Introdução A Fertilidade Do Solo

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CAPITULO I INTRODUÇÃO A FERTILIDADE DO SOLO 1. Nutrientes Essenciais De maneira geral, qualquer elemento químico que se encontre na solução do solo pode ser absorvido1 pela planta. No entanto, a presença de um elemento químico no tecido vegetal não implica que este seja fundamental para a nutrição da planta e, conseqüente, para o seu crescimento2 e desenvolvimento3. Aqueles que são essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas são denominados de nutrientes essenciais. Para caracterizar-se como nutriente essencial o elemento deve atender critérios de essencialidade. Arnon & Stout (1939) postularam três critérios para caracterizar o elemento químico como nutriente essencial. São eles: a) a ausência do elemento impede que a planta complete seu ciclo; b) a deficiência do elemento é específica, podendo ser prevenida ou corrigida somente mediante o seu fornecimento; c) O elemento deve estar diretamente envolvido diretamente na nutrição da planta, sendo que sua ação não pode decorrer de correção eventual de condições químicas ou microbiológicas desfavoráveis do solo. Epstein (1975), de maneira simples e direta, funde os dois últimos critérios em apenas um, afirmando que para o elemento ser essencial deve fazer parte da molécula de um componente ou metabólito essencial. Mais rescentemente Epstein (1999) coloca que um dado elemento é essencial quando ele tem um claro papel fisiológico na planta. Com a evolução das pesquisas em fisiologia e nutrição mineral de plantas, a essencialidade de outros elementos poderá ser comprovada. O silício e sódio, por exemplo, são indicado em alguns trabalhos e livros como nutriente essencial (Taiz & Zeiger, 2002). Outros elementos, quando em concentrações muito baixas, estimulam o crescimento de plantas, embora sua essencialidade ainda não tenha sido demonstrada ou, apenas demonstrada sob determinadas condições especiais. Esses têm sido denominados de elementos benéficos, sendo eles: Al, Co, Se e V, embora Si, Na também figuram nesta categoria. 1 Abroção é o processo pelo qual soluto do meio externo são transferidos através da membrana plasmática para o interior celular. 2 Crescimento é o aumento progressivo de biomassa dos organismos. Pode ser expresso como aumento de massa, volume, altura ou comprimento. 3 Desenvolvimento é a seqüência cronológica de eventos que compreendem o cilco de vida de um organizmos. 1 2. Macro e Micronutrientes As plantas contêm, em termos gerais, de 800 a 900 g/kg de H2O e, por conseguinte de 100 a 200 g/kg de matéria seca. Desta matéria seca, 96 a 192 g/kg correpondem as moléculas orgânicas compostas essencialmente por C, O, H. Assim, estes elementos têm, obviamente, sua essencialidade comprovada. Estes elementos são obtidos pelas plantas a partir da água absorvida pelas raízes e do CO2 absorvido via fotossíntese. A massa restante, 4 a 8 g/kg, é constituída pelos nutrientes minerais4. Entre eles, N, P, S, K, Ca e Mg são exigidos e absorvidos em maiores quantidades. Apresentam-se em maiores teores5 na planta, sendo, portanto, denominados de macronutrientes (Quadro 1). Além destes, Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo e Cl e Ni são exigidos em menores quantidades, ocorrendo, portanto em menores teores, sendo por isto, denominados micronutrientes (Quadro 1). Em alguns casos diferenças nos teores de macro e micronutreintes não são muito grandes. Plantas como, côco (Cocus nucifera L) ou cebola (Allium cepa L) podem apresentar teores de Cl equivalentes ou superiores ao de alguns macronutrientes como fósforo e magnésio. Isto também ocorre entre diferentes tecidos na planta. Por exemplo, células do mesófilo foliar têm teores de Fe e Mn maiores do que os de S e Mg. Por ser essencialmente quantitativa, sob o aspceto ficiológico a classificação em macro e micronutriente não teria sentido, mas ela é amplamente utilizada na fertilidde do solo, nutrição de plantas e mesmo em fisiologia. Quadro1. Elemento Faixa de teores dos nutrientes essenciais na matéria seca de um vegetal Teor1 Nutriente g/kg Teor1 Nutriente g/kg mg/kg Carbono 420 Nitrogênio 10 - 50 Ferro 50 – 700 Oxigênio 440 Fósforo 1,2 - 2,2 Manganês 15 – 2000 60 Potássio 15 - 30 Zinco 10 – 200 Cálcio 10 - 25 Cobre 5 – 30 Magnésio 2 - 4 Níquel 0,1 – 1,0 Enxofre 2 - 3 Boro 15 – 260 Hidrogênio Molibdênio Cloro 1 4 5 Teor 0,1 – 2,0 100- 2000 Frequentemente os teores são expressos em dag/kg que equivale percentagem (%), que correspondem ao teor em g/kg dividido por 10. A denominação nutrientes minerais, deve-se ao fato da planta absorvê-los do solo. Teor é a proporção de um constituinte em relação ao todo. Teores de nutrientes na planta é expresso, em geral, em relação a matéria seca. Por exemplo: g/kg; mg/kg, dag/kg. 2 De acordo com Taiz & Zeiger (2002) o Si é indicado como macronutriente com teores da ordem de 1 g/kg e o Na como micronutrientes com teores da ordem de 10 mg/kg. 3. Funções dos Nutrientes Minerais Essenciais Nitrogênio As palntas absorvem N na forma amoniacal (NH4+) e nítrica (NO3-), sendo esta a forma preferencialmente absorvida, exceto em solos sob condições adversas à nitrificação. Uma vez absorvido, para que ocorra a asimilação6 o NO3- deve ser reduzido a NH4+. Funcionalmente o N é constituínte de compostos orgânicos, tais como: aminoácidos, amidas, proteínas, ácidos nucléicos, nucleotídeos, coenzimas, hexoaminas, alcalóides, e outros. Uma das principais funções do N nas plantas é sua participação na molécula de clorofila. Seu papel na constiutição das proteínas torna-se evidente ao considerar que estas contêm, em média, 180 g/kg de N. Conseqüentemente, o nitrogênio é exigido em grandes quantidades pelos vegetais, encontrando-se em teores que variam de 10 a 50 g/kg7. O N apresenta interações8 com P, S e K. A absorção de NO3- estimula a absorção de cátions, enquanto que a absorção de NH4+ pode restringir a absorção de cátions como o Ca2+, por exemplo. Fósforo O fósforo é absorvido pelas plantas nas formas aniônicas: H2PO4- e HPO4-2 e é assimilado nos compostos orgânicos com PO4-3 . De modo geral, é um nutriente importante para a reserva de energia e a integridade estrutural dos tecidos. Ele é constituinte de ácidos nucléicos, nucelitídeos, coenzimas, fosfolipídios, fosfo-açucares, ácido fítico, etc. O fósforo tem papel fundamental em todas as reações que envolvem ATP. Apesar de suas importantes funções, os teores de P nos tecidos vegetais são 6 Asimilação é a incorporação de nutriente mineral em compostos orgânicos, por exemplo: pigmentos, emzimas, lipídios, ácidos nucléicos e aminoácidos. 7 Os teores dos nutrientes são expresso com base na material vegetal seco, usulamente seco em estufa na faixa de 65 a 70 ºC. 8 Interação é a expressão da capacidade de um determinado fator interferir, positiva ou negativamente, na eficáica de um ou mais outros fatores. 3 relativamente baixos, variando de 1,0 a 10 g/kg, sendo que a faixa de suficiência9 para a maioria das culturas pode variar de 1,2 a 3,0 g/kg. P pode apresentar interações com N, S e micronutrientes como Cu, Fe, Mn e Zn. Enxofre O enxofre também é absorvido pelas plantas sob a forma aniônica de sulfato que, posteriormente é reduzido para ser assimilado. Pode ser encontrado em (SO4-2), teores que variam de 1,0 a 4,0 g/kg, sendo freqüente apresentar-se com teores superiores ao P. Como o N, a estrutura química S permite a formação de ligações covalentes estáveis. Assim, a maior proporção do S na planta está ligado aos aminoácidos cisteína (-C-SH), metíonina (-C-S-CH3) e cistina (-C-S-S-C) e proteínas. Participa ainda ce coenzimas e vitaminas essenciais para o metabolismo. O S pode apresentar interações notadamente com o N, P, B e Mo. Potássio O potássio é absorvido na forma catiônica K+, que também é a forma em que se encontra dentro das células. Os teores de K nas palntas podem apresentar grande variação, de acordo com a espécie e o manejo cultural utilizado. Os teores mais comumente encontrados situam-se entre 10 e 35 g/kg. Ao contrário do N, P e do S o K não forma ligações covalentes que confere estabilidade aos complexos, portanto não é um nutriente extrutural. O K desempenha importante papel na regulação do potencial osmótico das células. Sob este aspecto desempnha importante papel no fechamento e abertura dos estômatos. Além disso, atua como cofator em mais de 40 enzimas, participando do metabolismo protéico e fotossíntético e, ainda, no transporte de assimilados. È de grande importância para o controle da eletroneutralidade celular. Cálcio O cálcio é absorvido na forma catiônica Ca2+ e mantém-se na forma iônica no tecido vegetal. Os teores de cálcio nos tecidos vegetais em teores variam entre 5 a 30 g/kg de matéria seca. A maior parte do Ca nas plantas ocorre formando ligações intermoleculares na lamela média da parede celular e das membranas. Contribui, assim, para a estabilidade estrutural do tecido vegetal e o movimento inter-celular de 9 Faixa de suficiência corresponde aos teores limites em que o nutriente deve ocoore na planta para que esta não tenha seu crescimento comprometido pela deficiência. 4 vários metabólitos. Atua, ainda, como catalisador de enzimas envolvidas na hidrólise do ATP e fosfolipídios. Teores adequados de Ca ajudam a planta a evitar estresse decorrente da presença de metais pesados e, ou, salinidade. A substituição do cálcio por metais pesados pode causar um desequilibrio estrutural e alterar a rigidez estrutural da parede celular. Apresenta interações com Mg e K, sendo que um excesso de Ca promove deficiências destes. Magnésio O magnésio é outro nutriente absorvido na forma catiônica Mg2+. O teor de Mg nos tecidos dos vegetais pode variar de 1,5 a 10 g/kg. Mais da metade do Mg contido nas folhas é encontrado na clorofila, já que a molécula desta possui um átomo central de Mg. Além disso, o Mg é ativador das enzimas envolvidas com a fosfato-transferase, relacionadas, portanto, com o metabolismo energético. Apresenta interações com Ca e K., sendo que o excesso de Mg promove deficiências destes. Ferro O Fe pode ser absorvido na forma catiônica Fe3+, Fe2+ e Fe-quelato10. Se aceita que o Fe precisa ser reduzido para ser absorvido, assim a capacidade das raízes reduzirem Fe3+ a Fe2+ parece ser fundamental para a sua absorção pela planta. O teor foliar adequado nas plantas cultivadas variar de 50 a 1000 mg/kg. O Fe é constituinte de enzimas envovidas com a transferência de elétrons (reações de oxi-redução), tais como citcromos. Esta função se deve a revrsibilidade de sua oxidação de Fe2+ para Fe3+. Ele também é essencial para a síntese do complexo proteína-clorofila nos cloroplastos. Zinco O Zn2+ é a forma predominantemente absorvida, embora haja evidências de que quelatos de Zn possam ser absorvidos. O teor adequado nos tecidos foliares varia de 10 a 200 mg/kg. O Zn é importante para a atividade de várias enzimas. Por exemplo, é constituinte de álcool desidrogenase, desidrogenase gluâmica e anidrase carbônica. È requerido para biosíntese de clorofila em algumas palntas. O Zn influencia a síntese da auxina ácido indolacético. 10 Quelato é o complexo resultante da ligação de um íon metálico a moléculas de natureza orgânica polidentadas (pontos de ligação) por meio de duas, três, quarto ou sei coordenações. 5 Manganês O Mn é absrovido pela planta na forma Mn2+, mas outras formas solúveis no solo também podem ser absorvidas. O teor foliar adequado varia entre 10 e 2000 mg/kg. Folha de bananeira, por exemplo, pode conter até 2000 mg/kg de Mn. O Mn atua como ativador de muitas enzimas, tais como: desidrogenase, descarboxilase, kinases, peroxidases e oxidases. Juntametne com outros cátions ativadores, atua na evolução de O2 no processo fotossintético. Devido sua reversibilidade entre formas reduzidas e oxidadas está envolvido em processos de oxi-redução no sistema de transporte de elétrons. Cobre O Cu é absorvido na forma Cu2+ e Cu-quelatos. Os teores foliares adequados variam de 3 a 30 mg/kg. À semelhança do Fe o Cu está associado com enzimas envolvidas em reações de oxi-redução, devido a sua reversibilidade entre as formas Cu+ e Cu2+. Algumas destas enzimas são: oxidase do ácido ascórbico, tirozinase, monoamina oxidase, uricase, citocromo oxidase.Assim como o Zn, o cobre atua como constituinte e cofator de enzimas, participa do metabolismo de proteínas e de carboidratos e na fixação simbiótica de N2. O cobre pode interferir no metabolismo do Fe, resultando no desenvolvimento de deficiências de Fe. Boro O B pode ser abosrvido como o ácido bórico não dissociado e como ânion BO33-. Os teores foliar adequados variam de 10 a 200 mg/kg. Forma complexos com manitol, ácido polimanuronico e outros constituintes da parede celular, estando envolvido no alongamento celular, no metabolismo do ácido nucléico e funções da membrana. Está associado com a formação do tubo polínico e a germinação do pólen. Molibdênio O Mo é absorvido como molibdato (MoO42-). É o nutriente exigido em menor quantidade, sendo que os teors foliares adequados variam entre 0,1 e 2,0 mg/kg. Os íons de Mo variando de Mo4+ até Mo6+ são componentes de várias enzimas entre elas a nitrato redutase e a nitrogenase. Assim, o Mo tem papel fundamental no metabolismo no N, por meio da redução do nitrato, que é fundamental para sua assimilação, e por meio da fixação de N2 atmosférico, considerando que a nitrogenase é a única enzima com capacidade para romper a ligação tripla que une os átomos de N na sua forma biatômica (N2). 6 Cloro O Cl é absorvido pelas raízes e pelas folhas como âníon cloreto (Cl-). Os teores foliares variam de 1 a 100 mg/kg, mas podem chegar a 20 g/kg nas palmeiras como o côco e dendê além das liliáceas, como alho e cebola. O cloro não é encontrado em nenhum metabólito em plantas superiores, mas é requerido nas reações de quebra da molécula de água na fotossíntes para a produção de O2. Ele também é requertido na divisão celular, tanto em folhas como em raízes. Sua atuação também estar relacionada a um papel de neutralizador de cátions e do equilibrio osmótico de planta. Níquel O Ni é abosrvido na forma catiônica Ni2+. Os teores foliares variam entre 0,1 a 1,0 mg/kg. A uréase é a única enzima nas plantas superiores que contém Ni. Assim plantas deficientes em Ni acumulam uréia nas folhas o que causa necrose nas bordas das folhas. O Ni é requerido por microrganismos que fixam N, por participar de enzima que atua na geração do gás hidrogênio durante a fixação do N. 4. Funções dos Elementos Benéficos Silício O Si é abundante na litosfera e, por isso, trabalhos que procuram determinar sua essencialidade, ou mesmo efeitos benéficos ao crescimento, requerem precauções especiais quanto à contaminação. Atualmente, na literatura já há indicação do Si como nutrientes essencial na categoria de macronutriente (Taiz & Zeiger, 2002),considerando os elevados teores no tecido vegetal. Em gramíneas que crescem em ambientes alagados, como o arroz estes teores variam de 47 a 71 g/kg; em gramíneas que crescem em ambientes drenados, como cana-de-açucar, arroz, outros cereais e dicotiledôneas os teores variam entre 5 e 14 g/kg, enquanto que em leguminosas os teores são inferiores a 2,5 g/kg (Marschner, 1986). Os efeitos benéficos do Si têm sido descritos para diferentes espécies. Em geral ele acumula-se como sílica amorfa na parede celular, contribuindo para propriedades mecânicas, tais como rigidez e eleaticidade. O Si forma complexos com polifenois, funcionando como uma alternativa para a lignina, no reforço da parede celular. Plantas com maiores teores de Si têm maior resistência ao tombamento, à infecção por fungos e a ataques de insetos O Si contribui para amenizar a toxidez de alguns metais, como o Mn. 7 Sódio O Na é apontado como elemento essencial na categoria de micronutriente por Taiz & Zeiger, 2002. Esta essencialidade é comprovada para especies halófitas como plantas do gênero Atriplex encontrados na Austrália e no Chile. Plantas com metabolismos de C4 e CAM (metabolismo ácido de crassuláceas) requerem o Na para regeneração do fosfoenolpiruvato, que é o substrato da primeira carboxilação nestas rotas metabólicas. O íon Na+ tem-se mostrado, também, capaz de substituir o K+ em algumas funções relacionadas com o equilíbrio iônico interno das plantas. Alumínio O Al é reconhecidamente um elemento tóxico para inúmeras espécies cultivadas. No entanto, trabalhos empregando solução nutritiva demonstram que o Al em baixas concentrações estimula o crescimento. Para cana-de-açucar, milho, beterraba e algumas leguminosas forrageiras esta concentração varia entre 0,2 e 5 mg/L. Tal efeito pode ser atribuído ao fato do Al prevenir a toxidez do Fe, Mn e P, quando em altas concentrações, o que pode ocorrer em soluções nutritivas. Tem se atribuído ao Al efeito fungicida prevenindo a infecção do sistema radicular. No entanto, estes efeito são exceções, visto que na maioria das situações o Al tem uma ação tóxica sobre as plantas. Cobalto O Co pode ser encontrado nas folhas dos vegetais em teores que variam de 0,03 a 1,0 mg/kg. Condições especiais de solos ricos em Co podem propiciar, em algumas espécies, teores de 2 a 4 g/kg. O Co é importante na síntese da da vitamenina B12 (coenzima cobalamin B2), que afeta a síntese proteína leghemoglobina nos nódulos de leguminosas infectadas por bactérias do gênero Rhizobium, sendo esta importante para o processo de fixação biológica. Selênio Os teores de Se nos tecidos vegetais em teores entre 0,01 e 1 mg/kg. Em solos com elevada disponibilidade do elemento, espécies forrageiras podem apresentar concentrações excessivamente elevadas a ponto de serem constatados casos de toxicidade em animais. 8 Vanádio Os efeitos benéficos do V são citados em maior intensidade apenas para vegetais inferiores. Poucas referências citam efeitos benéficos em milho quando suprido por solução nutritiva contendo 0,25 mg/L (Singh, 1971; Tisdale & Nelson, 1975). 5. Conceito de Fertilidade do Solo Têm-se feito numerosas tentativas para conceituar a fertilidade do solo, entretanto, existe a tendência de relacioná-la com produtividade11, o que não é verdadeiro. Para esclarecer a diferença entre produtividade e fertilidade, suponha-se que um solo fértil gere alta produção de algodão em um ano com boas condições de chuva e temperatura. Em um ano atípico, com menor quantidade e má distribuição de chuvas, a produção de algodão, no mesmo solo, cairá substancialmente. O motivo dessa queda, não é a perda de fertilidade do solo, mas a restrição climática. Pode-se concluir que o uso de um solo fértil nem sempre implica em alta produtividade, pois esta é resultante da interação de vários fatores, inerentes á planta, ao clima, ao solo e às condições de manejo. Indentificam-se 54 fatores que, em conjunto, determinam a produtividade. No âmbito do solo a fertilidade é um dos componentes, pois as condições físicas e microbiológicas, além da mineralogia e química do solo são determiantes da produção. A produção poderá ser limtada em solos férteis com impedimentos físicos, que provocam restrições ao transporte dos nutrientes e ao desenvolvimento do sistema radicular. No entanto, um solo produtivo deve apresentar fertilidade elevada, ou ter sido, previamente, corrigido. Deste modo a fertilidade tem sido conceituada como "a capacidade do solo de ceder nutrientes essenciais às plantas" (Raij, 1981; Braga, 1983). Alguns autores (Malavolta, 1976; Raij, 1981) acrescentam que esta capacidade deve ser mantida durante todo o ciclo de vida da planta, mesmo que esta deixe de absorver ou utilizar, numa determinada fase. A produtividade encontra, portanto, na fertilidade do solo, variável determinante de seu dimensionamento, apenas por limitação quando ela é deficiente. Este conceito, no entanto, também é questionável, uma vez que a relação solo planta não e uma via de mão única, onde o solo cede e a planta recebe por meio das raízes. As plantas podem alterar características do solo próximo a raiz12 de modo a 11 12 Produtividade é a expressão da produção por unidade de produção. Por exemplo: kg/ha, t/ha, L/vaca, etc. O volume de solo que próximo às raízes, que sofre influencia direta destas, denominas-e rizosfera. 9 favorecer a disponibilidade13 de um ou mais nutrientes. Um destes mecanismos é a acidificação da rizosfera. A formação de quelatos entre ácidos orgânicos excretados e metais potencialmente tóxicos é um mecanismo que as plantas utilizam para evitar a absorção destes metais. A interação com microrganismos, como por exemplo, com micorrizas e bactérias do gênero Rhizobium, é uma estratégia que favorece a aquisição de fósforo e nitrogênio, respectivamente. O conceito de fertilidade do solo apresenta várias limitações importantes em sua interpretação. Assim, por exemplo, a resposta em produção de uma planta pode ser diferente quando se aplicam doses crescentes de um nutriente em solos diferentes, conforme se observa na Figura 1, onde o solo LE tem maior produtividade refletindo aparentemente, maior capacidade para ceder nutrientes essenciais. 16 14 12 10 8 6 4 2 0 LE: AQ: Figura 1. Matéria seca (g) LE AQ 0 10 20 30 S (kg/ha) Y$ = 6,5386 + 0,4265X - 0,0053X2 Y$ = 5,4869 + 0,2341X - 0,0014X2 40 50 R2 = 0,996 R2 = 0,975 Produção da matéria seca de capim jaraguá (Hyparrhenia rufa) em resposta à aplicação de doses de enxofre em um Latossolo VermelhoEscuro (LE) e uma Areia Quartzosa (AQ). Fonte: Casagrande & Souza, 1982. Da mesma forma, um solo com determinada fertilidade pode apresentar diferente produção com diferentes espécies de plantas (Figura 2), posto que as plantas variam em sua capacidade de absorção e de utilização de um mesmo nutriente (Epstein, 1975; Malavolta, 1976; Sanchez, 1981; Mengel & Kirby, 1982). Nesse caso, a braquiária mostra maior capacidade de produção. 13 Nutriente disponível é aquele que se encontra em uma forma química potencialmente absorvível pela planta. Este conceito é fundamental para a fertilidade do solo sendo que o seu enfoque ampliará com avançar dos estudos na disciplina. 10 Matéria seca (g) 35 30 25 20 15 10 5 0 Braquiária Jaraguá 0 10 20 30 S (kg/ha) Braquiária: Y$ = 6,3691 + 1,0225X - 0,0104X2 Jaraguá: Y$ = 3,2609 + 0,5510X - 0,0053X2 Figura 2. 40 50 R2 = 0,999 R2 = 0,998 Produção de matéria seca das gramíneas forrageiras, braquiária (Brachiaria decumbens) e jaraguá (Hyparrhenia rufa), em resposta à aplicação de doses de enxofre em um Latossolo Vermelho-Escuro. Fonte: Casagrande & Souza, 1982. Dessa forma, conclui-se, que considerando determinado nutriente o solo pode ser fértil, porém, em relação à outro nutriente não. O mesmo se observa em relação à espécie a ser cultivada, ou ainda para diferentes variedades de uma mesma espécie (Russell & Russell, 1973; Epstein, 1975; Malavolta, 1980; Magnani, 1985). Percebe-se, assim, que o conceito de fertilidade deve considerar, também, a espécie a ser cultivada. A fertilidade do solo pode ser vista sob os aspectos de: fertilidade natural, fertilidade potencial e fertilidade atual (Buol et al., 1974; Lepsch, 1983). Fertilidade Natural A fertilidade natural corresponde à fertilidade do solo que ainda não sofreu nenhum manejo, ou seja, não foi trabalhado e, portanto, não sofreu recente interferência antrópica. É muito usada na avaliação e classificação de solos onde não existe atividade agrária. Dá idéia da capacidade que apresenta um solo ou unidade de classificação para ceder os nutrientes (Lepsch, 1983). Por exemplo, um solo distrófico (V < 50%) aparentemente apresentaria menor capacidade de ceder os nutrientes, do 11 que um eutrófico (V ≥ 50%). Na verdade, estes índice pouco representam em termos da real capacidade de ceder nutrientes, já que um solo pode ser distrófico e ter uma CTC superior, com maiores teores de cátions trocáveis, do que um solo eutrófico e, portanto, ter condições de fornecer maior quantidade de nutrientes para as plantas (Quadro 2). Quadro 2. Características químicas de dois solos com diferentes graus de saturação de bases (V) Solo SB T ----------- cmolc/dm3 --------- Eutrófico Distrófico 2 7 3 15 V % 66,7 46,7 Fertilidade Potencial Sob o enfoque da fertilidade potencial, evidencia-se a existência de algum elemento ou característica que impede o solo de mostrar sua real capacidade de ceder os nutrientes. Assim, persistindo essas condições limitantes, a capacidade de ceder nutreintes estará obstruída, ainda que a fertilidade potencial seja alta. Entre as características limitantes cita-se o caso de solos ácidos, onde o teor de 3+ Al é elevado e a disponibilidade de Ca, Mg e P é baixa ou insuficiente, o que se poderia corrigir com adição de calcário, gesso e fosfato. Assim, também, os solos salino-sódicos apresentam conteúdos excessivos de + Na , o que eleva o pH e ocasiona diminuição da disponibilidade de micronutrientes, principalmente Fe, Mn, Zn e Cu. Fertilidade Atual A fertilidade atual é a que apresenta o solo após receber práticas de manejo para satisfazer as necessidades das culturas. Corresponde a fertilidade de um solo já trabalhado. Deve ser interpretada considerando-se as correções realizadas, por exemplo, calagem, adubação fosfatada, etc. A fertilidade atual é caracterizada pela determinação das formas disponíveis dos nutrientes do solo. 12 6. Adubação Quando o solo apresenta restrições de fertilidade, em um ou mais nutrientes, utilizam-se adubos ou fertilizantes14 com o propósito de colocar a disposição da planta maiores quantidades dos nutrientes. Adubos ou fertilizantes são produtos de natureza orgânica ou mineral, sendo esta de origem natural ou sintética, que são capazes de veícular um ou mais nutrientes para as plantas. Conseqüentemente, adubação ou fertilização compreendem a prática de aplicar adubos ou fertilizantes. A adubação pode ter como enfoque corrigir o solo em sua capacidade de ceder um ou mais nutrientes. Sob este enfoque a prática é denominada adubação de correção. Neste caso o adubo é aplicado em toda á superfície do solo e às vezes incorporado em uma determinada camada de solo. A adubação pode, ainda, ter por enfoque de atender a demanda da planta em solos com deterinadas restrições de ceder os nutrientes. Neste caso é denominada adubação de produção. Esta pode ser feita no ato do plantio, ou posteriormente, quando a planta passou pelos estádios iniciais de desenvolvimento, e neste caso é denominada adubação de cobertura. Resposta à adubação Quando se aduba visa-se, de fato, aumentar ou manter a disponibilidade de um ou mais nutriente e aumentar o teor de matéria orgânica (Russell & Russell, 1973; Tisdale & Nelson, 1975; Sanchez, 1981; Thomas & Hargrove, 1984). As plantas respondem ao aumento da disponibilidade com melhor desenvolvimento, maior crescimento e produção. Em geral refere-se à esta reação como resposta a adubação. No entanto, a resposta é, de fato, ao aumento da disponibilidade dos nutrientes. A expressão desta reação é feita por meio de funções matemáticas que relacionam o efeito (cresimento, produção), denominada de variável dependente (Y), com a causa (doses do nutriente), denomida variável independente (X): Y=ƒ (x). As expressões matemáticas destas funções (equações) são denominadas curvas de respostas à adubação. As Figuras 1 e 2, exemplificam na forma gráfica e matemática, curvas de resposta a adubação sulfatada. 14 Sob o aspecto lingüístico adubo é um substantive e fertilizante um adjetivo, no entanto são empregados como sinônimos para identifacar produtos com capacidade de fornecer um ou mais nutrientes para as plantas. 13 As curvas de respostas podem assumir diferentes formas. Uma delas é a linear, quando há proporcionalidade entre o incremento da produção (Y) e o incremento das doses (X) (Figura 3 A). Outra possíbilidade é a forma exponencial (Figura 3 B). Esta função compreende uma fase de crescimento proporcional da produção, seguido de uma fase com crescimento menos que proporcional e, por último, uma fase de estabilização. Isto lhe dá o caráter assintótico, ou seja, a tedência da curva ser paralela ao eixo horizontal (X). Em uma terceira possibilidade (Figura 3 C) a função mostra esta mesma tendência até atingir um máximo a partir do qual ela decresce. Assume desta forma, o caráter de uma parábola. (B) (A) Produção (kg/ha) Produção (kg/ha) 900 600 300 600 450 300 150 0 0 0 50 100 150 200 250 0 300 50 150 200 250 300 (C) 800 Produção (kg/ha) 100 Dose do nutriente (kg/ha) Dose do nutriente (kg/ha) 600 400 200 0 0 50 100 150 200 250 300 Dose do nutriente (kg/ha) Figura 3. Formas de curvas de resposta da produção (Y) (kg/ha) de acordo com doses de um nutriente (X) kg/ha. Leis Gerais da Adubação A análise, interpretação e compreensão da resposta à adubação, baseiam-se em princípios que têm sido denominados de leis da adubação15. Há três leis fundamentais: da restituição, do mínimo e do máximo. 15 Embora o termo seja de uso consagrado, a idéia de lei, talvez não seja a mais própria para expressar o significado dos seus enunciados. Estes são bases científicas que possibilitam a compreenção da resposta à adubação. 14 1. Lei da Restituição O esgotamento da fertilidade dos solos, devido a cultivos sucessivos, resulta na redução da produtividade. Segundo a lei é indispensável, para manter a fertilidade do solo, restituir aqueles nutrientes absorvidos pelas plantas e exportados com as colheitas mais aqueles perdidos do solo, ou seja, aqueles que não foram reciclados. Esta lei foi enunciada por Voisin (1973). Esta concepção seria aceita sem restrição desde que o solo tenha uma boa fertilidade. No entanto, deve-se ter em conta que, muitos solos são naturalmente pobres em um ou mais nutrientes, ou apresentam restrições devido a elevada acidez ou elevada salinidade, por exemplo. Portanto, neste caso, inicialmente as deficiências ou excessos existentes teriam que ser corrigidas. 2. Lei do Mínimo Conhecida como lei de Liebig, foi enunciada em 1843 por este pesquisador alemão. Segundo a proposição de Liebig, o crescimento de uma planta é limitado por aquele nutriente que se encontra em menor proporção no solo, em relação à necessidade da planta (Russell & Russell, 1973; Tisdale & Nelson, 1975; Raij, 1981). Este enunciado tem um caráter qualitativo. Sua aplicabilidade é complexa, porque em condições normais de campo, muitas vezes são vários os nutrientes ou fatores que limitam a produção, além da ação de suas interações. Segundo a lei de Liebig, sob um enfoque quantitativo o crescimento é contínuamente linear até um ponto onde se alcança um "plateau" devido à insuficiência de outro nutriente que, então, se torna o limitador do crescimento. Se suprido, este novo nutriente provoca outro surto de crescimento, até que novo nutriente (ou fator) se torne limitante e, assim, sucessivamente (Figura 4). Em outras palavras, uma adubação com N e K não traria aumento na colheita se o elemento mais limitante no solo fosse o P. Somente após a plicação do P é que haveria possibilidade de resposta linear a N ou a K. A aplicabilidade desta lei ser restringiria quando a resposta a adubação se expressa proporcional às doses aplicadas (Figura 2 A). O aspecto quantitativo da lei do mínimo, também é limietado considerando que as resposta biológica se expressam por funções curvilineares. Assim, sua utilização atual tem sido por meio da concepção qualitativa, assumindo-se que um nutriente em quantidade insuficiente no solo reduz a eficiência, mas não elimina por completo os efeitos de outros nutrientes. Em outras palavras a insuficiência de um nutritiente no solo reduz a eficácia dos outros nutrientes e, por conseguinte, diminui o rendimento das colheitas (Voisin, 1973). 15 Produção Limite genético, luz etc. P ( fatores não controláveis) "Plateau" de produção para B (limitação por C) para A "Plateau" de produção A (limitação por B) "Plateau" de produção para A (limitação por B) A AB ABC ABC Nutrientes aplicados Figura 4. Resposta linear à adição de nutrientes baseada na Lei do Mínimo. Diante as restrições da Lei do Mínimo para explicar as respostas à adubação, quer sob o aspecto quantitativo ou qualitativo, duas outras leis foram enunciadas, como derivadas dela. 2.1. Lei de Mitscherlich ou dos Incrementos Decrescentes Em 1909, o alemão E. A. Mitscherlich, tomando como base dados de uma série de ensaios, desenvolveu uma equação relacionando o crescimento de plantas ao suprimento de nutrientes (Tisdale & Nelson, 1975). Mitscherlich, observou que o aumento linear da produção à aplicação de um nutriente, em quantidade insuficiente no solo, proposta por Liebig, éra complementado por uma resposta curvilinear em reação à doses adicionais daquele nutriente, até atingir uma produção máxima (Malavolta, 1976; Braga, 1983; Pimentel Gomes, 1985). Tal concepção ajusta-se às curvas de respostas de natureza exponencial (Figura 2 B). Esta lei pode ser expressa como: “a adição de doses crescentes de um nutriente ao solo, promove incrementos de produção são cada vez menores”. Assim, sua expressão matemática na forma derivada seria: dY = c(A − Y) . dX dy é o incremento da produção em relação ao incremento dx; A é a produção máxima atingível; C é uma constante de proporcionalidade, ou coeficiente de eficácia do fator x. Em sua forma integrada (Figura 5) esta função pode ser escrita como: − cX ˆ Y = A(1 − 10 ) 16 Y A Dose de X Figura 5. Representação gráfica da equação de Mitscherlich, ou dos incrementos decrescentes. 2.2. Lei da Interação A lei da interação é uma conepção mais moderna para a lei do mínimo sob o seu aspecto qualitativo (Voisin, 1973) e tem o seguinte enunciado: cada nutriente é mais eficaz quando os outros estão mais perto dos seus ótimos. Muitos experimentos têm mostrado que existem interações entre os nutrietnes e entre os nutrientes e outros fatores de produção, isto é, um ou mais nutrientes exercem influência mútua ou recíproca. Essa influência pode ser positiva, sinérgica, como há que há entre N e P; N e K; P e Ca; P e S; P e H2O do solo; N e Irrigação; N e Controle de más ervas. No entanto ela também pode ser negativa, antagônica, onde um fator ou elemento limita a ação de outro elemento, como ocorre entre Al e P; Al e Ca; P e Zn; P e Fe; P e Cu; Ca e Zn; S e Mo; Ca e B; Zn e Fe. A Figura 6 exemplifica graficamente a interação positiva entre N e P, mostrando maiores ganhos de produção devido às doses de N na presença de 100 kg/ha de P. Essas interações ocorrem não somente na planta, mas, também no solo. A presença de enxofre em quantidades adequadas na planta, por exemplo, favorece o metabolismo do nitrato (NO3-), e sua redução para constituir aminoácidos. Se ocorrer elevação na concentração de S diminui a de NO3- e, ao contrário, ocorrerá acúmulo de NO3- na planta. 17 Produção (kg/ha) 1000 800 Efeito interação NxP 100 kg/ha de P 600 Efeito do P 400 Efeito do N 200 Sem P 0 Dose N (kg/ha) Figura 6. Representação gráfica a relação entre doses de N e P e a produção, evidenciando os efeitos de cada um dos nutrientes e a ineração entre eles. 3. Lei do Máximo De acordo com esta lei o excesso de um nutriente no solo reduz a eficácia de outros e, por conseguinte, pode diminuir a produção, o que condiz com as curvas de respostas que assumem forma parabólica (Figura 2 C) (Voisin, 1973). Este fato não é previsto pela lei de Mitscherlich, na sua primeira aproximação. A produção cersce com as doses de um nutriente até atingir um máximo e depois começa a diminuir. Nesse caso o excesso do nutriente limita ou prejudica a produção, devido a desequilíbrios nutricionais ou a efeito de tóxicos. Matematicamente, a resposta da planta é representada pela equação de segundo grau: Y$ = b0 + b1X − b2 X 2 , onde: Y é a produção obtida em resposta à quantidade do nutriente X aplicado ao solo. A partir desta equação pode-se estimar a dose em que a produção é máxima. Considerando os efeitos negativos na alimentação animal pela produção de pastagem com teores de nutrientes desequilibrados, pela adição exagerada de certos corretivos ou adubos, Voisin (1973) propôs a "lei da qualidade biológica", que seria uma derivação da lei do máximo. De acordo com este enfoque a aplicação de adubos deve ter como primeiro objetivo a melhoria da qualidade do produto, a qual tem prioridade sobre a produtividade. 18 7. Bibliografia ALVAREZ V., V. H. Avaliação da fertilidade do solo (Superfícies de resposta Modelos aproximativos para expressar a relação fator-resposta). Viçosa, Impr. Univ., UFV, 1985. 75 p. ALVAREZ, V., V. H. Leis gerais da adubação. In: V. H. ALVAREZ V. (coord.) Química e fertilidade do solo. Teoria. Viçosa, Impr. Equipe, 1987. p. 60-72. ARNON, D. I. & STOUT, P. R. The essentiality of certain elements in minute quantity for plants with special reference to copper. Plant physiol, Washington, 14 : 371-375, 1939. ASHER, C. J. 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