante na dinâmica da MOS de muitos solos de clima tropical tais como Andosolos Oxisolos e Ultisolos por causa da sua abundância nestes solos Eles também exercem proteção física aos compostos orgânicos causando perda de solubilidade e envolvendo estes compostos em ferro insolúvel ou hidróxidos de alumínio Adicionalmente os sesquióxidos influenciam o microambiente dos microrganismos assim como os minerais de argila influência no pH disponibilidade de substrato etc Além do mais a solubilidade extremamente baixa dos complexos de Al e Fe da matéria orgânica torna impossível a utilização desta matéria orgânica como substrato para os microrganismos 3 ORIGEM E NATUREZA DA MATÉRIA ORGÂNICA A matéria orgânica do solo provém em quase sua totalidade de resíduos vegetais cuja composição média varia entre as diferentes espécies de vegetais e dentro da mesma espécie com a idade da planta Todavia apesar de se encontrar diferenças entre as espécies ocorre certa constância entre os componentes básicos das plantas variando apenas o percentual dos componentes estruturais Em termos percentuais de peso do vegetal seco os componentes dos vegetais são comumente divididos em seis grandes grupos Waksman 1952 1 Celulose 15 a 60 2 Hemicelulose 10 a 30 3 Lignina 5 a 30 10 4 Fração Solúvel em água 5 a 30 Açúcares simples Aminoácidos Ácidos alifáticos 5 Fração solúvel em éter ou em álcool 1 a 15 Gordura Resina Óleos Alguns Pigmentos Ceras 6 Proteínas 1 a 10 Os constituintes minerais usualmente encontrados na cinza variam de 10 a 12 Figura 3 Como regra geral a idade da planta influência na proporção relativa dos componentes Assim plantas mais jovens são mais ricas em proteínas minerais e na celulose hemicelulose e ligninas aumentam Figura 3 Composição da matéria orgânica em resíduos vegetais 31 Síntese e degradação de substâncias húmicas As substâncias húmicas se apresentam no solo como a fração orgânica mais estabilizada e com consequência desta estabilidade vem constituir a reserva orgânica do solo Água 75 Matéria seca 25 Carbono 44 Oxigênio 40 Cinzas 8 60 10 5 25 Carboidratos Hidrogênio 8 Lignina 1030 Gorduras ceras Taninos 18 Proteínas brutas e solúvel em água 115 Açúcar e amidos 15 Hemiceluloses 1030 Celulose 2050 11 Sua composição é extremamente variada desde polímeros com peso molecular relativamente baixo em torno de 5000 g mol1 até substâncias complexas de peso molecular de algumas centenas de milhares de g mol1 Todavia em todas elas a características principal é que o componente estrutural básico é o núcleo dado pelo anel benzeno A grande variação no grau de polimerização e no número de cadeias laterais e radicais que podem ser encontrados nas substâncias húmicas faz com que não existam duas moléculas húmicas idênticas Dommergues e Mongenot 1970 Em função deste grau de polimerização a fração húmica do solo é classificada em ácidos fúlvicos ácidos húmicos e humina Figura 4 Figura 4 Distribuição da matéria orgânica do solo e classificação das frações húmicas Sua origem está ligada a atividade de enzimas e microrganismos do solo sobre o material orgânico incorporado cuja principal fonte é constituída pelos resíduos vegetais Os conhecimentos exatos de sua formação ainda hoje são incompletos e diversos autores apresentam rotas diferentes para sua formação tendo contudo em todas elas destaque especial a participação da lignina Stevenson 1982 Figura 5 12 Figura 5 Síntese de substâncias húmicas Stevenson 1982 Na figura 5 temos um mecanismo teórico de formação de ácidos húmicos no qual ao ressudo vegetal é degradado por microrganismo Nesse processo ocorre a síntese de compostos aminados polifenóis açucares e produtos de decomposição da lignina que irão formar a substâncias húmicas Essas substâncias no solo podem ser adsorvidas pelos coloides argilosos formando complexos argila húmicos ou reagir com o íon Ca2 e nestas condições avaliadas suas permanências no solo pelo C14 podem atingir alguns anos e chegar até mesmo em casos especiais a 20000 anos Por outro lado há casos em que a duração da fração húmica do solo é muito curta como o que se observa em solos tropicais quando os mesmos apresentam baixo teor de argila Os teores da fração húmica também podem ser reduzidos no solo devido as práticas agrícolas que comumente favorecem não só a cultura mas também estimulam maior atividade microbiana e enzimática no solo 32 Exemplos de transformações 321 Transformações da celulose A celulose é polissacarídeo vegetal mais difundido Forma constituinte essencial das paredes celulares das plantas superiores algas e fungos Nos tecidos vegetais a celulose é em geral associada a outros polissacarídeos tais como hemicelulose lignina e pectinas O teor de 13 celulose nos tecidos vegetais é extremamente variável atinge 90 nas fibras de algodão 60 na madeira das coníferas 30 a 40 na palha de cerais A rapidez de decomposição da celulose no solo depende da estrutura da celulose considerada da natureza dos microrganismos que intervêm e das condições ecológicas A celulose é formada por uma longa cadeia de polímeros de glucose seguindo diversos modos para constituir as fibrilas apresentando zonas amorfas e cristalinas com o peso molecular entre 200000 a 2000000 g mol1 A decomposição da celulose é relativamente lenta porque as enzimas celulolíticas tem dificuldades em se inserir entre as cadeias que constituem estas fibrilas Na maior parte dos casos a degradação da celulose até a glicose resulta da intervenção de um sistema plurienzimático uma primeira enzima C1 daria longas cadeias lineares que seriam retomadas por uma segunda enzima C2 para originar a celobiase um celobiase intervém em seguida para transformar a celobiose em glucose Esta sequência plurienzimático explica a incapacidade de numerosos microrganismos atacar a celulose apesar de degradarem facilmente os produtos de hidrolise parcial desta celulose Tais microrganismos dispõem de um equipamento enzimático incompleto restrito por exemplo a uma só das enzimas Os microrganismos celuloliticos do solo pertencem a numerosas especiais microbianas que agem em sua maior parte em associações sinérgicas e não isoladamente A população celulolíticas mesófila aeróbia é encontrada nos solos convenientemente arejados constituída especialmente por fungos como Aspergillus Chaetomium Curvularia Fusarium Phoma Trichoderma assim como a classe dos Hyphomycetes O papel exato destes últimos não está ainda bem estabelecido A capacidade para decompor a celulose é menor entre as bactérias do que entre os Fungos Temse entretanto espécies bacterianas muito ativas em particular espécies pertencentes aos gêneros Cytophaga Sporocytophaga Angiococcum Cellvibrio Cellfalcicula Também actinomicetos celuloliticos e alguns protozoários degradam igualmente a celulose A população microbiana celulolitica mesófila anaeróbia comumente encontrada em solos enxarcados ou em ambientes anaeróbios é menos rica Compreende essencialmente bactérias pertencentes aos gêneros Clostridium Plectridium ou Terminosporus A população microbiana celulolitica termófila é adaptada a um grupo onde a temperatura se eleva acima de 50C tais como em esterqueiras ou medas de decomposição e é 14 formada em grande parte por bactérias entre as quais as mais ativas pertencem às espécies Clostridium termocellum e Cthermocellulaseaum Os fatores ecológicos que favorecem a degradação da celulose em solos úmidos são pH próximo à neutralidade temperatura compreendida entre 20 a 35C umidade próxima à capacidade de campo aprovisionamento em nitrogênio mineral sobretudo sobre a forma amoniacal Nessas condições produtos finais da degradação da celulose é constituído pelo gás carbônico e o carbono incluído no protoplasma celular Nos solos hidromórficos a decomposição da celulose é fortemente retardada porém se o pH não alcançar níveis muito baixos ela é ainda relativamente intensa Além do gás carbônico resultam do metabolismo anaeróbico dos hidratados de carbono hidrogênio metano etanol e diversos ácidos orgânicos como acético fórmico succinico butírico láctico 322 Transformações da ligninina A lignina nada mais é do que um polímero de compostos fenólicos relativamente resistentes a decomposição estando presente em grandes quantidades resíduos vegetais De acordo com conceitos atuais os polifenóis derivados de lignina ou sintetizados pelos microrganismos são convertidos em quinonas que se autocondesam ou combinam com aminoácidos que formam polímeros contendo nitrogênio Figura 6 Figura 6 Esquema de transformação da lignina IGUE 1983 15 Tanto fungos como bactérias atuam na decomposição da lignina por meio de mecanismos diversos Os fungos principalmente são muito importantes na decomposição da lignina em solos argilosos São eles que produzem substância do tipo ácido húmico pela biossíntese de fenol No processo de formação da matéria orgânica humificada o material original perde sua composição original no que diz respeito aos grupos funcionais Tabela 1 Tabela 1 Conteúdo de grupos funcionais dos polímeros Polímeros O2 OH meqg COOH meqg Ácido húmico 35 37 29 57 15 30 Ácido Fúlvico 44 48 27 67 61 91 Lignina 30 04 15 01 04 Tanino hidrolizável 43 14 0 Melarmia sépia 24 65 23 33 Fonte Lada Butler 1975 33 Características e Propriedades das Frações Húmicas e Não Húmicas do Solo Como visto a fração orgânica do solo representa um sistema complexo composto de diversa substâncias sendo sua dinâmica determinada pela incorporação de material vegetal e animal ao solo e pela transformação destes via ação de distintos grupos de microrganismos de enzimas e da fauna do solo Grande parte da matéria orgânica do solo consiste em uma série de compostos ácidos não humificados e macromoléculas humificadas com variação de cor de amarelo a castanho Esses compostos são fortemente associados e não totalmente separados um dos outros O primeiro grupo é representado pelos compostos orgânicos incluindo carboidratos gorduras ceras e proteínas Esses compostos orgânicos de natureza individual constituem 10 a 15 da matéria orgânica dos solos minerais O segundo grupo e principal componente da matéria orgânica do solo é representado pelas substâncias húmicas propriamente dita que constituem nos solos minerais de 85 a 90 da matéria orgânica Konovo 1982 Sendo assim grande parte da pesquisa com matéria orgânica está voltada para o estudo das frações húmicas do solo O material humificado consiste em uma série de polieletrólitos de coloração amarelada a preta com grande peso molecular e muito ácido que pode ser denominado de ácidos húmicos 16 ácidos fúlvicos e humina Como observado anteriormente essas substâncias são formadas por reações secundárias de síntese e tem propriedades distintas dos bipolímeros de organismos vivos incluindo a lignina das plantas superiores Não há ainda um esquema satisfatório de extração purificação e fracionamento dessas substâncias Parson 1988 Essas substâncias podem ser fracionadas química e fisicamente sendo o fracionamento químico mais utilizado para estudar a dinâmica da matéria orgânica do solo Do grande número de extratores estudados a solução diluída de NaOH normalmente 01 ou 05 M NaOH é o mais utilizado embora temse tentado utilizar uma mistura de reagentes tais como 01 M NaOH e 01 M Na4P2O7 em solução ou reagentes mais brandos tais como Na4P2O7 a pH neutro São necessárias extrações sucessivas para se obter o máximo de matéria orgânica Baseado na sua solubilidade são obtidos os ácidos húmicos solúvel em álcali e insolúvel em ácido os ácidos fúlvicos solúvel em álcali o solúvel em ácido os ácidos hematomelânicos solúvel em álcool e humina insolúvel em álcali e acido Figura 4 De acordo com a literatura Schnitzer e Khan 1972 1978 as frações húmicas são quimicamente muito parecidas diferindo em peso molecular teores de C O N e S e conteúdo de grupamentos funcionais Os ácidos fúlvicos tem menor peso molecular maior teor de O nos grupamentos funcionais COOH OH e C O por unidade de peso que as outras frações húmicas Tabela 2 Tabela 2 Composição química média das substâncias húmicas Substâncias C H N S O COOH FenólicoOH g kg1 Mol kg 1 Ácidos Fúlvicos 457 54 21 19 448 82 30 Ácidos húmicos 558 47 31 8 355 36 31 Humina 560 53 58 8 328 32 23 Fonte Schnitzer e Khan 1972 Os ácidos húmicos podem ainda ser divididos em dois grupos por meio da precipitação parcial com adição de solução salina sobre condições alcalinas O primeiro grupo os ácidos 17 húmicos pardos não são coagulados com a adição de eletrólito e são característicos de solos orgânicos e podzois O segundo grupo os ácidos húmicos acinzentados são facilmente coagulados e são característicos do horizonte A chernozênico Scheffer and Ulrich 1960 As substâncias húmicas extraídas com NaOH ou outro reagente normalmente contém quantidade considerável de material inorgânico cerca de 25 Sendo assim há necessidade de purificar o material extraído para minimizar o conteúdo de cinzas cátions em geral e remover os ácidos orgânicos de baixo peso molecular que não são constituintes estruturais das substâncias húmicas Os ácidos húmicos podem ser purificados por meio de dissolução acida e precipitação pela passagem em coluna com resina trocadora de íons ou pelo uso de HF para dissolver silicatos A remoção das impurezas dos ácidos fúlvicos pode ser feita passando a solução em coluna contendo resina não iônica e em seguida em coluna contendo resina trocadora de cátions Quantidade considerável de carbono pode ser perdida durante o processo de purificação Com base nos dados da tabela 2 podese ter uma ideia da fórmula média das substâncias húmicas Dessa forma a composição média dos ácidos húmicos pode ser C187N186O89N9S e dos ácidos fúlvicos C135N182O95N5S2 Estas formulas indicam que a massa molecular relativa dos ácidos humicos é maior do que o dos ácidos fúlvicos que a massa molecular relativa dos ácidos húmicos é maior do que o dos ácidos fúlvicos que é normalmente menor que 2000 g mol1 Sendo assim os ácidos húmicos são mais polimerizados do que os ácidos fúlvicos e apresentam se nume estágio de humificação mais avançado Figura 7 Com relação à estrutura desses compostos dados de pesquisa indicam que são micelas de natureza polimérica sendo a estrutura básica de anéis aromáticos de feneol diou trihidróxidos interligados por pontes de O CH2 NH N S e outros grupos contendo grupos OH livres e ligações duplas de quinona 18 Aumento no grau de polimerização 2000 daltons Aumento no peso molecular 300000 daltons 45 Aumento no conteúdo de carbono 70 48 Decréscimo no conteúdo de oxigeneo 30 1400 cmol ckg1 Decréscimo na acidez trocável 500cmolclkg1 Figura 7 Propriedades químicas das substâncias húmicas Adaptado de Steveson Elliott 1989 A acidez total de grupamentos funcionais das substancias húmicas é normalmente calcula por meio do somatório dos grupamentos carboxílicos e fenólicos OH Devese considerar que as cargas negativas superficiais são dependentes de pH Sendo assim com a elevação do pH ocorre dissociação dos grupamentos orgânicos de acordo com o esquema Com a elevação do pH de 3 a 10 ocorre incremento significativo das cargas superficiais das substâncias húmicas Figura 8 Entre pH 3 e 65 ocorre aumento linear nas cargas superficiais representando a dissociação dos grupamentos carboxílicos Após este ponto o gradiente reduz devido a redução do poder tampão do ácido representando a dissociação dos grupamentos fenólicos OH Podese observar que os ácidos fúlvicos possuem maior número de prótons dissociais por unidade de massa do que os ácidos húmicos Contudo ambos possuem mais cargas do que a capacidade de troca típica de uma argila 21 2 molc kg1 Sendo assim 19 a matéria orgânica tem grande influência no poder tampão do solo Visto que grande parte dos grupamentos acídicos das substâncias húmicas se dissociam entre pH 5 e 7 esperase que elas tenham carga liquida negativa nos solos Figura 8 Desenvolvimento de carga superficial dos ácidos húmicos e fúlvicos em diferentes valores de pH Sibanda 1984 A grande capacidade de retenção de cátions das substâncias húmicas estas relacionada também com sua alta superfície decorrente de sua grande subdivisão Devido a essas duas propriedades a matéria orgânica pode absorver grandes quantidades de água por meio de pontes de H dos grupamentos reativos podendo reter até 4 a 6 vezes o seu peso em água Contudo os compostos aromáticos que predominam no núcleo das substâncias húmicas são hidrofóbicos e por esta razão o núcleo encontrase condensado tendendo a reduzir sua superfície de contato com meio aquoso e adotando forma esférica São os grupamentos funcionais com cargas elétricas não compensadas que formam as cadeias alifáticas hidrófilicas Kononova 1982 Sendo assim a capacidade de retenção de água também será influenciada pela proporção das moléculas de anéis aromáticos hidrofóbicos e dos radicais laterais hidrofílicos À medida que se aumenta a polimerização das substâncias húmicas aumentase a percentagem de carbono e diminui0se a de hidrogênio acarretando da relação CH e diminuição da capacidade de hidratação das substâncias húmicas Embora não seja ainda conhecida a configuração molecular das substâncias húmicas os grupamentos reativos tem sido bem caracterizados Os principais grupamentos que participam na formação dos complexos com metais são 20 Esses grupamentos funcionam como doadores de átomos na formação de complexos conferindo a habilidade da matéria orgânica de formar complexos solúveis ou insolúveis em água com íons metálicos e oxihidróxidos e interagir com minerais de argila A propriedade de formar complexos e a presença de anéis aromáticos em sua estrutura faz com que as substâncias húmicas sejam resistentes a degradação microbiana Os principais fatores que interferem na formação de complexos organometálicos são o pH a força iônica da solução e o tipo de metal e composto orgânico presente Stevenson Fitch 1986 Os mecanismos que possibilitam a formação de complexos podem ser divididos em catiônicos aniônicos de coordenação pontes de hidrogênio ligações covalentes e força de Van der Walls Dessa forma a formação de complexos vai ter influencia direta na disponibilidade ou não de elementos às plantas dependendo do material orgânico e da concentração e carga do metal envolvido Com a elevação do pH a formação de complexo AIMO eou FeMO pode retardar o processo de hidrólise de cátion mantendoo em solução e em condições de ser adsorvido pelas plantas A formação de complexos argilohumicos é muito importante na estruturação do solo Em solos tropicais muito intemperizados oxihidróxidos e caulinitas predominam na fração argila Os mecanismos dessas ligações são principalmente ligações entre as cargas elétricas negativas do colide orgânico e as da caulinita por meio de ponte de H ou catiônica e cargas elétricas negativas do coloide orgânico e as cargas positivas dos oxihidróxidos de Fe e Al 21 4 FATORES QUE AFETAM A DINÂMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO A velocidade de decomposição da matéria orgânica do solo independente da forma que se encontra e é condicionada à inúmeros fatores como apresentado na Figura 9 Figura 9 Fatores que afetam a dinâmica da MO do solo 41 Umidade Todos os microrganismos enzimas e organismos do solo dependem da água para o seu crescimento e desenvolvimento Assim o teor de água do solo irá influenciar a decomposição da matéria orgânica Dois extremos de umidade podem ocorrer no solo encharcamento e dessecação Em ambos os casos verificase redução na velocidade de decomposição decorrente da redução nas atividades microbiana e enzimática A alternância de períodos úmidos com períodos secos pode acarretar elevação e redução na atividade microbiana favorecendo a decomposição As melhores condições para decomposição da matéria orgânica conforme figura 10 ocorrem quando o teor de umidade se encontra na faixa entre a 40 a 60 Clima Umidade Temperatura Textura Aeração Drenagem Manejo do Solo Topografia CTC Nutrientes Acidez e pH Microbiota Agentes responsáveis FonteComposição CNPS LigninaN PolifenolisN Lignina polifenoisN origem e natureza Solo Propriedades Físicas Propriedades Químicas Propriedades Biológicas 22 Figura 10 Influência da umidade na decomposição da matéria orgânica Waksman e Purvis 1952 citado por Waksman 1952 Em solos tropicais o encharcamento permanente do solo constitui fator de acúmulo de matéria orgânica podendo dar origem aos solos orgânicos 42 Temperatura A faixa de crescimento microbiano está entre 05C A 68c Atlas 1984 Verificase que a amplitude de temperatura de crescimento é relativamente grande mas não quer dizer que os microrganismos crescem bem em toda ela Alguns crescem mais em temperaturas mais baixas são os Psicrófilos 05C a 20C outros em temperaturas médias os Mesófilos 14C a 45C e um grupo especial que cresce melhor em temperaturas mais elevadas os Termófilos 42C a 68C Atlas 1984 Figura 11 23 Figura 11 Faixa da temperatura de crescimento dos Psicrófilos Mesófilos e Termófilos Atlas 1984 Dentro de cada faixa de crescimento existe uma temperatura ótima de crescimento A temperatura onde ocorre a maior taxa de crescimento temperatura máxima de crescimento que corresponde à temperatura mais elevada onde ocorre ainda crescimento e a temperatura mínima de crescimento compreendendo a temperatura mais baixa onde se apresenta crescimento microbiano Atlas 1984 Figura 12 Figura 12 Efeito da temperatura sobre a taxa de crescimento dos microrganismos e seus limites Temperatura ótima temperatura máxima e temperatura mínima de crescimento Os microrganismos mesófolos e termófilos são mais ativos na decomposição da matéria orgânica Em solos tropicais considerando o efeito da temperatura verificase uma velocidade de decomposição de 5 a10 vezes maior do que em solos de clima temperado Sanchez 1981 O grupo termófilo de decompositores apresenta importância particular no caso de produção do adubo orgânico pela técnica de compostagem 24 Na Figura 13 verificase que a faixa de temperatura mais favorável à decomposição da matéria orgânica está entre 28C e 50C Estes limites ótimos de decomposição fazem com que em solos tropicais tornese extremamente difícil a manutenção de níveis elevados de matéria orgânica Sanchez 1981 Figura 13 Efeito da temperatura sobre a decomposição da matéria orgânica Waksman 1952 43 Fonte e composição da MO Durante a decomposição da matéria orgânica passa pela ação de enzimas e microrganismos alguns componentes são mais prontamente utilizados que outros A fração solúvel em água e proteínas são os primeiros compostos a serem metabolizados A celulose e hemicelulose não desaparecem com a mesma intensidade mas a permanência no solo destes componentes é relativamente curta As ligninas são altamente resistentes tornandose às vezes relativamente mais abundantes na matéria orgânica em decomposição A relação CN carbononitrogênio pode muitas vezes determinar a cinética de decomposição Assim devese considerar a dinâmica da relação CN sob dois aspectos A Relação CN dos microrganismos B Relação CN da matéria orgânica 25 No primeiro caso verificase que relação CN das células microbianas varia bastante Em termos médios podese considerar que nos fungos a relação CN 101 nos actinomicetos igual a 81 nas bactérias aeróbias a 51 e nas bactérias anaeróbias igual a 61 A matéria orgânica do solo constitui a principal fonte de C para os microrganismos Entretanto nem todo carbono da matéria orgânica é transformado em célula microbiana grande parte dele se perde sob a forma de CO2 decorrente de sua mineralização A quantidade de carbono da matéria orgânica assimilável pelos microrganismos do solo é variável segundo o microrganismo ou grupos de microrganismos considerados Percentualmente têmse os seguintes coeficientes assimilatórios do carbono orgânico total Fungos 30 a 40 Actinomicetos 15 a 30 Bactérias 1 a 15 Em termos práticos podese considerar o coeficiente assimilatório do carbono orgânico em torno de 35 Com os dados citados podese verificar por exemplo o que se passa no caso da decomposição da palha de milho A palha do milho apresenta 40 C e 07 de N Considerando um coeficiente assimilatório do C de 35 temse em 100 kg da palhada 100 kg 40 kg de C total 40 kg de C total x 035 14 kg C assimilável Considerando uma relação CN dos microrganismos de 101 encontrase 𝐶 𝑁 14 10 14 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑁 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑜 à 𝑑𝑒𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑠𝑖çã𝑜 A palha do milho apresenta no exemplo 07 kg de N disponível 100 kg 07 kg de N disponível 14 kg de N necessário 07 kg de N disponível 07 kg N deficit Verificase pelos cálculos que para que ocorra decomposição rápida de 100 kg de palha de milho tornase necessária a adição de 07 kg de nitrogênio Nesse caso os microrganismos retiram do solo o nitrogênio disponível provocando o fenômeno de imobilização do N do solo competindo assim com a vegetação por este elemento Pelo termo imobilização do nitrogênio subentendese a transformação do nitrogênio mineral do solo NO3 e NH4 para uma forma orgânica microbiana NH4 ou NO3 microrganismos N orgânico O termo mineralização do nitrogênio corresponde à transformação do N sobre forma orgânica a N combinado mineral N orgânico microrganismos NH4 NO3 Durante a decomposição da matéria orgânica no solo a relação CN diminui tendo em vista que parte de C orgânico se perde sobre a forma de CO2 A figura 14 adaptada de Alexander 1977 e Broadbent 1954 representa a curva de decomposição de matéria orgânica no solo correlacionando sua relação CN com os fenômenos de imobilização e mineralização do N Figura 14 Relação CN imobilização i e mineralização m do N durante a decomposição da matéria orgânica Os resíduos orgânicos com relação CN 30 são considerados de relação CN alta entre 15 30 relação CN equilibrada e menor que 15 relação CN estreita 27 Cabe salientar que relações CPS Clignina e teor de fenóis também influenciam a taxa de decomposição do material orgânico adicionado ao solo ou da matéria orgânica propriamente dita 44 Agentes Responsáveis A microbiota do solo é em sua maioria heterotrófica isto é depende de uma fonte de carbono orgânico préformado para que possa crescer e multiplicar Assim praticamente todos os fungos actinomicetos e a maioria das bactérias e protozoários participam intensamente do processo de decomposição da matéria orgânica Durante a decomposição podendo haver predominância de alguns em determinada etapa do fenômeno Ação dos Microrganismos e Dos Completos Enzimáticos do Solo Os compostos orgânicos e minerais do solo sofrem transformações incessantes seja por processos de natureza química ou físicoquímica seja por processos de natureza biológica estes compreendendo a intervenção direta ou indireta dos microrganismos ou dos complexos enzimáticos do solo Durand 1966 citado por Dommenrgues e Mangenot 1970 evidencia a coexistência desses três processos que se encontram em todos os solos Esse pesquisador comparou o desaparecimento do ácido úrico nas porções de amostrar de solo submetidas aos seguintes tratamentos 1 desinfetação pelo calor operação que ocasiona a destruição das enzimas e dos microrganismos 2 Desinfestação pelo tolueno operação que ocasiona a inibição dos microrganismos degradantes do ácido úrico porém sem afetar a enzima uricase 3 Testemunha não esterilizada No tratamento 1 uma fração de ácido úrico desapareceu por adsorção físicoquímica pelos coloides do solo Figura 15 Curva C No tratamento 2 a quantidade de ácido úrico que desaparece é mais elevada correspondendo não somente à adsorção físicoquímica mas também à degradação enzimática curva B No tratamento 3 a quantidade de ácido úrico que desaparece é ainda mais elevada correspondendo ao conjunto dos seguintes processos fixação físicoquímica degradação por via enzimática e microbiológica curva A 28 Figura 15 Desaparecimento do ácido úrico em um solo Durand 1966 citado por Dommergues e Mangenot 1970 Segundo Burns 1978 e Lynch 1986 os principais grupos de enzimas encontrados no solo pertencem às óxidosreduntases às transferases e às hidrolases Origem das Enzimas do Solo As enzimas que se encontram no solo provem não somente dos microrganismos mas também da vegetação e da microfauna a Enzimas de origem microbiana As enzimas sintetizadas pelos microrganismos são de dois tipos 1 As endoenzimas intimamente ligadas aos corpos microbianos liberados no meio somente após a morte e lise das células 2 As exoenzimas sintetizadas no interior da célula e liberadas no meio São enzimas que irão atuar sobre o substrato desdobrandoo permitindo assim que os microrganismos possam utilizálo b Enzimas de origem vegetal A contribuição da vegetação resulta na adição ao solo de enzimas contidas nos resíduos dos tecidos vegetais e nos exsudados radiculares No solo encontramse estes dois tipos de enzimas A proporção relativa das enzimas de origem microbiana a daquelas de origem não microbiana varia entre tipos de solos Entretanto podese admitir que as enzimas de origem microbiana são mais representativas 29 Estados das Enzimas no Solo As enzimas do solo se apresentam sob três estados a Enzimas livres Estas enzimas são as exoenzimas ou endoenzimas que foram liberadas no solo após a lise de células microbianas ou vegetais Sob essa forma as enzimas não persistem por muito tempo pois sofrem biodegradação rápida São encontradas na solução do solo b Enzimas adsorvidas pelos coloides do solo Adsorção das enzimas nas argilas provoca em geral sua inativação parcial porém pode também proteger estas proteínas da biodegradação Os fenômenos de adsorção das enzimas na matéria orgânica desempenham provavelmente papel importante em alguns tipos de solos Entretanto os conhecimentos atuais sobre as consequencias exatas destes fenômenos são ainda incompletos c Enzimas particuladas São enzimas que se encontram aderidas em alguma estrutura celular especialmente membrana celular como algumas transferases e mesmo no interior de células microbianas ou vegetais como por exemplo osporaginases Aderidas ou constituídas partes da estrutura celular elas se conservam no solo por mais tempo 44 Arejamento Grande parte dos microrganismos do solo são aeróbios ou microaeróbios isto é dependem do oxigênio para realizarem o fenômeno de respiração No solo o ar e a água ocupam os macros e microporos respectivamente As Figuras 16 e 17 citada por Waksman 1952 apresentam os efeitos de umidade e da aeração sobre a decomposição da matéria orgânica no solo 30 Figura 16 Influência da aeração sobre a decomposição de alfafa Waksman Figura 17 Influência da umidade e aeração sobre a decomposição de esterco de cavalo Waksman 1952 45 Acidez do Solo O pH do solo também influência na velocidade de decomposição de matéria orgânica A maioria dos microrganismos do solo tem seu pH ótimo de atuação em torno da neutralização As bactérias são sobretudo neutrófilas mas dentro das bactérias encontrase possivelmente um ser vivo que cresce em pH 0 ou 1 como no caso da Thiobacillus thiooxidans que é autotrófico isso é não utiliza o C orgânico como fonte de C 31 Os próprios fungos que comumente são citados como acidófilos apresentam também pH ótimo do crescimento em torno da neutralidade apenas são mais tolerantes à acidez do solo fazendo com que predominem em solos ácidos O pH do solo influencia no crescimento da microbiota não só devido as concentrações H ou OH mas em casos de solos ácidos tropicais pode provocar a liberação de ions tóxicos como Al3 ou Mn2 ou no caso de alcalinidade a imobilização de nutrientes A correção do pH do solo pela técnica da calagem favorece a atividade microbiana e acelera a decomposição da matéria orgânica Lopes 1977 46 Nutrientes do Solo Além da exigência do carbono e nitrogênio pelos microrganismos do solo outros elementos igualmente são solicitados em especial P S e microelementos Todavia esses outros elementos não têm constituído obstáculo para a decomposição considerando que os próprios resíduos orgânicos já apresentam nível favorável para decomposição 5 INFLUÊNCIA DE MATÉRIA ORGÂNICA NAS PROPRIEDADES DO SOLO E DA PLANTA Atuação da matéria orgânica nas propriedades físicas químicas e biológicas do solo e é de muita importância como fonte de energia e de nutrientes para os organismos e para as plantas como agente cimentante na agregação do solo influenciando diretamente a retenção de água e o arejamento Dada sua baixa pegajosidade e plasticidade ela pode elevar o limite de umidade no qual o solo pode se tornar plástico e pegajoso diminuindo também o valor de umidade onde o mesmo se torna muito dura Dessa forma ela pode aumentar a faixa ótima de manejo que o solo pode ser trabalhado sem problemas com os implementos agrícolas Ela pode também aumentar a capacidade de absorção de calor na superfície do solo dado seu escurecimento O solo é considerado um sistema vivo e dinâmico Nele são encontrados milhares de organismos e pequenos animais intimamente associados a matéria orgânica fonte de energia e de nutrientes necessários a biossínteses celulares principalmente dos microrganismos 32 A fonte de energia e de nutrientes disponíveis nos resíduos vegetais e animais está contida numa ampla variedade de compostos orgânicos tais como carboidratos lignina proteínas lipídios e substâncias húmicas entre outros Uma das mais importantes e estudadas contribuições da matéria orgânica nas propriedades do solo é sua capacidade de suprir nutrientes para o crescimento e desenvolvimento das plantas principalmente nitrogênio Os nutrientes podem ser retidos ou liberados pela matéria orgânica por meio de dois processos processos biológicos que controla m a retenção ou liberação de N P e S visto que estes elementos fazem parte de unidades estruturais da matéria orgânica processos químicos que controlam as interações com cátions Visto que a matéria orgânica é frequentemente a maior fonte de cargas negativas nos solos tropicais sua manutenção é muito importante para retenção de cátions disponíveis no solo Sendo assim devese tentar atingir um equilíbrio se desejar explorar as reservas organcias de N P e S do solo Geralmente 95 ou mais do N e S e entre 20 a 70 do P da camada superficial dos solos são encontrados na matéria orgânica Cerca de 40 a 50 do N orgânico do solo estão na forma de aminoácidos Com exceção das leguminosas e de outras espécies vegetais que fixam o nitrogênio molecular em simbiose com os microrganismos as plantas absorvem o nitrogênio principalmente sobre a forma mineral nítrica ou amoniacal e excepcionalmente sobre outras formas orgânicas como ácidos aminados e vitaminas Essas formas minerais provem em grande parte da ação dos microrganismos e de complexos enzimáticos do solo sobre a matéria orgânica 33 É extremamente difícil separar as diferentes etapas de transformações do nitrogênio dos demais elementos em especial do carbono Figura 18 Figura 18 Ciclo simplificado do nitrogênio Alexander 1977 Grande parte do P orgânico está na forma de ésteres de ácidos ortofosfórico monoesteres de diesteres Anderson 1980 sendo 5 a 80 na forma de fosfatoéster de Inositol Figura 19 O acúmulo de fosfato de Inositol no solo deve estar ligado à sua capacidade de formar precipitados insolúveis com Fe Al e Ca e ser fortemente adsorvido ela superfície de Fe amorfo e de oxido de Al Anderson e Arlidge 1962 Figura 19 Estrutura do difosfato éster de Inositol 34 Outra forma menos expressiva de P orgânico inclui os nucleotídeos e fosfolipídios A principal forma de S orgânico esta nas estruturas dos aminoácidos contribuindo com cerca de 30 Freney 1986 De 30 a 70 do S orgânico no solo podem ser reduzidos para H2S sendo que grande parte do S reduzindo esta na forma de éster COS ou CNS e o S ligado diretamente ao C não é reduzido dessa forma a dinâmica do S orgânico no solo pode ser semelhante a do N e do P Por meio dos seus grupamentos reativos a matéria orgânica tem grande influência na capacidade retenção de cátions CTC e capacidade de tampão dos solos tropicais Tabela 3 Estes solos que apresentam baixa capacidade de troca decorrente do avançado estágio de intemperização em que se apresentam Dessa forma a matéria orgânica tem grande influência sobre a concentração de prótons pH e de cátions metálicos na solução do solo Como já visto a CTC da matéria orgânica tem sua origem nas cargas negativas oriundas dos grupamentos carboxílicos e fenólicos A participação da matéria orgânica na CTC dos solos tropicais em comparação com a contribuição dos coloides minerais pode variar de 20 a 80 do valor total Verdade 1956 Portanto já alta correção entre a CTC dos solos e sua porcentagem de carbono orgânico Figura 20 Tabela 3 Capacidade de troca catiônica do húmus e de outros constituintes do solo Constituintes do solo CTC em cmolcdm3 Areia Menos de 1 Óxidos hidratados de Fe e Al 3 a 5 Caulinita 3 a 15 Ilita e Clorita 10 a 40 Montemorilonita 80 a 120 Vermiculita 100 a 150 Húmus 200 a 400 35 Figura 20 Correlação entre a capacidade de troca catiônica e o teor de carbono orgânico de horizontes B textural e B latossólico de solos do Estado de São Paulo Kiehl 1979 A interação da matéria orgânica com a fração argila tem influência marcante no desenvolvimento da estrutura do solo A formação e estabilização de agregados no solo melhorando as condições de aeração e infiltração é uma das funções mais importantes da matéria orgânica Muitos estudos têm mostrado que os microrganismos exercem papel importante no processo de produção de polissacarídeos que interligam as partículas Martin et al 1965 Figura 21 Modelo de agregado de Emerson 1959 Como já visto é esperada grande associação dos grupamentos carboxílicos e fenólicos OH dos compostos orgânicos com as cargas positivas que dominam nos oxihidróxidos presentes 36 nos solos tropicais Essa interação será responsável pela formação de uma microestrutura bem desenvolvida típica de alguns latossolos Nesses solos a densidade de volume de poros é alta favorecendo a lavagem de nutrientes do sistema e uma boa aeração do solo A manutenção de estrutura granular com drenagem interna livre é muito importante nos solos de carga variável típicos de região tropical com balanço hídrico positivo onde o processos de lixiviação é intenso A matéria orgânica pode também reagir com outros compostos orgânicos como pesticidas principalmente herbicidas tornandoos menos ativos no solo e influindo nas suas propriedades A matéria orgânica pode ter também efeito direto sobre o crescimento e desenvolvimento das plantas Dessa forma tem sido observado estímulo no crescimento e desenvolvimento das plantas Dessa forma tem sido observado estímulo no crescimento radicular e foliar com a aplicação de substâncias húmicas na forma de adubo orgânico Esse efeito tem sido correlacionado com o aumento na absorção de macro e micronutrientes decorrente do aumento de sua solubilização Contudo pode ocorrer também absorção pelas plantas de frações orgânicas de baixo peso molecular podendo acarretar aumento na permeabilidade da membrana celular e agindo também como hormônio Chen Avrad 1990 Sendo assim a absorção de compostos orgânicos pode ocasionar aumento da respiração e dos níveis de clorofila das plantas Tabela 4 Tabela 4 Efeito dos ácidos húmicos e fúlvicos na respiração e teores de clorofila em plantas de tomate Slandky 1959 Tratamento Adsorção de O2 Clorofila Folhas Raízes do Controle Controle 100 100 100 Ácidos húmicos 124 123 163 Ácidos Fúlvicos 130 138 169 37 Segue a utilidade da MOS 1 Através de substâncias húmicas ácidos húmicos propicia um solo bem estruturado com uma distribuição adequada de partículas sólidas resultando no aparecimento de poros onde água e ar podem ser armazenados para que plantas e raízes de plantas possam crescer 2 Através de substâncias húmicas e nãohúmicas de minhocas e de hifas de fungos propicia a formação e estabilidade de agregados pequenos torrões que condicionam a infiltração e drenagem de água no solo a aeração e cria um habitat para a biota do solo fungos bactérias e actinomicetos 3 Através das substâncias húmicas principalmente ácidos fúlvicos aumenta a capacidade de troca de cátions do solo propiciando maior capacidade de retenção de nutrientes ex cálcio magnésio e potássio evitando serem lixiviados 4 Através da palha que cobre a superfície do solo evita o selamento ou encrostamento superficial causado pelo impacto da gota de chuva evitando a formação de enxurrada e assim protegendo o solo contra a erosão causada pela chuva 5 Através de túneis construídos por térmitas do solo minhocas e raízes mortas das plantas possibilitam maior drenagem de água e movimentação de calcário em profundidade 6 Através da matéria macrorgânica contém grande quantidade de nitrogênio e enxofre e através de ácidos húmicos ácido oxálico e málico têm comprovada participação na disponibilização de fósforo para as plantas 7 Através de substâncias húmicas ex ácido fúlvico e nãohúmicas ex ácido cítrico possibilitam diminuição da toxicidade de metais como o alumínio para as plantas 8 Através de bactérias que se associam com raízes de plantas cultivadas ex soja abastecem as plantas com nitrogênio diminuindo custos de adubação nitrogenada para o agricultor 9 Através de fungos que se associam com as raízes de plantas melhora a eficiência das culturas em absorver o fósforo presente no solo 10 Através dos microrganismos podem transformar diversos pesticidas em substâncias simples que ao atingirem águas subterrâneas ou rios e lagos não causam danos à saúde pública 11 através de raízes agressivas de plantas consideradas adubos verdes ex ervilhaca tremoço podem romper camadas de solos compactadas 38 12 através de todos os seus componentes contribui para a não ocorrência da mudança climática global ou efeito estufa 6 CONSERVAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO A exploração de terras virgens tem sido sempre uma opção vantajosa para os agricultores brasileiros que aproveitandose da fertilidade natural tem alcançado boa produtividade a um custo mínimo O Desgaste que o solo sofre nesses processos exploratórios pode ser verificado ao longo da nossa história por meio de migrações internas dos produtos e mobilidade das regiões produtoras O rompimento do equilíbrio de sistemas naturais promove mudanças rápidas cuja velocidade depende do grau de intervenção Em solos submetidos a um sistema de cultivo por vários anos os teores de matéria orgânica atingem um equilíbrio onde a taxa de adição é igual a taxa de decomposição Quando o equilíbrio onde a taxa agroecossistema o nível de matéria orgânica é determinado pelo tipo de preparo do solo sistema de cultivo rotações de culturas aplicações de fertilizantes textura do solo e condições ambientais Nas condições tropicais as perdas de matéria orgânica após o desmatamento são rápidas principalmente na fase inicial e muito dos nutrientes mineralizados em especial o N perdemse rapidamente sem condições de aproveitamento pelas plantas Figura 22 O manejo nessa circunstância exige que se adotem práticas que protejam o solo diminuindo as perdas A recuperação das terras desgastadas de áreas agrícolas mais antigas ou naturalmente pobres necessita de métodos apropriados que a façam de maneira mais rápida e econômica A recuperação da matéria orgânica para ativar a vida biológica é de fundamental importância Muitos autores Smitch et al 1951 Greenland Nye 1959 Greenland 1971 tem procurado determinar as constantes decomposição e de acúmulo K da matéria orgânica ou do carbono e do nitrogênio orgânicos do solo sobre diferentes condições de clima e sistema de uso A figura 22 mostra a curva de decomposição da matéria orgânica sobre um sistema tradicional de cultivo intensivo e a sua recuperação sobre adubação ou manutenção do equilíbrio sobre sistemas planejados de pastocultivo As perdas são normalmente descritas pela equação do tipo 39 dCdt K2 x C K1 x A onde K1 constante de decomposição da matéria orgânica incorporada ao solo fração que se transforma em humus K2 constante de mineralização do humus taxa de perda de C ano C Quantidade de C no solo A adição total de matéria orgânica Figura 22 Decomposição e recuperação da matéria orgânica do solo em função do uso e da adubação orgânica ccultivo e ppastagem A constante K2 mede a perda de matéria orgânica do solo que aumenta com a intensidade de cultivo menor em condições de pastagens do que em solos cultivados A incorporação da matéria orgânica do solo altera o equilíbrio sendo maior que constante K a tendencia é enriquecer o solo As práticas a serem adotadas são portanto aquelas que permitam maior adição possível de matéria orgânica ao solo sejam via rotação de culturas coberturas vedes incorporação de restos culturais ou adição de adubos orgânicos de diferentes origens Assim se dCdt der valor negativo a matéria orgânica do solo está diminuindo e se o valor for positivo o manejo adotado está favorecendo o aumento da matéria orgânica do solo No manejo de solos tropicais sobre diferentes sistemas agrícolas a decomposição e recuperação da matéria orgânica devem ser analisadas criteriosamente tentando aplicar técnicas que proporcionem maior enriquecimento do solo e aumento de sua produtividade final Devese observar a conservação do solo num sentido amplo que constitui um conjunto de práticas necessárias para manutenção de um solo biologicamente ativo e para entender tal objetivo a prevenção da matéria orgânica constitui requisito indispensável Figura 23 40 Figura 23 Conjunto de práticas necessárias para manutenção que devem ser observadas no manejo da MOS 7 ADUBAÇÃO ORGÂNICA X MINERAL Normalmente a adubação orgânica melhora a eficiência dos adubos minerais em solos ácido e com baixo teor de matéria orgânica Como critérios para a adoção de adubação unicamente mineral ou orgânica podese citar os seguintes Exigência da planta cultivada Nível de fertilidade do solo indicado pela análise do solo Custos da adubação Qualidade do adubo Os adubos minerais apenas fornecem nutrientes para as plantas após solubilização com a água do solo Eles não propiciam aquela série de vantagens que a matéria orgânica pode oferecer Os adubos orgânicos normalmente apresentam proporções de nutrientes que podem não atender as necessidades das plantas levam mais tempo para disponibilizar determinado nutriente para as plantas Portanto é importante saber os benefícios que um e outro oferece para determinado empreendimento A matéria orgânica do solo aumentada pela adubação orgânica oferece condições para que os nutrientes provenientes da adubação mineral em quantidades complementares à fornecida pela matéria orgânica fiquem retidos nas partículas orgânicas impedindo assim que 41 o nutriente se perca por lixiviação atingindo altas profundidades do solo e se afastando das raízes Adubos minerais e orgânicos em geral complementam a eficiência de modo recíproco 8 BIBLIOGRAFIA ALEXANDER M Introduction to soil microbiology New York John Wiley 1977 467 p ANDERSON G Assessing organic phosphorus in soi In The role of phosphorus in agriculture F E Khosawneh EC Sample EJ K amphath eds Amer Soc Agron Madison Wis P411 431 1980 ANDERSON G ARLIDGE EZ The adsorption of Inositol phosphates and glycerophosphate by soil clays minerals and hydrated sesquioxides in acid media J Soil Sc 13216224 1962 ATLAS RM Microbiology New York MacMillan 1984 879 p BROADBENT JF Modification in chemical properties of strawd during decomposition Soil Sci Soc Amer Proc 18165169 1954 BURNS RC Soil enzymes New York Academic Press 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