ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA DA ...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA

NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO

EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE

ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL

PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO

AMBIENTE

ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA

DA BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM

AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO

VIRGÍNIA CARLA DE OLIVEIRA

BIÓLOGA

Junho – 2004

São Cristóvão-SE

Brasil






PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO

AMBIENTE

ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA

DA BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM

AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO

Dissertação apresentada ao Núcleo de Pós-Graduação em

Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal de

Sergipe, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre

em Desenvolvimento e Meio Ambiente, Área de concentração:

Microbiologia Aplicada.

Virgínia Carla de Oliveira

Autora

Rita de Cássia Trindade

Orientadora

Jefferson Luís da Silva Costa

Co-orientador

Junho – 2004

São Cristóvão-SE

Brasil

ii






PROGRAMA REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE

“ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA DA

BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO EM

AGROECOSSISTEMAS DO SEMI-ÁRIDO”

Dissertação de Mestrado defendida por Virgínia Carla de Oliveira e

aprovada em 21de Junho de 2004 pela Banca Examinadora constituída

pelos Doutores :

-------------------------------------------------------------

Dra. Rita de Cássia Trindade – Orientadora

Departamento de Morfologia - Universidade Federal de Sergipe

------------------------------------------------------------ Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador

Embrapa /Núcleo de Estudos do Semi-Árido (NESA)

------------------------------------------------------------- Dr. Alceu Pedrotti

Departamento de Agronomia – Universidade Federal de Sergipe

--------------------------------------------------------------- Dr. João Lúcio de Azevedo

Universidade de Mogi das Cruzes – SP Universidade de Caxias do Sul - RS

Escola Superior de Agricultura Luís de Queiroz-Universidade de São Paulo-USP

iii

Este exemplar corresponde à versão final da Dissertação de Mestrado em

Desenvolvimento e Meio Ambiente.

-------------------------------------------------------------



------------------------------------------------------------

Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador


iv

É concedido ao Núcleo responsável pelo Mestrado em Desenvolvimento e

Meio Ambiente da Universidade Federal de Sergipe permissão para

disponibil izar, reproduzir cópias desta dissertação e emprestar ou vender

tais cópias.

-------------------------------------------------------------

Virgínia Carla de Oliveira – Autora

-------------------------------------------------------------



------------------------------------------------------------

Dr. Jefferson Luís da Silva Costa - Co-orientador


v

Dedico essa Dissertação de Mestrado a três pessoas

importantíssimas na minha vida que são o alicerce na

construção do meu conhecimento:

Valter Ataíde de Oliveira, Valdivina Oliveira da Silva

&

Jefferson Luís da Silva Costa

AGRADEÇO,

vi

� Ao orientador de toda a minha vida científica e co-

orientador desta Dissertação, Dr. Jefferson Luis da Silva

Costa. Agradeço seus ensinamentos de como tornar a

pesquisa científ ica iniciada em Laboratório, acessível à

sociedade; pelo entusiasmo, alegria e principalmente,

sapiência passados nestes sete anos de pesquisa;

� À minha orientadora Profa. Dra. Rita de Cássia Trindade na

receptividade ao meu Pré-projeto de pesquisa durante a

seleção para o Mestrado; pelos seus ensinamentos e seu

entusiasmo;

� Ao Dr. Orlando M. de Carvalho, ao oferecer, com

entusiasmo, o objeto de estudo desta Dissertação, que são

os agroecossistemas;

� À FAP-SE e ao CNPq– pelo suporte f inanceiro;

� À Embrapa Tabuleiros Costeiros, pela oportunidade de

realizar esses estudos e em especial, aos funcionários

Luciano Pinheiro pelo auxíl io técnico laboratorial e Sr.

Crisionaldo dos Santos pelo auxíl io na coleta de campo;

� Ao amigo Maiko dos Santos Correia pelo auxílio ao traduzir

os dados experimentais para a linguagem estatística;

� À Embrapa Arroz e Feijão, pela oportunidade de iniciar a

vida científica e o amadurecimento que aqui cheguei; aos

laboratoristas que lá ainda estão, e que muito estimo, José

Gomes, Juraci e Divina;

� Aos meus irmãos Vinícius Eduardo de Oliveira e Vanessa

Cristina de Oliveira pelo suporte técnico de informática na

fase f inal da elaboração deste Dissertação e apoio na

minha vida acadêmica, respectivamente.

vii

Resumo GeralResumo GeralResumo GeralResumo Geral

A sociedade contemporânea preocupa-se, cada vez mais, com a qualidade

de vida, retratada, principalmente, em termos de ambiente e saúde. A

emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande parte,

conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos

recursos naturais, às vezes muito além da capacidade regenerativa da

natureza. Dentro deste contexto, a biodiversidade presente nos solos

constitue um excelente mediador das condições biológicas do meio

ambiente. Nos ecossistemas do bioma Caatinga, o principal ecossistema

existente na região do Semi-árido, o desmatamento e as queimadas são

ainda práticas comuns no preparo da terra para a agropecuária. Com o

presente trabalho objetivou-se conhecer o efeito de prát icas agrícolas sobre

a comunidade microbiana, em diferentes sistemas agroecológicos de

produção de leite para propriedades de base familiar, e em solos do

ecossistema original (Caatinga) (testemunha), no município de N. Sr.ª da

Glória-SE. Uti l izaram-se como parâmetros a atividade microbiológica, a

população microbiana total e a análise de DNA da comunidade microbiana

do solo. Estes bioindicadores microbiólogicos foram aplicados à quatro

t ipos de estruturas agrossilvipastoris: áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com

capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),

cult ivada em fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Glir icidia

sepium. Para a determinação da atividade microbiológica total foi ut i l izado

o método de hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). Para a

determinação da população total foi uti l izado o método de di luição de solo

em meios selet ivos para fungos, bactérias e actinomicetos. O perfi l

molecular da comunidade microbiana foi determinado por ARDRA

(Ampli fied Ribossomal DNA Restrict ion Analysis), extraindo-se o DNA

diretamente do solo e submetendo-o à reação de pol imearase em cadeia

(PCR) com os primers da região conservada do DNA ribossomal para

viii

fungos e bactérias. A hidrólise de diacetato de fluoresceína indicou

atividade biológica em todos os agroecossistemas, sendo que esta foi

superior em solos sob cult ivo de Gliricidia sepium, que apresentou 0,605

µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Os resultados da população

microbiana, indicaram que o solo sob a palma foi o que mais favoreceu a

densidade populacional de fungos e actinomicetos: 21 e 127 ufc x 10g/solo,

respectivamente. Quanto à população de bactérias, o solo sob a Caatinga e

Gliricidia sepium se destacaram apresentando 32 e 28 ufc x 10g/solo,

respectivamente. ARDRA se revelou também um marcador promissor para

comparar a comunidade microbiana presente nestes solos. Os produtos

ampli ficados, digeridos pela enzima Hinf I, revelaram que a região 18 S

diferenciou a estrutura genética da comunidade fúngica no solo sob a

caatinga em relação a todos demais tratamentos. Já a região 16 S digerida

pela enzima Hae III, discriminou dois grupos distintos: um grupo com

100% de similaridade na estrutura genética bacteriana incluindo o solo sob

áreas reflorestadas e o solo sob a caatinga; e outro grupo, com 100 % de

similaridade genética incluindo solo sob a palma, o solo sob pastagens e o

solo sob Gliricidia sepium. Portanto, os três parâmetros uti l izados neste

trabalho: atividade microbiológica, população microbiana total e o perfi l

molecular determinado por ARDRA constituíram-se bons bioindicadores,

pois estes detectaram alterações provocadas por diferentes manejos do solo,

permitindo avaliar a eficiência da estrutura agrossilvipastori l para a

preservação e recomposição do solo no Semi-Árido.

Palavras-chaves: Bioindicador, meio ambiente, biodiversidade,

sustentabil idade

ix

General AbstractGeneral AbstractGeneral AbstractGeneral Abstract

Nowadays the society is highly concerned on l i fe quality, mostly in terms

of environment and health. The environmental issues are emergencial in the

social agenda to the extent that the human being exploit is the natural

resources beyond i ts regenerative capacity. In this context, the soi l

biodiversity may constitute an excellent indicator to monitor environmental

shifts. In ecosystems such as the Caatinga biome, the major one in the

Brazil ian Semi-arid Region, the deforestation and the forest fires are sti l l

common practices for land farming preparation. This current research

investigated the effect of agricultural practices on the soil microbial

community, in an agro-ecological dairy system developed for small

stockholder farms within the Caatinga biome of N. Sr.ª da Glória-SE. For

this purpose, some parameters were used such as enzymatic activity, total

microbial population and the DNA analysis of the soil microbial

community. These microbial bioindicators were applied to four agro-

forestry-pasture systems: reforested areas with the tree legume “sabiá”

(Mimosa caesalpiniaefolia ); pastures of grass (Urocloa moçambisensis);

pastures of Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated

in adensed rows; and undisturbed native Caatinga grassland, used as

control. For the determination of the total soil microbial activity, the

hydrolysis of fluorescein diacetate (FDA) method was used. For the

determination of the total microbial population it was used the soil di lution

technique in to plates containing selective culture media for fungi, bacteria

and actinomycetes. The molecular microbial profi le was determined by the

Ampli fied Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA), extracting the

DNA directly from soil and ampli fing ribosomal DNA from fungi and

bacteria in a polimerase reaction (PCR). The hydrolysis of FDA indicates

microbial act ivity in all agro-forestry-pasture systems. The highest

microbiological activity was found in soil under Gliricidia sepium: 0,605

µg FDA hydrolyzed min-1 g-1 soil . The total microbial population,

x

indicated that the soil under the palm crop harbours the highest fungi and

actinomycete populations: 21 e 127 ufc x 10g/soil , respectively. The

highest soil bacteria population, were found in the Caatinga and Gliricidia

sepium: 32 e 28 ufc x 10g/soil, respectively. ARDRA was as a powerful

tool for the microbial community profi le analysis. The Hinf I restriction

enzyme disclosed that the genetic structure of the fungi 18S region in the

soil under Caatinga revealed a divergent community when compared to the

other treatments. The 16S region digested by the Hae III enzyme, disclosed

two distinct groups: one with a 100% similarity of the bacterial genetic

structure including the soils under reforested areas and under Caatinga; and

the others with a 100 % of genetic similari ty including the soils under the

palm, pastures and Gliricidia sepium. The three parameters (microbial

activity, total microbial populat ion and the molecular profi le determined by

ARDRA) used in this research constituted good bioindicators, since they

allowed to detect alterat ions influenced by different soil managements,

indicat ing the efficiency of the agro-forestry-pasture systems for the

preservation and restoration of soil in the Semi-Arid biome.

Key Words: bioindicator, environment, biodiversity, sustainabil i ty

xi

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS............................................................ XV

LISTA DE TABELAS........................................................... XIX

1. CAPÍTULO 1

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA: Homem, Meio Ambiente,

Agricultura e Biodiversidade: como concil iar?... ...... ... ... ... .... ... ...

1

2. CAPÍTULO 2

Atividade Microbiana Enzimática (FDA) Como Bioindicadora da

Qualidade de Solos para o Monitoramento Ambiental em

Agroecossistemas do Semi-Árido... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...

30

2.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 31

2.2. ABSTRACT..... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... 33

2.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 34

2.4. MÉTODOS....... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 37

2.5. RESULTADOS ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 41

2.6. DISCUSSÃO...... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 42

2.7.REFERÊNCIAS.... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 46

xii

3. CAPÍTULO 3

População Microbiana de Solos sob Diferentes Agroecossistemas

e Vegetação Nativa no Semi-Árido... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...

54

3.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 55

3.2. SUMMARY...... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 57

3.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 59

3.4. MATERIAL E MÉTODOS.... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 61

3.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 65

3.6 CONCLUSÕES.... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... 70

3.7 LITERATURA CITADA.... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... 71

4. CAPÍTULO 4

Análise de restrição do DNA ribossomal amplif icado (ARDRA)

da comunidade microbiana dos solos de diferentes

agroecossistemas e vegetação nativa no Semi-Árido

sergipano..... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ..

81

4.1. RESUMO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 82

4.2. ABSTRACT..... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... 84

4.3. INTRODUÇÃO..... ... ... ... ... ... ... .. .... ...... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... . 85

4.4. MATERIAL E MÉTODOS.... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... .. 88

4.5. RESULTADOS E DISCUSSÃO.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 92

4.6 REFERÊNCIAS.... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... . 97

5. CAPÍTULO 5

CONCLUSÕES E SUGESTÕES.... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ...

106

xiii

LISTA DE FIGURAS

CAPÍTULO 2 Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de

produção de leite para propriedades de base famil iar, em

Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com

capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia

Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de gliricídia

(Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma forrageira

(Opuntia ficus-indica), cultivada em fi leiras

adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...

50

Figura 2 Local de coleta do solo para a análise das amostras. As

posições das oito coletas de amostras dentro de cada

parcela: palma (PM), gl iricidia (Gl), áreas reflorestadas

(Ar), pastagem (P) e Caatinga são demonstrados pelos

círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao longo

do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre

dois círculos.

*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... ..

51

Figura 3 Hidrólise de Diacetato de Fluoresceína como indicador da

atividade microbiológica em solos de quatro

agroecossistemas e solo de Caatinga, no Semi-

Árido..... ... ... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ...... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...

52

Figura 4 Análise de dispersão entre as concentrações de

f luoresceína de diacetato uti l izada (eixo x:µµµµg/ml) e a

quantidade de FDA hidrolisada (eixo y:µµµµg de FDA

higrolisada/8g/60 min) de solos de quatro

agroecossistemas e solo de Caatinga, no Semi-

Árido..... ... ... ... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ...... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...

53

xiv

CAPÍTULO 3

Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de

produção de lei te para propriedades de base familiar,

em Nossa Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas

com capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas

reflorestadas com leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa

caesalpiniaefolia Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de

gliricídia ( Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma

forrageira ( Opuntia ficus-indica), cult ivada em fi leiras

adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... .

76



parcela: palma (PM), gli ricidia (Gl), áreas reflorestadas


círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao

longo do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m

entre dois círculos.

*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... .

77

Figura 3 Densidade populacional de fungos sob diferentes

agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ... ...

78

Figura 4 Densidade populacional de bactérias sob diferentes

agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ... ...

79

Figura 5 Densidade populacional de actinomicetos sob diferentes

agroecossistemas, na região do Semi-Árido... ... ... ... ... ...…

80

xv

CAPÍTULO 4

Figura 1 Agroecossistemas, localizados em propriedades de

produção de leite para propriedades de base famil iar, em


capim Urocloa mosambicensis; B. Áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas- sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia

Benth.) C. Cercas vivas forrageiras de gliricídia

(Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); D. Palma forrageira

(Opuntia ficus-indica), cultivada em fi leiras

adensadas.... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ...

100



parcela: palma (PM), gl iricidia (Gl), áreas reflorestadas


círculos preenchidos. As setas indicam a direção ao longo

do transecto, aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre

dois círculos.

*A = alti tude... ... ... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..... .... ... ... ... ... ... ... ... ...

101

Figura 3 Produtos amplif icados da região 18S e 16S da comunidade

microbiana de solos sob áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas (1 e 6); pastagens cult ivadas com

capim Urocloa mosambicensis (2 e 7); palma forrageira

(Opuntia ficus-indica) (3 e 8); bancos de proteínas de

Gliricidia sepium (4 e 9) ; e em solos do ecossistema

original, Caatinga (5 e 10) no Semi-árido. Linha 1-5:

Região 18S; Linhas 6-10: Região 16S.... . .... ... ... ... ... ... ... ... ..

102

xvi

Figura 4 Diversidade genética da comunidade bacteriana do solo

sob quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no

Semi-árido. A. Produtos de ARDRA da comunidade

bacteriana do solo gerados com o primer 25f e 1525r.

Linha 1 - solos sob áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas; l inha 2 – solo sob palma forrageira (Opuntia

ficus-indica); l inha 3 - pastagens cult ivadas com capim

Urocloa mosambicensis; l inha 4 - solo de Caatinga; l inha 5

– solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da

comunidade bacteriana do solo sob quatro

agroecossistemas e Caatinga pela análise de UPGMA

baseado nos produtos gerados por ARDRA.... ... ... ...... ... .. ..

103

Figura 5 Diversidade genética da comunidade fúngica do solo sob

quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-

Árido. A. Produtos de ARDRA da comunidade bacteriana

do solo gerados com o primer NS1 e NS4. Linha 1 - solos

sob áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas; linha

2 – solo de Caatinga; l inha 3 - solo sob palma forrageira

(Opuntia ficus-indica); l inha 4 - pastagens cult ivadas com

capim Urocloa mosambicensis; l inha 5 – solo sob

Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da

comunidade fúngica do solo sob quatro agroecossistemas

e Caatinga pela análise de UPGMA baseado nos produtos

gerados por ARDRA..... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... ... ... ... ... ... ... .

104

xvii

LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO 1

Tabela 1 Número de espécies de seres vivos atualmente conhecidas

e estimativa de espécies viventes no mundo... ... ...... ... ... ...

29

CAPÍTULO 4

Tabela 1 Classif icação dos solos sob quatro agroecossistemas e

ecossistema nativo, no Semi-árido sergipano no grupo

ARDRA, baseado na digestão dos produtos amplif icados

da região do DNA ribossomal de fungos (18S) e bactérias

(16S) habitantes destes solos... ... ... ... ... ... ....... ... ... ... ... ... ...

105

CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

“HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO “HOMEM, MEIO AMBIENTE, AGRICULTURA E BIODIVERSIDADE: COMO

CONCILIAR?”CONCILIAR?”CONCILIAR?”CONCILIAR?”

PREFÁCIO: A EVOLUÇÃO HUMANA

Capítu lo 1 - Introdução

2

A criação do mundo e a inserção do homem neste são problemas que,

muito naturalmente, despertam a curiosidade do homem. De acordo com

Chiras (1992), a Terra foi originada há 15 ou 20 bilhões de anos. A

formação de galáxias e estrelas se deu há aproximadamente 4,6 bilhões de

anos e as primeiras células (microorganismos) surgiram há 3,7 bilhões de

anos. A idéia de evolução, teoria segundo a qual todas as espécies de

plantas e animais se vinculam a um antepassado comum fornece a base

unif icadora de toda a ciência biológica. A história da vida seria um

processo único de subdivisão de espécies e mudanças. A evidência de

evolução é encontrada na distribuição de estruturas consideradas

homólogas (DARWIN, 1981).

Segundo Haeckel (1982), na evolução da espécie humana, o primeiro

hominídeo que andava ereto, surgiu há aproximadamente 4 milhões de anos,

na Era Cenozóica desaparecendo a 1,2 milhões de anos. Era lento em

comparação à maioria dos animais e se defendia com a uti l ização de armas

e pedras. O Homo habil is remonta a um período entre 2,5 e 1,6 milhões de

anos, na África. É possível que tenha evoluído para o Homo erectus. Foram

provavelmente os primeiros a fazer utensíl ios de pedra - simples eixos e

artefatos lascados toscamente.

O Homo erectus, presumível predecessor de nossa própria espécie

(Homo sapiens) surgiu na África, na Ásia e possivelmente na Europa. Este

hominídeo se destaca pelo uso de utensíl ios de pedra em forma de gota,

lascado em ambos os lados da pedra, e pelo "machado de mão" acheuliano,

de feitura superior aos instrumentos do Homo habil is. Foi o primeiro

membro da l inhagem humana a uti l izar e controlar o fogo, e sua locomoção

rápida a partir da Àsia Oriental tropical deveu-se talvez ao uso de

vest imentas. Presumivelmente, evoluiu do Homo habil is há cerca de 1,6

milhões de anos. Seus últ imos representantes desapareceram há cerca de

300.000 anos. No Homo sapiens ou "o homem sábio", nossa própria

espécie, o cérebro aumentou para o tamanho atual. Não há, sobre sua

posterior evolução, uma clareza científica; aparentemente dividiu-se em


3

duas l inhas principais, a primeira dando origem ao neandertal, a outra, à

raça moderna. A últ ima evolução aconteceu gradualmente durante os

últ imos 125 mil anos (HAECKEL, 1982).

Power (1996) informa que com a evolução da raça humana, notaram-

se importantes avanços na tecnologia das ferramentas, o rápido crescimento

desta população, o agrupamento social em habitações e o surgimento das

artes: o período cultural chamado Paleolít ico Superior havia começado.

Certamente, os humanos de então já haviam dominado a l inguagem. Com o

crescimento demográfico e, a partir da origem dos modernos seres

humanos, inicia-se o processo de colonização de novos terri tórios. Povos

alcançaram a Nova Guiné e Austrália, part indo da Indonésia há cerca de 40

mil anos e desenvolveram as características australóides isoladamente

naquela região.

E assim, durante todo esse tempo, o homem vem tentando mudar o

ambiente em que vive, de acordo com seus próprios interesses. Segundo

Chiras (1992), o impacto do homem sobre o meio ambiente depende de

variáveis históricas, como o modo de produção, a estrutura de classes, os

recursos tecnológicos e a cultura de cada sociedade ao longo do tempo.

Mas, os diferentes modos de produção surgidos ao longo da história sempre

consideraram a questão de onde retirar matéria-prima como tendo uma

única resposta: a natureza.

1. O HOMEM E O MEIO AMBIENTE


4

A atual ação predatória do homem no planeta resultou na redução dos

recursos naturais, os quais dão os primeiros sinais de esgotamento. O

homem possuiu ao longo dos tempos uma enorme capacidade de

transformar o meio ambiente em que vive para atender as suas necessidades

de sobrevivência. Entre as atividades antrópicas, a agricultura exerce efeito

variado sobre o ambiente. Estes efeitos relacionam-se em primeiro lugar

com a intensidade e o grau de alteração provocado à vegetação preexistente

e, em segundo lugar, com a área em que se deu a alteração, sobretudo

transformando o equilíbrio dinâmico que existe em um dado ambiente em

condições naturais (LAGO e PÁDUA, 1998).

Segundo Tauk-Tornisielo (1997), a palavra ambiente significa o

conjunto das condições, influências ou forças que envolvem, influem ou

modificam:

a) O complexo de fatores climáticos, edáficos e bióticos que atuam

sobre um organismo vivo, uma população ou uma comunidade

ecológica e acaba por determinar sua forma e sua sobrevivência;

b) A agregação das condições sociais e culturais que influenciam a vida

do indivíduo, população ou comunidade.

Como ambiente entende-se, portanto, todos os conjuntos de fatores

físicos, biológicos e antrópicos existentes no espaço, que é influenciado

por um organismo, uma população, uma comunidade ou por uma

organização, assim como as relações que existem entre tais componentes

(POWER, 1996).

Assim, nos estudos ecológicos, o ambiente é tratado como um

sistema, ou seja, um conjunto de partes que se integram, direta ou

indiretamente. Apenas recentemente o homem começou a preocupar-se com

os impactos posit ivos e negativos de suas diferentes atividades no ambiente

em que vive (RESENDE, 1988).

Alguns impactos negativos foram e são originados de fenômenos

naturais, como exemplos, a glaciação; erupções vulcânicas com as


5

l iberações de gases, cinzas e lavas; maremotos; terremotos e outros

fenômenos. Mas, ao longo dos anos, as atividades antrópicas, entretanto,

vêm acarretando maior número de impactos negativos quanto à extensão e

velocidade, ocasionando muitas vezes, danos irreversíveis no ambiente

(TAUK-TORNISIELO, 1997).

Algumas estimativas indicam que atualmente 40% da produção

líquida primária terrestre da biosfera, em termos de apropriação de recursos

naturais e energia, já estão comprometidos para consumo humano

(MESQUITA et al., 2000). Tal escala de atividades aponta l imites bastante

restri tos ao crescimento e, ao mesmo tempo, requer exigências bastante

severas ao avanço tecnológico que atenuem estas restrições (MOTTA,

1977). Assim é prudente identificar os níveis mínimos de segurança ou a

capacidade suporte dos recursos naturais que estão sendo apropriadas na

geração de renda (MESQUITA et al ., 2000).

1. 2 A ATIVIDADE AGROPECUÁRIA

Durante muitos séculos, o homem viveu da coleta de frutos e

produtos de animais e plantas silvestres, passando, em seguida, a cult ivar

as plantas e domesticar os animais, á medida que esses meios de

sobrevivência tornavam-se escassos. Essa arte evoluiu à chamada

agricultura, há 12.000 anos, que é responsável pela produção de al imentos,

madeiras, fibras, energia e outros bens, que sustentam de maneira direta ou

indireta a vida no planeta (SIQUEIRA et al. , 1994).

Segundo Khatounian (2001), o uso dos recursos naturais do planeta

pelo homem iniciou a trajetória na Mesopotâmia antiga com a salinização

das áreas irrigadas que embasavam sua economia. Na antiguidade clássica,

os gregos destruíam suas florestas e exauriam seus campos de cultura,

sendo obrigados a lançar-se ao mar. Os romanos na luta contra Cartago, nas

Guerras Púnicas, conquistaram ricas terras agrícolas, onde hoje há um

deserto. Os portugueses, sem possibil idades de domínio de terras agrícolas,


6

lançaram-se ao Oceano na busca do desconhecido. No Novo Mundo, o

declínio na economia açucareiro das Anti lhas, entrou as i lhas em quase

irreversível decadência. Este mesmo fenômeno se observou no Nordeste e

em outras partes do Brasil, apenas que numa escala de tempo mais dilatada

devido à maior extensão de terras por ocupar e exaurir.

No Brasil, já no século XIX, o café, r iqueza do Segundo Império, se

expandiu pelas terras roxas, então virgens em São Paulo, e mais tarde,

quando estas se transformaram em pasto ralo, alcançou as terras roxas do

Paraná.

A crescente população, a demanda de alimentos e matérias primas

industriais e sua aglomeração nas cidades forçou o desenvolvimento da

agricultura, que deixando de ser uma atividade extrativista, passou a ser

considerada uma indústria, operando em um ambiente ecológico criado

pelos agricultores (SIQUEIRA et al ., 1994). A base de sustentação dessa

indústria é o solo agrícola, que representa, juntamente com a água, o

principal recurso natural para a existência humana.

No Brasil, os sistemas de produção agrícola, tal qual na maioria dos

sistemas econômicos embasados no desenvolvimentismo capitalista, são

caracterizados pela maximização da produção por unidade de área plantada

(produtividade). Este paradigma da agricultura moderno al iada aos avanços

tecnológicos deste século levou ao que se costuma chamar de "Revolução

Verde" (BRASIL, 2000). Sistemas agrícolas anteriormente de baixa

produtividade foram substituídos nos anos 60/70 por sistemas de alta

produtividade e dependentes de insumos químicos, notadamente pesticidas

e ferti l izantes. Guimarães (1994) discute que a modernização da agricultura

impulsionou o desenvolvimento de nações eminentemente agrícolas como o

Brasil, capitalizando e modernizando a zona rural e aumentando a receita

proveniente das exportações. Todavia, a preocupação meramente econômica

dos novos modelos de produção desconsiderou os efeitos e conseqüências

das novas práticas agrícolas no ambiente natural.


7

1.2.1 A IMPORTÂNCIA DO SOLO

Segundo Raminell i (2001), três grandes catástrofes ecológicas

marcaram a evolução do processo de uso do solo como um recurso

“renovável”. A primeira foi a expansão da cana-de-açúcar, eleita pelos

portugueses para substituir os espaços antes cobertos pelas matas nativas, a

Mata Atlântica. A produção de açúcar, portanto, provocava a derrubada de

árvores, destruía a fauna, poluía os rios e destruía os mangues. As chuvas

torrenciais e as queimadas empobreciam o solo e reduziam a produtividade

das plantações. Os portugueses solicitaram então, à coroa a expansão de

suas propriedades para manter a produção. A sede por terras produziu,

enfim, uma verdadeira catástrofe ecológica nos primeiros séculos da

colonização.

A segunda catástrofe foi a exploração das minas gerais, no século

XVIII, com a descoberta de jazidas auríferas nos sertões de Minas Gerais.

Os rios eram desviados em direção das encostas para lavar o solo e

encontrar o precioso material .

A terceira catástrofe foi a pecuária no l i toral e às margens do rio São

Francisco. Os bois e vacas eram provenientes da Europa e acompanhavam

os europeus em todas as partes conquistadas, contribuindo desta forma para

promover mais um desequilíbrio ecológico, modif icando a paisagem da

colônia.

Em seu estado natural, o solo encontra-se coberto pela vegetação,

que o protege da erosão e contribui para manter o equilíbrio entre os

fatores de sua formação e aqueles que provocam a sua degradação e, o

rompimento dessa relação provoca alterações físicas, químicas e

biológicas, as quais, se não forem adequadamente monitoradas e

controladas, levam à queda de produtividade e à degradação do ecossistema

(SIQUEIRA et al . 1994).


8

A cobertura vegetal nativa do solo cria um habitat adequado aos

microrganismos específicos do ecossistema, tanto pela ciclagem do

material vegetal, como pela contribuição dos exsudatos radiculares

(SIQUEIRA et al. 1994). Segundo Raminell i (2001), a cobertura de mata

tropical retém no solo os microrganismos e minerais indispensáveis para a

ferti l idade da terra, o que, do contrário, deixa a terra sem a capacidade de

reproduzir as espécies. Dessa forma, os solos agrícolas representam um

importante balizador dos impactos ambientais, devendo-se atentar para as

característ icas destes, que permitam uma correta avaliação dos impactos

ambientais. Propriedades físicas e químicas determinam característ icas

como a ferti l idade do solo e atividade biológica, que são quanti ficáveis

(SCHAEFER et al. , 2000).

1.2.2 OS AGROECOSSISTEMAS

Em Biologia, o conceito de sistemas foi introduzido por Smuts em

1926 (BECHT, 1974), inferindo uma idéia de totalidade (em inglês

“holism”), entretanto, antes, Harvey, ao descobrir e descrever a circulação

do sangue relacionou este fenômeno com hidrologia (HARE, 1967).

Mais tarde, em Ecologia, o conceito de sistemas foi introduzido por

Tansley na palavra “ecossistema” (EVANS, 1956) que originou vários

conceitos por outros autores como, por exemplo: Odum (1957) com estudos

acerca do fluxo de energia dentro de ecossistemas.

Nos ecossistemas identi ficamos um componente biótico, que engloba

todos os seres vivos, e outro abiótico, que engloba os meios físicos e

químicos (BEGON et al ., 1996). A inter-relação entre esses componentes é

extremamente dinâmica, ocorrendo um constante fluxo de energia e

ciclagem da matéria entre eles. Esta passagem de energia e de matéria

deve-se às relações tróficas que se estabelecem entre os componentes

bióticos, enquanto a passagem dos nutrientes para o meio abiótico, dá-se


9

através da decomposição. Estas interações tróficas podem ser estudadas a

partir da análise de seus componentes, que indicará como este sistema

interl igado foi afetado ou qualquer t ipo de alteração ou perturbação

(ODUM, 1996).

Uma área agrícola é um ecossistema arti f icial, que exige intervenção

humana constante, o que pode resultar em danos ao meio ambiente,

principalmente se for conduzida sem conhecimento detalhado do

funcionamento do sistema e da integração entre seus componentes. A

diminuição das taxas de reciclagem da matéria, por exemplo, pode ser

tomada como bioindicadora dos efeitos da at ividade agrícola sobre a

dinâmica do ecossistema (LOUZADA et al., 1997).

Segundo Haynes (2003), um agroecossistema (ecossistema art if icial)

se constitui de unidades de produção, e, portanto, são sistemas agrícolas de

certa importância, que possui pelo menos uma população de uti l idade

agrícola, podendo ser de plantas e de animais. Um ecossistema inclui uma

comunidade biótica em um ambiente físico interagindo com esta população.

Mas, um agroecossistema difere dos ecossistemas naturais em outro

aspecto, talvez tão importantes como a existência de populações agrícolas,

é que um agroecossistema está regulado pela intervenção do homem.

Alguns ecossistemas não são exatamente ecossistemas naturais,

todavia pode considerar-se ecossistema por todos os conceitos ecológicos

presentes, tal como fluxo de energia, ciclagem de materiais e outros, e são

aplicáveis em seus estudos, ou seja, os componentes bióticos e físicos dos

agroecossistemas se interagem e, portanto, funcionam como um sistema

(BEGON, 1996).

Nestes sistemas, um fator de interação é a disponibil idade de

nutrientes e aeração no solo onde o preparo e o cult ivo do solo inf luenciam

principalmente as populações da comunidade microbiana, (PEREIRA et al.,

1999). As alterações no pH e na disponibil idade de nutrientes, em função


10

da calagem e adubação, podem influenciar a comunidade microbiana de

maneira direta através da atuação sobre processos microbianos, fisiológicos

e bioquímicos específicos, ou indiretamente, através da disponibil idade de

nutrientes e da neutralização de elementos tóxicos (PEREIRA, 1999).

2. A BIODIVERSIDADE

O termo biodiversidade foi usado pela primeira vez em 1986,

resultado da concentração das palavras “diversidade biológica ou

diversidade biótica”, e mede a princípio toda a variação biológica do

planeta Terra (AZEVEDO, 1998).

Diversidade biológica, ou biodiversidade, “significa a variabil idade

de organismos vivos de todas as origens, compreendendo, dentre outros, os

ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os

complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a

diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas” (Artigo 2

da Convenção sobre Diversidade Biológica). Ou ainda, refere-se à

variedade de vida no planeta terra, incluindo a variedade genética dentro

das populações e espécies, a variedade de espécies da flora, da fauna e de

microrganismos, a variedade de funções ecológicas desempenhadas pelos

organismos nos ecossistemas; e a variedade de comunidades, habitat e

ecossistemas formados pelos organismos (AZEVEDO, 1998).

A Tabela 1, reportada por Bul l et al. (1992) e Hawksworth (1991),

com modificações de Azevedo (1998), dá uma idéia do número conhecido

de espécies de seres vivos em nosso planeta, além de fornecer uma

estimativa do que ainda está por ser descoberto.

A Biodiversidade é uma das propriedades fundamentais da natureza,

responsável pelo equilíbrio e estabil idade dos ecossistemas, e fonte de

imenso potencial de uso econômico (MELO e AZEVEDO, 1998). É a base


11

das atividades agrícolas, pecuárias, pesqueiras e florestais. As funções

ecológicas desempenhadas pela biodiversidade são ainda pouco

compreendidas, muito embora se considere que ela seja responsável pelos

processos naturais e produtos fornecidos pelos ecossistemas e espécies que

sustentam outras formas de vida e modificam a biosfera, tornando-a

apropriada e segura para a vida. A diversidade biológica possui, além de

seu valor intrínseco, valor ecológico, genético, social, econômico,

cientí fico, educacional, cultural, recreativo e estético. Com tamanha

importância, é preciso evitar a perda da biodiversidade (MELO e

AZEVEDO, 1998).

2.1 A BIODIVERSIDADE NO DOMÍNIO SEMI-ÁRIDO

A geografia convencional divide o Nordeste brasi leiro em zonas:

Li torânea, Agreste e Sertão, sendo que as duas últ imas formam,

essencialmente, a região semi-árida (Agenda 21, 2000), ocupando uma área

de 73.683.649 ha, cerca de 11,5% do território nacional, incluindo oito

estados do Nordeste e dois do Sudeste. Segundo Mendes (1997), considera-

se como Região semi-árida aquela que possibil i ta o desenvolvimento de

uma cobertura vegetal mais ou menos contínua, como a caatinga, a savana

ou a estepe, que não permite o cult ivo de plantas anuais, de maneira regular

e com boa produtividade, em virtude da baixa pluviosidade e da má

distr ibuição das chuvas. Na prát ica, uma área é semi-árida quando chove

abaixo de 800 mm por ano, ocorre seca, tem caatingas e rios intermitentes.

O bioma Caatinga é o principal ecossistema existente na região e

ocupa uma área de 734.478Km2, e é o único bioma exclusivamente

brasileiro (SÁ, 1994). Isto significa que grande parte do patrimônio

biológico dessa região não é encontrada em nenhum outro lugar do mundo

além do Nordeste do Brasil . É um bioma único, pois, apesar de estar

localizado em área de clima semi-árido, apresenta grande variedade de

paisagens, relativa riqueza biológica e endemismo (SILVA, 2000).


12

De acordo com Mendes (1992), a Caatinga é uma cobertura vegetal

xerófi la formada pela mistura de ervas, arbustos e árvores de pequeno

porte, tortuosas, espinhentas, e de folhas pequenas e caducas e altamente

resistentes à falta d´água. São matas verdejantes e viçosas no período

chuvoso e desfolhadas, de aspecto seco, estorricado e cinzento, na estação

seca anual e por ocasião das longa e catastróficas secas periódicas, que

assolam a Região. Somente de caatingas são reconhecidas 12 tipologias

diferentes, com registro de 932 espécies na região, sendo 380 endêmicas

(Avaliação e Ações Prioritárias para a Conservação da Biodiversidade da

Caatinga, 2002).

Drumond et al. (2000) e Fonseca (1991) relacionam as espécies

vegetais mais predominantes da caatinga. Em termos forrageiros, o angico

(Anadenanthera macrocarpa enth), a cat ingueira (Caesalpinia pyramidalis

Tul.), a catingueira rasteira (Caesalpinia microphylla Mart.), o sabiá

(Mimosa caesalpini folia Benth) e o juazeiro (Zizyphus joazeiro Mart.)

estão presentes; entre as espécies arbóreas; a jurema preta (Mimosa

tenuiflora (Wil ld.) Poiret), o feijão bravo (Phaseolus f irmulus Mart.), a

marmelada de cavalo (Desmodium sp.), o mata-pasto (Senna sp); destacam-

se como frutí feras o umbu (Spondias tuberosa Arruda), arat icum (Annona

glabra L., A. coriacea Mart.), mangaba (Hancornia speciosa Gomez),

jatobá (Hymenaea spp.), murici (Byrsonima spp.), juazeiro (Zizyphus

joazeiro Mart.). De acordo com Souza (1994) todas as espécies ci tadas são

exploradas de forma extrativista pela população local, seja ela úti l como

forragem para caprinos, ovinos e bovinos, seja para alimentação. Esta

forma de exploração tem levado a uma rápida diminuição das populações

naturais destas espécies vegetais, principalmente pela falta de plantios

art if iciais, contribuindo, a uma ameaça de extinção.

Quanto à fauna, segundo o Documento “Aval iação e Ações

Prioritárias para a Conservação da Biodiversidade da Caatinga”, (BRASIL,

2002), os mamíferos têm sido geralmente reconhecida como uma fauna

depauperada, sendo possível relacionar 148 espécies do bioma, das quais


13

dez seriam endêmicas; as aves da caatinga merecem atenção especial os

táxons endêmicos e as espécies ameaçadas de extinção (20), pois estas são

as mais vulneráveis a atual expansão das atividades humanas no bioma: 15

espécies e 45 subespécies são endêmicas, estando incluídas nesse conjunto

duas das espécies de aves mais ameaçadas do mundo: a ararinha-azul

(Cyanopsitta spixi i Wagler) e a arara-azul-de-lear (Anodorhynchus leari);

as espécies de anfíbios e répteis são 15% endêmicas: estão em 44 espécies

de lagartos, nove espécies de anfisbenídeos, 47 de serpentes, quatro de

quelônios, três de crocodi l ianos, 47 de anfíbios anuros e duas de

gimnofionos; quanto à biota aquática, há 185 espécies de peixes do bioma,

distr ibuídas em cem gêneros, sendo 53% endêmica (algumas encontradas

somente ao largo do médio São Francisco).

Apesar de a fauna de invertebrados e/ou microrganismos desse bioma

ser riquíssima, com várias espécies endêmicas, a análise dos dados

demonstra o conhecimento insuficiente que deles se tem. Em relação á

biodiversidade de microrganismos nos solos da Caatinga, não há um só

relato.

É preciso, pois, aprimorar significativamente, e o mais rápido

possível, o conhecimento sobre a biodiversidade do bioma caatinga,

sobretudo se reconhece a tendência mundial de organismos como indicador

de qualidade ambiental, bem como para o monitoramento dos ecossistemas.

Outro problema associado ao Semi-Árido é o baixo conhecimento

quantitativo e quali tativo de sua biodiversidade (BRASIL, 2000). Dos

grandes biomas brasileiros o da Caatinga nordestina é, um dos mais

desconhecidos em relação à flora e fauna (JOLY et al., 1999; GALVÃO e

VASCONCELOS, 1998).


14

Por fim, segundo o Documento Avaliação e Ações Prioritárias para a

Conservação da Biodiversidade da Caatinga (BRASIL, 2002), reúne

importantes medidas para o manejo sustentável do bioma como: criação de

bancos de dados sobre a Caatinga, articulados com a Rede Brasi leira de

Biodiversidade, geração de tecnologias sustentáveis, inventário da flora, da

fauna e de microorganismos da Caatinga, monitoramento dos processos

biológicos, desenvolvimento de experiências referenciais em agricultura

sustentável, do ponto de vista social, econômico e ambiental.

Promover a conservação da biodiversidade da Caatinga, bem como

seu monitoramento, é estritamente necessário para elevar o bioma à

condição de patrimônio nacional natural (Art. 225 da Constituição do

Brasil).

2.2 A BIODIVERSIDADE MICROBIANA DO SOLO

Os microrganismos e a biodiversidade de solos consistem de diversos

grupos de organismos, com diferentes importância e relevância para o

homem (SIQUEIRA, 1994).

A grande maioria dos esforços de uso sustentável da biodiversidade

tem sido enfocada em macrorganismos (mamíferos, aves, peixes e plantas).

Estimativas recentes indicam que os microrganismos e invertebrados

constituem quase que 90% das espécies da Terra e desempenham um papel

fundamental no funcionamento de ecossistemas (KENNEDY, 1995). Se

conhece mais de 80% das plantas e mais de 90% dos vertebrados existentes

na natureza, enquanto que conhecemos menos de 1% das bactérias e vírus e

menos que 5% dos fungos. Embora sejam menos estudados, muitos grupos

de microrganismos são essenciais para a sobrevivência das formas de vida

na terra (BRASIL, 2001).


15

Sem os organismos, os solos não seriam formados. A intemperização

físico-química das rochas matrizes por si só resultaria em terrenos sem

nenhuma ferti l idade, visto que há necessidade de nitrogênio e esqueletos de

carbono para que a vida se estabeleça. As algas são tidas como

colonizadores primários do solo, pela sua capacidade de fixar carbono e

nitrogênio da atmosfera através dos processos de fotossíntese e fixação

biológica de nitrogênio, respectivamente. A partir daí, fungos e bactérias

terão recursos para se desenvolver e l iberar nutrientes dos minerais do

solo, como o fósforo, cálcio e ferro. O solo formado, havendo a

disponibil idade de água, permitirá o crescimento de plantas, que ao serem

decompostas gerarão matéria orgânica que reterá nutrientes, l iberando-os

lentamente para os próximos colonizadores. Esta maneira simplificada de

apreender o processo de pedogênese, do ponto de vista biológico, i lustra a

importância da biodiversidade para a formação dos solos (COUTINHO,

1996).

Por outro lado, a biodiversidade de solos tem um papel fundamental

na regulação dos processos biogeoquímicos formadores e mantenedores dos

ecossistemas (HUNGRIA, 1994). É nos solos que se realiza a maior parte

da ciclagem de nutrientes da qual o planeta Terra depende para se manter

vivo. Por tudo isso, o solo é um recurso natural que deve ser conservado

para que os serviços que ora prestam às sociedades sejam sustentáveis para

as próximas gerações. Dentre estes, incluem-se: a formação e estruturação

de solos; a decomposição da matéria orgânica; a ciclagem de nutrientes; e a

formação dos gases componentes da atmosfera terrestre (DROZDOWICZ,

1977).

Entretanto, os solos e seus organismos podem ser afetados pela

maneira como o homem cuida deste recurso natural (BRADY, 1983). A

atividade agrícola predatória, o desmatamento exacerbado, a poluição e as

mudanças globais podem ter fei tos deletérios sobre a biodiversidade e os


16

processos ecológicos do solo, com conseqüências nefastas para o homem

(WATANABE, 1987).

A elaboração de medidas para a conservação da biodiversidade

microbiana dos solos deve considerar as peculiaridades da diversidade

microbiana e da biodiversidade de solos, dada a importância deste

componente biológico para o funcionamento do Planeta e para a

sustentabi l idade de atividades econômicas, como a agricultura (HUNGRIA,

1994; AZEVEDO, 1998). Outra justi f icativa para um esforço integrado de

pesquisa e prospecção tecnológica da biodiversidade de solos é a falta de

conhecimento da verdadeira extensão desta diversidade nos bioma

tropicais, e o grau de ameaça em que se encontra. Estima-se que menos de

5% dos microrganismos existentes no planeta tenham sido caracterizados e

descritos (ROSADO, 1997).

Portanto, de acordo com o Documento Estratégia Nacional de

Biodiversidade: Microrganismos e Biodiversidade dos Solos (2001), é

extremamente importantes atividades que conduzam: à definição das

espécies de organismos do solo mais relevantes para a sustentabil idade dos

processos ecológicos essenciais em ecossistemas naturais e antropizados; à

elucidação da influência da composição de espécies e estrutura de

comunidades no funcionamento de ecossistemas.

3. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

A emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande

parte, conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos


natureza. Desta forma, todos os compartimentos ecológicos são atingidos,

modificando fluxos e processos naturais em tal medida que a mudança se

diz global (RODRIGUES, 1998).


17

A idéia de Desenvolvimento sustentável surgiu em 1973 como

conceito de Ecodesenvolvimento proposto por Maurice F. Strong

(MENDES, 1997). O termo tornou-se conhecido na l i teratura especializada,

após ter sido usado pelo documento “Estratégia Mundial para a

Conservação – EMC”, publicado em 1980 pela União Internacional para a

Conservação da Natureza – UICN, programa das Nações Unidas para o

Meio Ambiente – PNUMA e Fundo Mundial para a Natureza – WWF

(MENDES, 1997).

Em 1987, a Comissão Mundial do Meio Ambiente e Desenvolvimento

das Nações Unidas – CMMAD (1998) publicou o Relatório Brundtland, que

apresentou um conceito de desenvolvimento sustentável – “aquele

desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer

as possibil idades de as gerações futuras atenderem às suas próprias” (Nosso

futuro comum, 1988, p. 46) – que mais que um conceito, transmitia o desejo

de mudança de paradigma para um esti lo de desenvolvimento que não se

mostrasse excludente socialmente e danoso ao meio ambiente. Portanto,

desenvolvimento sustentável deve significar desenvolvimento social e

econômico estável e equil ibrado, gerando riquezas uti l izando os recursos

naturais de modo sustentável e respeitar a capacidade de recuperação e

recomposição desses recursos, criando mecanismos que permitam o acesso

a esses recursos por toda a sociedade (BRASIL, 2000).

Em 1991, o documento “Cuidando do Planeta Terra” publ icado pela

Comissão Mundial Sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (1998)

enfatiza os três objetivos básicos da Estratégia Mundial para a

Conservação: conservar os sistemas de sustentação da vida fornecidos pela

natureza, conservar a biodiversidade e fazer com que qualquer uti l ização

de espécies de ecossistemas seja sustentável.

Em 1992, um importante evento marca a preocupação com a crise

ambiental da Terra, demonstrada pelos 116 Chefes de Estado, que

participaram da maior reunião de Conferência das Nações Unidas para Meio


18

Ambiente e Desenvolvimento (ECO-92), que ocorreu, é uma preocupação

real e oportuna. Nesta se discute a urgência da necessidade de se trocar o

atual modelo, de destruição da natureza e na concentração exagerada da

riqueza, de desenvolvimento por um modelo ecologicamente sustentável e

socialmente mais justo (Mendes, 1992).

O termo sustentável, passou a quali f icar um novo conceito de

agricultura e desenvolvimento. Esta pode ser definida atualmente como a

capacidade de produzir alimentos em longo prazo, de forma sustentável, e

de contribuir para o bem estar dos seres vivos, sem deteriorar os recursos

naturais básicos ou prejudicar o meio ambiente (EHLERS, 1995).

Busca-se o denominado desenvolvimento sustentável, que segundo

MACHADO (1997), pode em uma de suas definições, ser dito como um

desenvolvimento cienti f icamente embasado, onde é necessário que

pesquisas básicas e tecnológicas dêem suporte a este desenvolvimento ou

atividade de uma região, como, por exemplo, conhecer a biota em seus

aspectos qualitativos e quantitativos presente no ambiente, a dinâmica das

populações animais e vegetais, determinar os melhores biótipos, para que

forneçam o material genético necessário à continuidade das espécies.

A Caatinga, é um dos biomas brasileiros mais alterados pelas

atividades humanas. Os resultados indicam o fato de 68% da área estar

submetida a antropismo em algum grau. As áreas prejudicadas por extremos

antropismo correspondem a 35,3% do bioma, as danificadas por muito

antropismo a 13,7%, e as submetidas a pouco antropismo a 19,4%. É nessa

região que estão localizadas, por exemplo, as maiores áreas que passam

hoje por processo de desertif icação. As áreas sem antropismo correspondem

a 31,6% do bioma, e estão distribuídas no interior dele em forma de i lhas

(BRASIL,2002).

Mendes (1997) relatou que no Semi-Árido, quase toda agricultura que

se pratica é de sequeiro, durante a estação chuvosa (fevereiro a junho), e é


19

ecologicamente não aconselhável e improdutiva. Várias causas podem ser

apontadas para esta situação. O processo de exploração tradicional e com

baixo nível tecnológico dos recursos, al iado ao aumento populacional e à

expansão dos mercados, tem levado à sobreexploração do ambiente e ao

virtual esgotamento da biodiversidade. Por outro lado, segundo o mesmo

autor (MENDES, 1997), a pecuária extensiva,com um número de animais

acima da capacidade de suporte do Semi-Árido, exerce uma pressão muito

grande sobre a biodiversidade local, forçada pelos mecanismos de

intensificação da exploração dos recursos como mencionado, exercendo

grande pressão sobre a vegetação nativa, tanto pela eliminação das plantas

como pela compactação do solo devido ao pisoteio excessivo.

Fonseca (1991) cita que o corte da cobertura vegetal, o pastoreio

indiscriminado e o cult ivo em ladeiras de forte inclinação, com sulcos no

sentido do declive, foram fatores que determinaram etapas gradativas de

degradação do meio, que repercutem na perda de qualidade do ambiente, e

conseqüente abandono do meio ou condicionamento a viver expensas de

alimentos, água e energia oriundos de outras regiões, que uti l izariam esses

recursos para seu desenvolvimento.

Mendes (1985) aponta que o desenvolvimento sustentável da

Caatinga implica na erradicação da miséria, na diminuição da taxa de

natalidade e no redirecionamento das atividades agropecuárias da Região,

além de outros fatores essenciais como a geração de tecnologias

agropecuárias e polít icas agrícolas adequadas. A uti l ização racional e

integrada nos recursos naturais através da criação de animais e o cult ivo de

plantas xerófi las realizadas concomitantemente na mesma propriedade,

visando reduzir os riscos de diminuição ou fracasso das colheitas devido a

fal ta ou irregularidades pluviométricas são também recomendadas para o

Nordeste Semi-Árido. Segundo o autor, as técnicas agrossilvipastoris

servem de base para este t ipo de exploração múltipla da terra, através de

tecnologias l impas, seguras do ponto de vista ambiental.


20

Assim, em relação ao meio ambiente no Semi-árido, algumas das

l inhas de pesquisa que devem ser priorizadas são aquelas voltadas para um

melhor conhecimento da biodiversidade, o que deve se constituir na base de

qualquer programa que vise o desenvolvimento sustentável da região

(BRASIL, 2002). De acordo com a Agenda 21 Brasileira (BRASIL, 2000),

uma das diretrizes propostas para o desenvolvimento sustentável é a

“.. . identi f icação, nos sistemas de produção agrícola, dos componentes

chaves da diversidade biológica, responsáveis pela manutenção dos ciclos

e processos naturais, com o monitoramento e a avaliação dos efeitos das

diferentes práticas e tecnologias de produção sobre tais componentes. ..”.

A Embrapa Semi-Árido – instituiu um programa que identificou

maneiras e meios para melhorar o manejo sustentável da biodiversidade na

agricultura (Carvalho et al., 2000). O sistema é uma síntese de informações

tecnológicas obtidas de experimentação e observações em escala

operacional, integrada em um modelo físico de sistema conduzido ao longo

de 15 anos no campo experimental da Embrapa Semi-Árido. As estruturas

agrossilvipastoris são: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá

(Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas com capim Urocloa

mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em

fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Gliricidia sepium.

O uso de indicadores é então, extremamente necessário para

monitorar a mudança na qualidade do solo relacionado ao manejo de uma

agricultura sustentável e avaliação do uso da terra.

Portanto, em busca da “concil iação entre homem, meio ambiente,

agricultura e biodiversidade”, esta Dissertação util izou como objeto de

estudo estes diferentes agroecossistemas que foram implementados no

Semi-Árido (Carvalho et al. , 2000) para avaliar a qualidade do solo

recuperado, bem como conhecer a biodiversidade microbiana presente no

solo da Caatinga. Para isto, os principais objetivos foram:


21

A. Avaliar a atividade microbiológica total dos microrganismos

(Capitulo II);

B. Quanti ficar a população fúngica, bacteriana e de actinomicetos

(Capítulo III);

C. Invest igar a estrutura genética da comunidade microbiana do solo

(Capítulo IV).


22

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AZEVEDO, J. L. Biodiversidade microbiana e potencial biotecnológico. In:

Melo, I. S. de; Azevedo, J. L. (Ed.). Ecologia microbiana. Jaguariúna, SP:

CNPMA, 1998. p.445- 461.

BECHT, G. Systems theory, the key to holism and reductionism. Bioscince.

New York, v. 24, n. 10, p. 579-596, 1974.

BEGON, M.; HARPER, J. L.; TOWNSEND, C. R. Ecology: individuals,

populations and communities. 3. Ed. New York: Blackwell Science, 1996.

1068 p.

BULL, G. F. Biodiversity as a source of innovation in biotechnology.

Annual Review of Microbiology, Il inois, v. 46, p.219-252, 1992.

BRADY, N. C. Natureza e propriedades dos solos. São Paulo: Freitas

Bastos, 1983. 486p.

BRASIL, MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, DOS RECURSOS

HÍDRICOS E DA AMAZÔNIA LEGAL (MMA), Secretaria de Coordenação

dos Assuntos do Meio Ambiente (SCA). Agenda 21: Agricultura

sustentável. Brasí l ia, D.F., 2000. 190 p.



dos Assuntos do Meio Ambiente (SCA). Estratégia Nacional de

Diversidade Biológica: Microrganismos e Biodiversidade dos Solos.

Brasíl ia, D.F., 2001. 53 p.


23



dos Assuntos do Meio Ambiente (SCA). Avaliação e identif icação de

áreas e ações prioritárias para a conservação, uti lização sustentável e

repartição dos benefícios da biodiversidade nos biomas brasileiros.

Brasíl ia, D.F., 2002. 404 p.

CARVALHO FILHO, O. M.; ARAUJO, L. G. G.; LANGUIDEY, H. P.; SÁ

de L. J.; LIMA, B. M. V. Sistemas de produção. Documentos: Embrapa

Semi-Árido. 2000.

CHIRAS, D. D., New Visions of Li fe: Evolution of a Living Planet. I :

Environmental Science: Action for a Sustainable Future. 3º Edition:

Benjamim Cummings Publishing. Cap: 02. 1992.

COMISSÃO MUNDIAL SOBRE MEIO AMBIENTE E

DESENVOLVIMENTO (CMMAD). Nosso futuro comum. Rio de Janeiro:

Fundação Getúlio Vargas, 1988.

COUTINHO, H. L. C. Avaliação da Biodiversidade do Solo através de

Exame de DNA, 1996. Disponível em

<http:/ /www.cnps.embrapa.br/documentos>. Acesso em 14/05/2004.

DARWIN, Charles. A Origem das Espécies. São Paulo: Hemus, 1981.

DROZDOWICZ. A. Equilíbrio microbiológico dos solos de cerrados. In:

ANAIS DO SIMPÓSIO SOBRE O CERRADO, 4., 1976, Brasília. Bases

para uti l ização agropecuária. São Paulo: EDUSP/Belo Horizonte: Itatiaia,

1977. p.233-245.

DRUMOND, A. M et al ., Estratégias para o uso sustentável da

biodiversidade da Caatinga. Documento para discussão no GT estratégias


24

para o uso sustentável. In: ANAIS DO SEMINÁRIO BIODIVERSIDADE

DA CAATINGA, 2000. Petrolina, PE.

EHLERS, E. Possíveis veredas da transição à agricultura sustentável.

Agricultura Sustentável, v.1, n.1, p.12-22, 1995.

EVANS, F. C. Ecosystems as the basic unit in ecology. Science,

Washington, DC, v.123, p.1127-1128, 1956.

FONSECA, R. M. da. Análise da vegetação arbustivo-arbórea da

caatinga hiperxerófi la do Noroeste do Estado de Sergipe. 1991.

Dissertação (Doutorado em Ciências), Pós-Graduação em Biologia Vegetal ,

Unicamp, São Paulo. 187 f.

GALVÃO, A. C. F., VASCONCELOS, R. R. Polít ica regional à escala sub-

regional: uma tipologia territorial como base para um fundo de apoio ao

desenvolvimento regional. In: ANAIS do ENCONTRO NACIONAL DE

ECONOMIA, 26, 1998, Vitória. v. 3.

GUIMARÃES, R. P. El desarrollo sustentable: propuesta alternativa o

retórica neol iberal? Revista Eure, Chile, v. 20, n.61. Santiago Del Chile,

1994.

HAECKEL, E. A Origem do Homem. São Paulo: Ed. Hemus, 1982. 250p.

HARE, V. C. Systems analysis: a diagnostic approach. New York:

Harcourt, Brace and World. 554 p. 1967.

HAYNES, R. J.; DOMINY, C. S.; GRAHAM, M. H. Effect of agriculture

land use on soil organic matter status and composition of earthworm

communities in KwaZulu-Natal, South Africa Agriculture Ecosystem

Environment , v.95, p.453–464. 2003.


25

HAWKSWORTH, D. L- The fungal dimension of biodiversity: Magnitude,

significance and conservation. Mycological Research, New York, v.95

p.641-655, 1991.

HUNGRIA, M.; ARAÚJO, R. S. Manual de métodos empregados em

estudos de microbiologia agrícola. Brasí l ia. 1994. 180 p.

JOLY, C. A.; AINDAR, M. P. M; KLINK, C. A.; MCGRATH, D. G;

MOREIRA, A. G; MOUTINHO, P; NEPSTAD, D. C.; OLIVEIRA, A. A.;

POTT, A.; RODAL, M. J. N.; SAMPAIO, E. V. S. B. Evolution of the

Brazil ian phytogeography classif ication systems from the biodiversity

conservation point view. Ciência & Cultura , Campinas, v.51, p.331-348,

1999.

KENNEDY, A. C.; SMITH, K. L. Soil microbial diversity and

sustainabil i ty of agricultural soil. Plant and Soil, The Hague, v.170, p.75-

86, 1995.

KHATOUNIAN, C. A. A reconstrução ecológica da agricultura.

Botucatu: Ed. Agroecológica, 2001. 348 p.

LAGO, A., PÁDUA, J. A. O Que é Ecologia. 7º ed. São Paulo: Brasil iense,

1988.

LINDEMAN, R. L. The trophic-dynamic aspect of ecology. Ecology, v.23,

p.399-418, 1942.

LOUZADA, J. N. C.; SCHOEREDER, J. H.; MARCO JUNIOR, P. de. Lit ter

decomposit ion in semideciderous forest and Eucaliptus spp. crop: na

comparison in southern Brazil. Forest Ecology and Management.

Amsterdam, v.94, n.1, p.31- 36, 1997.


26

MACHADO, L. M. C. P. Qualidade ambiental: indicadores quantitativos e

perceptivos. In: MARTOS, H. L.; MAIA, N. B. (coord.). Indicadores

ambientais. Sorocaba: ESALQ, 1997, p.15- 21.

MELO, I. S. de; AZEVEDO, J. L. de, ed. Ecologia microbiana.

Jaguariúna:CNPMA, 1998. 488 p.

MENDES, B.V. Alternativas tecnológicas para a Agropecuária do Semi-

Árido , São Paulo: Nobel, 1985. 171 p.

MENDES, B.V. Preservação da Biodiversidade e, em part icular, das

caatingas do Semi-Árido do Brasil. Coleção Mossoroense, Mossoró, Série

B n. 1196. 1992.

MENDES, B.V. Biodiversidade e Desenvolvimento Sustentável do Semi-

Árido . Fortaleza: Benedito Vasconcelos Mendes, SEMACE, 1997.

MESQUITA, H. A.; PAULA, M. B. de; ALVARENGA, M. I. N. Indicadores

de impactos das atividades agropecuárias. Informe Agropecuário . Belo

Horizonte, v.21, n.202, p.57-71, jan./ fev. 2000.

MOTTA, R. S. A questão econômica da questão ambiental. In: Shiki, S.;

Silva, J. G. da; Ortega, A. C. (org.). Agricultura, meio ambiente e

sustentabil idade do cerrado brasileiro. Uberlândia: UFU, 1977. P.25- 31.

ODUM, H. T. Trohic structure and productivity of Silver Springe, Florida.

Ecological monographs, Washington, DC, v.27 p.55-112. 1957.

ODUM, P. E. Ecologia. São Paulo: Guanabara Koogan. 1996. 450p.

PEREIRA, J. C.; NEVES, M. C. P.; DROZDOWICZ, A. Dinâmica das

populações bacterianas em solos de cerrados. Pesquisa Agropecuária

Brasi leira , Brasíl ia, v.34, n5, p.801- 811, 1999.


27

POWER, J. F. Requeriments for a sustainable agriculture for the next

generation. In: Nath, B., et alk, (Eds), Proceedings of the International

Conference on Environmental Pollution v. 1, Budapest, Hungary, 15-19

April, 1996. European Centre for Pollution Research, University of

London, London E1 4NS, UK, p. 92-98. 1996.

RESENDE, M. Caracterização dos solos tropicais brasileiros. Brasíl ia:

ABEAS, 1988. Curso de agricultura tropical : módulo 2.1.

RAMINELLI, R. Imagens da Colonização. São Paulo: Jorge Zahar,. 2001.

RODRIGUES, G. S. Avaliação de impactos ambientais em projetos de

pesquisa e desenvolvimento tecnológico agropecuário: fundamentos,

princípios e introdução à metodologia. Jaguariúna: CNPMA, 1998. 66p.

ROSADO, A. S; DUARTE, G. F.; SELDIN, L & ELSAS, J. D. VAN.

Molecular microbial ecology: a minireview. Microbiology , Spencers Wood,

v.28, p.135-147, 1997.

SÁ, B. I. Degradação ambiental e reabil i tação natural no Trópico Semi-

Árido brasileiro. In: ANAIS DA CONFERÊNCIA NACIONAL E

SEMINÁRIO LATINO-AMERICANO DE DESERTIFICAÇÃO, 1994.

Fortaleza: Fundação Esquel do Brasil .

SCHAEFER, C. E.; ALBUQUERQUE, M. A.; CHARMELO, L. L.;

CAMPOS, J. C. F.; SIMAS, F. B. Elementos da paisagem e a gestão da

qualidade ambiental. Informe Agropecuário , Belo Horizonte, v.21, n.202,

p.20-44, jan/fev, 2000.

SILVA, F. B. R. Artigos Embrapa: Coletânea Rumos & Debates. 2000.

SIQUEIRA, J. O.; MOREIRA, F. M. de S.; GRISI, B. M.; HUNGRIA, M.;

ARAUJO, R. S. (Ed.). Microrganismos e processos biológicos do solo:


28

perspectiva ambiental. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária,

Centro Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão; Centro Nacional de

Pesquisa de Soja.- Brasíl ia: EMBRAPA- SPI, 1994. 142p. (EMBRAPA-

CNPAF. Documentos, 45).

SOUZA, M. J. N. DE et al .;. Redimensionamento da região semi-árida do

Nordeste do Brasil . In: ANAIS DA CONFERÊNCIA NACIONAL E

SEMINÁRIO LATINO-AMERICANO DE DESERTIFICAÇÃO, 1994.

Fortaleza: Fundação Esquel do Brasil .

TAUK-TORNISIELO, S. M. Microrganismos como indicadores de impactos

ambientais. In: MARTOS, H. L.; MAIA, N. B. (coord.). Indicadores

ambientais. Sorocaba: ESALQ, 1997, p.157- 165.

WATANABE, S. Glossário de ecologia. São Paulo: ACIESP, 1987. 271p.


29

* Tabela 1. Número de espécies de seres vivos atualmente conhecidas e

estimativa de espécies viventes no mundo.

SERES VIVOS

ÉSPECIES

CONHECIDAS

NÚMERO

ESTIMADO DE

ESPÉCIES

PORCENTAGEM

DE ESPÉCIES JÁ

CONHECIDAS

Bactérias 4.700 40.000 11,9

Fungos 69.000 1.500.000 4,6

Algas 40.000 60.000 66,7

Plantas 267.750 295.000 90,8

Protozoários 30.800 100.000 30,8

Porí fera,

cnídeos e

nematóides

29.000 515.000 5,6

Crustáceos,

insetos e outros

invertebrados

970.000 6 a 10.000.000 9,7 a 16

Outros animais 98.000 100.000 98

Vírus 5.000 130.000 3,8

TOTAL 1.414.250 8.720.000

a 12.740.000

*(AZEVEDO, 1998).


“ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO “ATIVIDADE MICROBIANA ENZIMÁTICA (FDA) COMO

BIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADEBIOINDICADORA DA QUALIDADE DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O DE SOLOS PARA O

MONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMIMONITORAMENTO AMBIENTAL EM AGROECOSSISTEMAS DO SEMI----

ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO”

Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual Elaborado conforme as normas da Revista ao qual

foi submetido:foi submetido:foi submetido:foi submetido:

MICROBIAL

ECOLOGY

Capítu lo 2 – At iv idade Microb iana Enzimática (FDA) como Bioindicadora da Qual idade de Solos para o Moni toramento Ambienta l em Agroecossistemas do Semi-Ár ido

31

Atividade Microbiana Enzimática (FDA) como Bioindicadora

da Qualidade de Solos para o Monitoramento Ambiental em

Agroecossistemas do Semi-Árido

*V. C. Ol ive i ra, 2 R. C. Tr indade, 3O. M. Carvalho Fi lho, 4J. L. S. Costa

*Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal de Sergipe, São

Cristóvão-SE, 49100-000, Brasi l 2Departamento de Morfologia, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão-

SE, 49100-000, Brasi l 3Embrapa Semi-Árido, CP 23, Petrol ina-PE, 56302-970, Brasi l 4Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE, 49001-970, Brasi l

Recebido: Aceito:

RESUMO

A emergência da questão do ambiente na agenda social é, em grande parte,

conseqüência da extensão em que a humanidade hoje se apropria dos


natureza. Neste contexto, a biodiversidade presente nos solos constitue um

excelente mediador das condições biológicas do meio ambiente. Nos

ecossistemas do bioma Caatinga, o principal ecossistema existente na

região do Semi-árido, o desmatamento e as queimadas são ainda práticas

comuns no preparo da terra para a agropecuária. Este trabalho investigou o

efeito de práticas agrícolas sobre a comunidade microbiana, em um sistema

agroecológico para propriedades de base familiar, em N. Sr. ª da Glória-SE,

através da atividade microbiológica do solo. Foi aval iada a atividade

enzimática da diversidade microbiana em quatro t ipos de estruturas

agrossilvipastoris: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá

(Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com capim Urocloa


32

mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em

fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Gliricidia sepium. Solos do

ecossistema original, a Caatinga, foram uti l izados como testemunha. Para a

determinação da at ividade microbiológica foi uti l izado o método de

hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). A hidrólise de FDA ocorreu

em todos os agroecossistemas. A atividade microbiológica foi notadamente

alta em solos sob cult ivo de Glir icidia sepium, com 0,605 µg FDA

hidrolisada min-1 g-1 de solo, e foi baixa em solos nativos sob a caatinga,

que atingiu o valor de 0,355 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Portanto

o método de hidrólise de FDA mostrou-se um excelente bioindicador, ao

demonstrar que o sistema de manejo dos agroecossistemas influenciam a

atividade da comunidade microbiana.

Palavras chave: bioindicador, microrganismos, sustentabil idade,

ecossistema.


33

ABSTRACT

The environmental issues are emergencial in the social agenda to the

extent, that the mankind, nowadays, exploit ing the natural resources for

beyond of the regenerative capacity of nature. In this context, the soi l

biodiversity may constitute an excellent indicator of the environmental

shifts. In ecosystems such as the bioma Caatinga, the major one in the

Brazil ian Semi-arid Region the deforestation and the forest fi res are st i l l

common practices for land farming preparat ion. This work invest igated the

effect of agricultural practices on the soil microbial community, in an agro-

ecological dairy system developed for production in small stockholder

farms. The microbial activi ty was evaluated in four agro-forestry-pasture

systems: reforested areas with the tree legume “sabiá” (Mimosa

caesalpiinifol ia); pastures of grass (Urocloa moçambisensis); pastures of

Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated in adensed

rows. The undisturbed native Caatinga grassland was used as a control. For

the analysis of the total soil microbiological activity, the hydrolysis of

fluorescein diacetate (FDA) method was used. This method was efficient in

all agro-forestry-pasture systems. The microbiological act ivity was notably

high in soil under Gliricidia sepium: 0,605 µg FDA hydrolyzed min-1 g-1

soil, and was low under the Caatinga grasslands: 0,355 µg FDA hydrolyzed

of min-1 g-1 soil. Therefore, the FDA method was an excellent bioindicator,

indicat ing that the agro-forestry-pasture systems management influence the

enzymatic soil microbial community activity.

Keywords: bioindicator, microorganismos, sustainabil i ty, ecosystem.


34

Introdução

Como a população do mundo continua a crescer e a produção agrícola

deve encontrar-se com a demanda voltada para o alimento, a expansão da

agricultura em florestas e em terras nativas, combinadas com o crescimento

urbano e industrial, tem reduzido substancialmente níveis da diversidade

biológica em áreas signif icativas [24].

Aproximadamente 7.000 espécies de plantas foram cult ivadas e

coletadas para o al imento por seres humanos desde que a agricultura

começou há aproximadamente 12.000 anos [17]. Hoje, somente 15 espécies

de plantas e 8 espécies animais, aproximadamente, fornecem 90% de nosso

alimento. Quase um terço da área da Terra é usado para a produção do

alimento, fazendo com que a agricultura seja simplesmente a causa da

conversão do habitat em uma base global [13].

Por estas razões, é extremamente importante identi ficar e promover

práticas de manejo e tecnologias visando a conservação e o uso sustentável

dos recursos genéticos existentes no globo terrestre [8,16].

Na região semi-árida do Brasi l, os ecossistemas do bioma Caatinga, o

principal ecossistema existente na região, o desmatamento e as queimadas

são ainda práticas comuns no preparo da terra para a agropecuária, e é um

dos biomas brasileiros mais moidificados pelas at ividades humanas. Os

resultados indicam que 68% da área estão submetidos ao antropismo em

alto grau (Avaliação e Ações Priori tárias para a Conservação da

Biodiversidade da Caatinga, 2002).

A área ocupada pela região Semi-árida no Brasil cobre um total do

974.752 km² nos estados do nordeste (86.48%). A média pluviométrica

anual está entre 80 e 250 milímetros [19].


35

A Embrapa Semi-Árido – instituiu um programa que identificou

maneiras e meios para melhorar o manejo sustentável da biodiversidade na

agricultura (Carvalho OMF et no al. 2000, Sistemas de produção.

Documentos: Embrapa-Semi-Árido). O sistema é uma síntese de

informações tecnológicas obtidas de experimentação e observações em

escala operacional, integrada em um modelo físico de sistema conduzido ao

longo de 15 anos no campo experimental da Embrapa Semi-Árido. As

estruturas agrossilvipastoris são: áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ); pastagens cult ivadas com

capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),

cult ivada em fi leiras adensadas; cercas vivas forrageiras de Glir icidia

sepium; e em solos do ecossistema original (Caatinga) (testemunha) (Figura

1).

O uso de indicadores é então, extremamente necessário para

identif icar problemas em áreas de produção, monitorar a mudança na

qualidade do solo relacionado ao manejo de uma agricultura sustentável, e

à assistência na formulação e avaliação do uso da terra [27]. A biomassa

microbiana é o componente vivo da matéria orgânica de solo e compreende

tipicamente 1 a 5% do índice total da matéria orgânica [26]. Devido à sua

taxa de respiração, a biomassa microbiana pode responder rapidamente às

mudanças na prática de manejo do solo [12].

Por outro lado, a atividade microbiana do solo pode ser avaliada

como a medida das enzimas do solo onde a taxa de reação enzimática indica

a quantidade de enzimas presentes e assim pode-se obter uma estimativa da

atividade microbiológica do solo [1]. O método da hidról ise de diacetato de

fluoresceína (3’, 6’- diaceti l f luoresceina [FDA] tem sido usado para

determinar a quantidade de fungos at ivos [25], de bactérias [15], e

encontrar aceti lesterases em células protistas [ 18 ]. O produto desta

conversão enzimática é a fluoresceína, que pode ser visualizada nas células

por microscopia de f luorescência; e pode ser quantificada pela fluorometria

ou espectrofotometria. Costa [6,7] relatou que as atividades enzimáticas do


36

solo foram indicadores sensíveis para relatar mudanças em propriedades do

solo. As taxas da atividade microbiana incluem a taxa de respiração basal

(evolução do CO2), indicações gerais da atividade enzimática, tais como a

taxa de amonificação da arginina e a hidrólise do diacetato de fluoresceína

(FDA), a at ividade de enzimas endocelulares tais como a deidrogenase e a

atividade das enzimas exocelulares específicas envolvidas em

transformações de nutrientes (por exemplo fosfatases ácidas e

ari lsulfutases) [30].

O objetivo deste estudo foi investigar pelo método da hidrólise de

diacetato de fluoresceína (FDA), a atividade dos microrganismos, como

indicador da qualidade do solo sob diferentes manejos, em

agroecossistemas no Semi-Árido.

A região do nordeste de Brasil é extremamente carente de dados

desta natureza, e não tem estudos relacionados à biodiversidade microbiana

do solo na Região.


37

Métodos

Local e solos

Os locais experimentais estão si tuados na estação de pesquisa da Embrapa

Semi-Árido (10°12'16”S e 37°19'41” W) no município de Nossa Senhora da

Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos tem um histórico de

15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta pela

vegetação nativa (a Caatinga).

Os solos predominantes nesta unidade apresentam grande

diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos, cascalhentos, de alta

ferti l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além de solos l i tól icos

ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade (Carvalho OMF

et al. 2000, Sistemas de produção. Documentos: Embrapa Semi-Árido). O

clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos chuvosos na

região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80 para 250 mm

e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo de 19,8

°C [19].

Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o

que o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l

que foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de

quatro parcelas (Fig. 1):

a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema

as plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a

partir do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são

efetuados em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem

ao solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam,

1,70 m de altura, são feitas podas para fenação ou ensilagem,

conforme as condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em


38

estado fresco aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos,

permitir-se o pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a

duas horas/dia) é permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para

ensi lagem.

b. áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas - áreas plantadas

principalmente com sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.) e em

menor proporção, outras leguminosas.

c. pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck).

Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos

de dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente)

e os valores culturais dessas sementes.

d. palma forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler) - Neste sistema a

palma forrageira é estabelecida em espaçamentos de 3,0m x 0,25m

cult ivada em fi leiras adensadas; implica necessariamente em

adubações intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton

de esterco/ha; fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o

plantio e roçagens, após estabelecida a palma) são realizadas de

maneira a manter o palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a

produção desejada. A vantagem desse sistema, em relação ao

adensamento convencional (2 x 0,5)m é que permite o plantio de

milho e/ou feijão no primeiro ano e redução considerável dos custos

de roçagem, inviabil izados no neste últ imo. Os cortes para

fornecimento aos animais são efetuados a cada dois anos a partir do

segundo ano do plant io.

A área nativa do ecossistema original – o bioma da Caatinga - está

separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância

de populações significat ivas de Caesalpinia pyramidalis Tul. , Annona

vepretorum Mart. & Desv., Opuntia palmadora Britt. & Rose, (Fonseca,

Universidade Estadual de Campinas, Tese de Doutorado, São Paulo, 187 p,

1991).


39

Coleta do Solo

O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um

trado, onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e

das propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula)

foi georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a

latitude, a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram

coletadas em cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a

homogeneização, as subamostras se constituíram de uma amostra composta,

e colocadas em sacos de plásticos e transportados ao laboratório para

processar a anál ise, dentro de um período de 24 h. O solo foi sempre

passado por uma peneira (< 2 mm) e armazenado à 5 ºC para a análise das

propriedades microbiológicas. A capacidade de campo das amostras foi

ajustada para 80% antes de iniciar as anál ises.

Atividade Microbiológica dos Solos

A atividade microbiana total foi estimada pelo método da hidrólise de

diacetato de f luoresceína (FDA), primeiramente desenvolvida por Schnurer

e Rosswall [26] e adaptado por Costa [5, 6].

Para isto, oito gramas do solo foram incubadas com 50 ml de tampão

fosfato de potássio, 60 mM pH 7,6 por 40 minutos em um agitador (125

rpm) à 27º C em Erlenmeyer de 120 mL. Subsequentemente, 0,5 mg de FDA

(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) dissolvida em 250 µ L de acetona

foram adicionados para cada suspensão e novamente incubados por 60

minutos. Após a incubação, 2 mL do sobrenadante foi transferido para um

tubo de centrífuga seguido pela adição de um volume igual de acetona para

paralisar a reação. Os tubos foram centrifugados durante 10 minutos à 5000

g. Efetuou-se então, a leitura da densidade ót ica em espectrofotômetro

(Spectronic 21D), para a determinação da absorbância no comprimento de

onda de 490 nm.


40

A quantidade da fluoresceína hidrol isada produzida em µg/min/g de

solo foi calculada de acordo com uma curva padrão preestabelecida para

estes solos [6].

Análise estatística

A análise de variância foi feita com um experimento inteiramente

casualizado com cinco tratamentos, com três repetições. Para a comparação

de médias foi uti l izado o teste de Tukey ao nível de 5%. Análises de

dispersão e correlação foram uti l izadas para estabelecer as relações entre

as variáveis concentração de diacetato de fluoresceína e a quantidade de

FDA hidrolisada dos diferentes tipos de solos. As análises foram efetuadas

com o programa Sisvar, versão 4.3 Build 42 (Ferreira, DF, Sistema de

análises estatísticas. Lavras: UFLA, 1999).


41

Resultados

A hidrólise de FDA ocorreu em todas os agroecossistemas. A atividade

microbiológica foi notadamente alta em solos sob cult ivo de Gliricidia

sepium, com 0,605 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo, e foi baixa em

solos nativos sob a caatinga, que atingiu o valor de 0,355 µg FDA

hidrolisada min-1 g-1 de solo (Fig. 3), que por sua vez, foi semelhante ao

solo sob palma forrageira Opuntia fícus indica, obtendo um valor de 0,387

µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo. Os níveis de atividade

microbiológica dos agroecossistemas constituídos pelos solos sob pastagem

Urocloa mosambicensis (Fig. 3) e áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas (Mimosa caesalpiniaefolia )- também foram similares entre si

apresentando valores de 0,544 e 0,519 µg FDA hidrolisada min-1 g-1 de

solo, respectivamente.

A anál ise de dispersão demonstrou que as concentrações de

fluoresceína de diacetato uti l izadas foram posit ivamente correlacionado

com a quantidade de FDA hidrolisada min-1 g-1 de solo (Fig. 4). O

coeficiente de correlação (R2) foi menor nos solos sob palma forrageira

sendo R2 = 0,7088 e maior nos solos sob pastagem cult ivada com Urocloa

mosambicensis, R2 = 0,9928; e o restante variando de R2= 0,8379

(Caatinga) a R2= 09354 (banco de proteína de Gliricida sepium).


42

Discussão

Neste estudo invest igou-se o efeito de diferentes manejos do solo na

comunidade microbiana. O método da hidról ise de diacetato de fluoresceína

(FDA) se revelou um bioindicador de sucesso, sendo capaz de diferenciar

os solos de cinco agroecossistemas quanto à atividade microbiana, após 15

anos de manejo.

A diversidade microbiana, em virtude de os microrganismos estarem

na base da cadeia trófica e intrinsecamente associados aos diversos

processos ecológicos do solo, tem figurado como um importante indicador

da qualidade do solo [30]. Numerosos estudos têm comparado comunidades

microbianas entre solos de diferentes ecossistemas ou de longos períodos

de manejos, assim como solos agricultáveis com solos de floresta ou

sistemas nativos [1,23,26, 28].

A determinação da hidrólise do FDA tem a vantagem de ser simples,

rápida, e sensível, e vem sendo út i l , especialmente para estudos

comparativos da at ividade microbiana em vários sistemas [31].

Neste estudo, em comparação com o solo da Caatinga, o solo

cult ivado com Glir icida sepium, e em seguida, o solo cult ivado sob

pastagem, demonstraram um aumento da atividade microbiana. Isto,

provavelmente, se deve a um aumento da matéria orgânica e

conseqüentemente, à presença e a disponibil ização de tecidos e substâncias

diferentes aos microrganismos no solo, sugerindo a presença de uma

comunidade microbiana altamente ativa metabolicamente. Colabora também

para essa alta atividade microbiana, a deposição elevada de material

vegetativo na superfície do solo em detrimento dos cortes periódicos

freqüentes na leguminosa (Gliricida sepium) para alimentação bovina.


43

Chander [3] e Oliveira et al. , [22] relatou que a incorporação à terra

de materiais orgânicos de constituições diferentes, como gramínea e

leguminosas, afeta a biomassa microbiana, e em condições do campo,

quando não tem a remoção dos resíduos vegetal, o desenvolvimento da

flora microbiana é beneficiado. As leguminosas forrageiras, quando fixam

N2 por meio da simbiose como bactérias dos gêneros Rhizobium e

Bradyrhizobium, constituem-se em uma importante alternativa para suprir

nitrogênio às pastagens manejadas extensivamente [11].

Entretanto, a baixa atividade microbiológica obtida nos solos da

Caatinga, quando comparado com os outros tratamentos, provavelmente

responde às condições típicas do clima semi-árido, que podem ser

desfavoráveis aos microrganismos que vivem neste habitat. De acordo com

Mendes [19], as secas diminuem a biodiversidade de maneira direta, agindo

sobre as espécies da cobertura vegetal e sobre os organismos vivos do solo,

que por falta de água e cobertura morrem ou deixam de crescer e se

reproduzir, podendo acelerar a oxidação da matéria orgânica e a salinização

do solo. Nilsson e Rülcker [20] estudaram a variação na atividade de hifas

de fungos metabolicamente ativas durante três estações do ano uti l izando o

método da hidrólise de diacetato de fluoresceína (FDA). Foi observado que

houve uma regressão de 50% na variação da at ividade de FDA em hifas

ativas quando estas eram expostas à temperaturas elevadas e quantidade

escassa de água em verão intenso.

Apesar de o sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia ) ser uma das

leguminosas tropicais arbóreas mais importantes, pela sua comprovada

resistência à seca e rápido crescimento [2], essa cultura pode ser afetada

pela acidez do solo, onde o sucesso no estabelecimento da nodulação e

fixação de N2 das leguminosas forrageiras depende de uma nutrição

fosfatada adequada. Como as micorrizas aumentam a absorção de P, este

elemento é de grande valor para a melhoria da f ixação do N atmosférico,

crescimento e efetiva nodulação da planta [9, 27], podendo ser este um


44

fator que justi f icasse a baixa atividade microbiana demonstrada neste solo,

ou seja, a disponibil idade de nutrientes adequados no solo.

Recentemente, Nsabimana et. al [21], reportou a at ividade

microbiana de solos de vários agroecossistemas que possuem um longo

período de manejo: solo cult ivado com milho (Zea mays), solo com capim

Lolium multif lorum, solo sob pastagem com capim kikuyu e, pastagem com

capim Pennisetum clandestinum, solo sob Eucalyptus grandis e solo sob

floresta nativa de Pinus patula. Verificaram que, em comparação com o

ecossistema nativo, a pastagem permanente de capim kikuyu resultou em

um aumento na taxa de hidrólise de acetato de fluoresceína; e em contraste,

no solo sob o cult ivo de milho com cult ivo convencional (CC) e não-

convencional (NC) e capim Lolium multif lorum houve uma redução da

atividade microbiana. Desta forma, concluíram que o uso de terra teve

efeitos substanciais na at ividade da comunidade microbiana do solo e que

estas mudanças poderiam amplamente ser relacionadas às mudanças no

índice da matéria orgânica de solo [4, 29].

Costa [5] também obteve sucesso ao uti l izar a hidrólise de diacetato

de fluoresceína como um indicador da qualidade do solo sob cinco

ecossistemas incluindo: solo de mata nativa - Cerradão, solo + efluente

industrial – sob pastagem de B. brizantha (SE) e três tipos de solos

degradados também sob pastagem de B. brizantha submetidos a diferentes

sistemas de manejo para sua recuperação, solo degradado I, solo degradado

II – 7 anos de cult ivo e solo degradado – 12 anos de cult ivo. O solo de

mata nativa e o solo + efluente industrial apresentaram os maiores níveis de

atividade microbiológica sugerindo que a aplicação de efluente estimulou a

população existente através da alteração do ambiente um ecossistema em

equilíbrio dinâmico.

Acredita-se geralmente que as medidas diretas da diversidade

funcional de comunidades microbianas, ou seja, a diversidade das atividades

microbianas no solo é mais provável para fornecer informações mais


45

relevantes dos solos do que medidas da diversidade da espécie [10]. Ela

assume grande importância em avaliações ecológicas dos microrganismos

dentro do ecossistema, sobretudo, porque se conhece muito pouco sobre a

relação entre diversidade estrutural e funcional desses microrganismos [31]. A

diversidade das funções na decomposição executadas por microrganismos

heterotróficos representa um componente importante da diversidade

funcional microbiana. Uma redução na diversidade catabólica sugere a

presença de uma comunidade microbiana com uma função menos resil iente

da decomposição, particularmente em resposta ao stress ambiental [28].

A atividade metabólica do solo é fortemente influenciada pela

presença de raízes e materiais orgânicos em decomposição. Na rizosfera,

observa-se uma intensa atividade microbiana, em razão da presença de

exsudatos e secreções radiculares que representam as maiores fontes de

carbono prontamente disponíveis para os microrganismos [11].

Enfim, há poucos estudos que relatam os efeitos específicos de

diferentes sistemas de manejo (agroecossistemas) nas comunidades

microbianas visando a recuperação do solo [14]. Este trabalho contribuiu,

portanto, para uma melhor compreensão da relação entre os diferentes

sistemas de manejo e suas mudanças resultantes na ecologia microbiana do

solo e suas funções, sendo extremamente importante e necessário para o

desenvolvimento de sistemas de produção mais eficientes e sustentáveis.

Neste trabalho, os quatro diferentes agroecossistemas no Semi-Árido

sergipano induziu uma atividade substancial da comunidade microbiana do

solo. Isto comprova mais uma vez, o sucesso do método FDA (hidrólise de

acetato de fluoresceína), para ser usado para monitorar sistemas que podem

reverter solos que já estiveram em processo de degradação, na

recomposição sustentável, como ocorreu neste caso, especialmente no

Semi-Árido.


46

Referências

1. Alef, K (1995) Estimation of the hydrolysis of fluorescein diacetate. In:

Alef, K., Nannipieri , P. (Eds.), Methods in Appl ied Soil Microbiology

and Biochemistry. Academic Press, London, pp. 232–238

2. Almeida, RT de, Freire VF, Vasconcelos I (1987) Efeitos da interação

Glomus macrocarpum, Rhizobium sp. E níveis crescentes de fosfatos de

rocha sobre o desenvolvimento de mudas de sabiá (Mimosa

caesalpiniaefolia ) e de leucena (Leucena leucocephala Lam. e Witt.).

Ciên Agron, 18:131-136

3. Chander K, Goyal SMC, Kapoor MKK (2000) Organic matter, microbial

biomass and enzyme activity of soils under different crop rotations in

the tropics Biology and Fert i l i ty of Soils 24: 306 - 310

4. Chauvel A, Grimaldi M, Barros E, Blanchart E, Desjardins T, Sarrazin

M, Lavelle P (1999) Pasture damage by an Amazonian earthworm.

Nature 398:32-33

5. Costa JLS, Godoi LC (2002) Hydrolysis of fluorescein diacetate as a

soil quali ty indicator in different pasture systems. In: International

technical workshop on Biological Management of soil ecosystems for

sustainable agriculture. Londrina, p. 83-84

6. Costa JLS, Menge JA, Casale Wl (2000) Biological control of

Phytophthora root rot of avocado with microorganism grown in organic

mulches. Brazil ian J. Microbiol. 31:239 - 246

7. Costa JLS, Menge JA, Casale Wl (1996) Investigation On Some Of The

Mechanisms By Which Bioenhanced Mulches Can Suppress

Phytophthora Root Rot Of Avocado. Microbiol. Res. 151: 183 - 192

8. Doran WJ (2002) Soil health and global sustainabil ity: translat ing

science into practice. Agric Ecosys Environ 88:119-127

9. Gibbson, AH (1976) Limitation to dinitrogen fixation in legumes. In:

International symposium of nitrogen fixation. University Press,

Washington, pp.400-428


47

10.Gil ler KE, Beare MH, Lavelle P, Izac AMN, Swift MJ (1997)

Agricultural intensificat ion, soil biodiversity and agroecosystem

function. Appl Soil Ecol 6:3–16

11.Grayston SJ, Vaughan D, Jones D (1996), Rhizosphere carbon flow in

trees, in comparison with annual plants: the importance of root

exudation and its impact on microbial activity and nutrient availabi l i ty,

Appl Soil Ecol 5:29-56

12.Haynes RJ (1999) Size and activi ty of the soil microbial biomass under

grass and arable management. Biol Fert i l Soils 30:210–216

13.Haynes RJ, Dominy CS, Graham MH (2003) Effect of agriculture land

use on soil organic matter status and composit ion of earthworm

communities in KwaZulu-Natal, South Africa Agric Ecosyst Environ

95:453–464

14.Lupwayi NZ, Rice WA, Clayton GW (1998) Soil microbial diversity and

community structure under wheat as influenced by til lage and crop

rotation. Soil Biol Biochem 30:1733-1741

15.Lundigren B (1981) Fluorescein diacetate as a stain of metabolically

active bacteriain soil . Oikos 36:17-22

16.Karlen DL, Musbach, MJ, Doran JW, Cline RG, Harris RF, Schuman

GE (1997) Soil quality: a concept, definit ion, and framework for

evaluation. Soil Sci Soc Am J. 61:4-10

17.Laakso J, Setala H (1999) Sensivity of primary produciton to changes in

the architecture of belowground food webs. Oikos 7:57-64

18.Medzon E L, Brady ML (1969) Direct measurment of acetylesterase in

l iving protist cells. J Bacteriol 97:402-415

19.Mendes, BV (1997) Biodiversidade e Desenvolvimento Sustentável do

Semi-Árido. Benedito Vasconcelos Mendes, Fortaleza, SEMACE pp.210

20.Nilsson M, Rülcker C (1992) Seasonal variation of act ive fungal

mycelium in an ol igotrophic Sphagnum mire. Soil Biol Biochem

24:795-804

21.Nsabimana D, Haynes R J, Wall is F M (2004) Size, activi ty and

catabolic diversity of the soi l microbial biomass as affected by land use.

Appl Soil Ecol, In Press, Corrected Proof, Available online 6 February


48

22.Oliveira, RLB, Rangel, JHA, Melo, AS, Costa, LAS, Goes, MPP (2002)

Níveis de matéria orgânica e nitrogênio em solos de tabuleiros costeiros

cult ivado com gliricídia (Gliricídia sepium) e braquiária (Brachiaria

brizantha). In: Congresso de iniciação cientí fica. São Cristóvão,

Sergipe, pp. 163

23.Ovreas L, Torsvik V (1998) Microbial diversity and community

structure in two different agricultural soil communities. Microb Ecol

36:303-315

24.Power, JF (1996) Requeriments for a sustainable agriculture for the next

generation. In: Nath, B., et alk, (Eds), Proceedings of the International

Conference on Environmental Pollution Vol. I, Budapest, Hungary, 15-

19 April , 1996. European Centre for Pollution Research, University of

London, London E1 4NS, UK, pp. 92-98.

25.Soderstrom BE (1977) Vial staining of fungi in pure cultures and in soil

with fluorescein diacetate. Soi l Biol Biochem 9:59-63

26.Schnurer J, Rosswall T (1982) Fluorescein diacetate hydrolysis as a

measure of total microbial activity in soil and l i tter. Appl Environ.

Microbiol. 43:1256-1261

27.Siqueira JO, Moreira FMS, Grisi BM, Hungria M, Araujo RS (Eds.)

(1994) Microrganismos e processos biológicos do solo: perspectiva

ambiental. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, Centro

Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão; Centro Nacional de Pesquisa de

Soja.- Brasíl ia: EMBRAPA- SPI,. 142p. (EMBRAPA- CNPAF.

Documentos, 45)

28.Sparling GP (1997) Soil microbial biomass, act ivity and nutrient cycling

as indicators of soil health. In: Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta,

V.V.S.R. (Eds.), Biological Indicators of Soil Health. CAB

International, Wall ingford, pp. 97–119.

29.Stahl PD, Parkin TB, Christensen M (1999) Fungal presence in paired

cult ivated and uncult ivated soils in central Iowa, USA. Biol Fert i l Soils

29: 92–97

30.Tabatabai A (1994) Soil enzymes. In: Waver, R.W, Angle, J.S.,

Bottomley, P.S. (Eds.), Methods of Soil Analyses, Part 2.


49

Microbiological and Biochemical Properties, second ed. Soil Sci Soc

Am, Madison, WI, USA, pp.775-833.

31. Zil l i É J R, Gouvêa N X, Ribeiro G C, Costa L H, Neves P C M (2003)

Diversidade microbiana como indicador de qualidade do solo. Cad de

Ciência & Tec 20: 391-411


50

Fig. 1. Diferentes agroecossistemas, localizados em propriedades de produção

de lei te para propriedades de base familiar, em Nossa Senhora da

Glória-SE. A. Pastagens cult ivadas com capim Urocloa

mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.). C.

Cercas vivas forrageiras de gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)

Steud); D. Palma forrageira (Opuntia ficus-indica L. Mil ler),

cult ivada em fi leiras adensadas;

B A

C D


51

Fig. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições

das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma

(PM), gli ricidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e

Caatinga (Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As

setas indicam a direção ao longo dos transectos,

aproximadamente 1, 2, 4, 8 e 15 m entre dois círculos.

*A = Altitude

10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)

10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)

10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)

267m *A

10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)

PM

P

GL

AR

8 m

4 m

15 m

2 m

Caa

10º12’53” (S) 37º19’23” (W)

2000 M

1 m

266m *A

269m *A

267m *A

247m *A


52

Fig. 3. Hidrólise de f luoresceína como indicador da atividade

microbiológica em solos de quatro agroecossistemas e solo

de Caatinga, no Semi-Árido.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

25 50 100

Concentração de FDA

ug F

DA

hid

rolis

ada

8 g

solo

/60

min

Gliricidia

Pastagem

Palma

Caatinga

Áreasreflorestadas

µµµµg/µµµµ l

µµ µµg


53

Fig. 4. Análise de dispersão entre as concentrações de diacetato de

f luoresceína uti l izada (eixo x:µµµµg/ml) e a quantidade de FDA

hidrolisada (eixo y:µµµµg de FDA hidrolisada/8 g solo/60min) de

solos de quatro agroecossistemas e solo de Caatinga, no

Semi-Árido.

Caatinga

y = 0,0035x + 0,0522R2 = 0,8379

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 20 40 60 80 100 120

Áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas

y = 0,0047x + 0,0422R2 = 0,9044

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100 120

Palma forrageira Opuntia ficus indica

y = 0,0034x + 0,1014R2 = 0,7088

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 20 40 60 80 100 120

Banco de Proteína de Gliricidia sepim

y = 0,0056x + 0,067R2 = 0,9354

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 20 40 60 80 100 120

Pastagens cultivadas com capim Urocloa moçambisensis

y = 0,0054x + 0,02R2 = 0,9928

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 20 40 60 80 100 120


“POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES “POPULAÇÃO MICROBIANA DE SOLOS SOB DIFERENTES

AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMIAGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO SEMI----ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO” ÁRIDO”

Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será

submetido:submetido:submetido:submetido:

Revista Brasileira de

Ciência do Solo

Capítu lo 3 - População Microbiana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nat iva no Semi-Ár ido

55

População Microbiana de Solos sob Diferentes

Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Árido1

V. C. Oliveira I ; R. C. TrindadeI I ; O. M. Carvalho Filho I I I ; J. L.

S. CostaIV

IBolsista do CNPq/Programa Rhae – Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE,

49001-970. E-mail:[email protected] I I Professora e Chefe do Departamento de Morfologia, Universidade Federal de Sergipe. E-

mail:[email protected] I I I Pesquisador III Embrapa Semi-Árido, CP 23, Petrolina-PE, 56302-970, Brasil. E-

mail:[email protected] IV Pesquisador III da Embrapa Tabuleiros Costeiros, CP 44, Aracaju-SE, 49001-970. Bolsista

do CNPq. E-mail:[email protected]

Recebido: Aceito:

RESUMO

A população microbiana do solo apresenta um papel fundamental na

dinâmica de nutrientes em diferentes ecossistemas. Dentre os indicadores da

qualidade de solos, a população microbiana destaca-se por sua relação com a

matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e f luxo de energia e, desta forma,

pode refletir a sustentabil idade de um solo sob determinado manejo agrícola.

Neste trabalho pretendeu-se monitorar a população microbiana sob quatro

diferentes agroecossistemas com 15 anos de cult ivo: áreas reflorestadas com

1 Parte da Tese de Mestrado do primeiro autor, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente - Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal Rural de Sergipe - UFS


56

leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas

com capim Urocloa mosambicensis; palma forrageira (Opuntia f icus-indica),

cult ivada em fi leiras adensadas; bancos de proteínas de Gliricidia sepium.

Solos do ecossistema original, a Caatinga, foram uti l izados como testemunha.

A avaliação constituiu-se da determinação da população de fungos, bactérias e

actinomicetos pelo método de diluição do solo por contagens de placa de Petri

contendo diversos meios de cultura seletivos para fungos, bactérias e

actinomicetos. O solo sob a palma foi o que mais favoreceu as densidades

populacionais de fungos e actinomicetos: 21 e 127 ufc x 10g/solo. As mais

elevadas populações bacterianas foram encontradas nos solos sob a Caatinga

(32 ufc x 10g/solo) e Glir icidia sepium (28 ufc x 10g/solo). Comparando todos

os tratamentos, o solo sob a palma, uma vegetação nativa, foi aquele que

demonstrou a maior população microbiana total. Uma maior diversidade de

fungos foi encontrada contudo, sob o solo da Caatinga, nos quais foram

identif icados os gêneros predominantes Aspergil lus spp., Penici l l ium spp.,

Stachybotrys sp., Gliocladium spp., Chaetomium sp. No solo sob a palma, foi

encontrada a dominância dos gêneros Syncephalastrum sp., Aspergil lus spp. e

Penici l l ium sp. No solo sob Gliricidia sepium foram predominantes os gêneros

Syncephalastrum sp. e Penicil l ium sp. Um único gênero foi predominante na

área reflorestada (Stachybotry sp.) e no solo sob pastagem (Penici l l ium spp.).

Dessa forma, a identif icação desta biodiversidade, reflete a importância do

solo da Caatinga, demonstrando que um solo de ecossistema original pode ter

um equi líbrio de populações nas comunidades microbianas que um

agroecossistema sob interveniência não possui.

Termos de indexação: Bioindicador; Comunidade; Bactérias; Fungos;

Act inomicetos; Sustentabil idade.


57

Soil microbial population in agro-forestry-pasture systems and

undisturbed native grassland in the Semi-Arid

SUMMARY

The soil microbial populat ion plays an important role on nutrient

dynamics in different ecosystems. Among many soil quality indicators, the

microorganisms are distinguished due to its relationship with organic matter,

nutr ient cycles and energy flow. Hence, they can reflect the soil sustainabil i ty

as a response to the agrosystem management. This research intended to

determine the microbial population in four dif ferent 15-year-old agro-

forestry-pasture systems: reforested areas with the tree legume legume –

“sabiá” (Mimosa caesalpiniaefolia); pastures of grass (Urocloa

moçambisensis); pasture of Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus

indica) cult ivated in adensed rows. The undisturbed native Caatinga grassland

was used as a control. The assessments included microbial populations

determined by soil di lution plate counts on selective culture media for fungi,

bacteria and actinomycetes. The soil under the palm crop presented the

highest fungi and actinomycetes populations: 21 and 127 cfu x 10g/soil. The

highest soil bacteria population was found in the soil from the native

grassland (Caatinga) (32 cfu/10g/soi l) and Gliricidia sepium (28 cfu/

10g/soil). Comparing all the treatments, the soil from the palm crop, a native

vegetation, was the one wich presented the highest microbial population.

However,the highest fungi diversity was found in the soi l from the Caatinga,

in which Aspergil lus spp., Penicil l ium spp., Stachybotrys sp., Gliocladium

spp., Chaetomium sp. genera were identi f ied. In the soil from the palm crop,

found the dominance of the Syncephalastrum sp., Aspergi l lus spp. and

Penici l l ium sp was registered. In the soil from Gliricidia sepium,

Syncephalastrum sp. and Penicil l ium sp. genera were predominant. A single

genus was predominant from the reforested area (Stachybotry sp.) and in the


58

soil from pasture (Penicil l ium spp.). The characterization of this biodiversity,

reflects the importance of the soil from the Caatinga, the original ecosystem

rendenring a equil ibrium in the microbial communities that a disturbed

agroecosystems does not have.

Index terms: Bioindicator; Community; Bacteria; Fungi; Actinomycetes;

Sustainabil i ty


59

INTRODUÇÃO

Os solos e seus organismos podem ser afetados pela maneira como o homem

maneja este recurso natural (Parkinson, 1991). A atividade agrícola

predatória, o desmatamento exacerbado, a poluição e as mudanças globais

podem ter efeitos deletérios sobre a biodiversidade e os processos ecológicos

do solo, com conseqüências nefastas para o homem e o seu ambiente tais

como: perda do potencial de produção agrícola, redução das taxas de

decomposição da matéria orgânica, ruptura ou alterações nos ciclos globais de

nutr ientes, aumento das emissões de gases causadores do efeito estufa,

degradação de terras, erosão e desertif icação (Rasmussem et al., 1998; Zil l i et

al. , 2003). Por isso, o solo deve ser manejado de maneira que possa sustentar

a produtividade, tanto nas áreas cult iváveis como nas áreas de reserva natural.

A elaboração de estratégias deve considerar as peculiaridades da

diversidade microbiana e da biodiversidade de solos, dada a importância deste

componente biológico para o funcionamento do Planeta e para a

sustentabil idade de atividades econômicas, como a agricultura (Si lva, 2000).

Outra justif icativa para um esforço integrado de pesquisa e prospecção

tecnológica da biodiversidade de solos é a falta de conhecimento da

verdadeira extensão desta diversidade nos bioma tropicais, e, inexistente no

Domínio do Semi-árido.

Mendes (1997) informa que nos ecossistemas do bioma Caatinga,

aproximadamente 80% dos ecossistemas originais já foram antropizados pelo

desmatamento e queimadas, os quais são ainda práticas comuns no preparo da

terra para a agropecuária que, além de destruir a cobertura vegetal, prejudica

o equi líbrio da manutenção de populações microbianas do solo determinando

mudanças quantitativas e qualitativas nos microrganismos (Azevedo, 1998).


60

Desta forma, a agricultura atual visa o desenvolvimento de programas,

comprometidos com a conservação dos solos, como é o caso do

“Desenvolvimento de modelo de agroecossistema sustentável”, no sertão

sergipano do São Francisco (Carvalho Filho OM et al. 2000, Sistemas de

produção. Documentos: Embrapa Semi-árido).

Para a avaliação da qualidade de um solo, tem sido postulada a

necessidade de identif icação de parâmetros indicativos do seu estado de

conservação e/ou degradação. Entre essas atividades figuram as avaliações de

atividade microbiana, como a respiração do solo e a ut i l ização de fontes de

carbono, e a quanti f icação da biodiversidade de macro e microorganismos

(Turco e Blume, 1999).

A biodiversidade microbiana representa uma complexa comunidade,

praticamente desconhecida, principalmente em termos de comportamento e

interações com o ambiente em que se insere (Colozzi Filho et al., 1999).

Kennedy e Smith (1995) consideram que a verdadeira extensão e dimensão da

diversidade dos microrganismos do solo são ignoradas. O tamanho da

população e a atividade de cada um desses grupos de microrganismos no solo

são extremamente variados e influenciados pelas condições do ambiente

(Colozzi Fi lho et al ., 1999). Para Drozdowicz (1977), pode-se observar dentro

do mesmo ecossistema, uma diversificação equil ibrada da população

microbiana do solo, tanto em espaço como em tempo e, entre os vários fatores

que controlam o equilíbrio dinâmico desta população, o fator nutrit ivo é o

mais importante.

Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar a população fúngica,

bacteriana e de actinomicetos, de solos em quatro diferentes agroecossistemas

e sob vegetação nativa, no Semi-Árido.


61

MATERIAL E MÉTODOS

Local e solos

Os locais experimentais estão situados na estação de pesquisa da Embrapa

Semi-Árido (10°12'16” S e 37°19'41” W), no município de Nossa Senhora da

Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos têm um histórico de

15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta pela

vegetação nativa (Caatinga). Os solos predominantes nesta unidade

apresentam grande diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos,

cascalhentos, de alta fert i l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além

de solos l i tól icos ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade

(Carvalho Filho OM et al. 2000, Sistemas de produção. Originais: Embrapa

Semi-Árido). O clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos

chuvosos na região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80

para 250 mm e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo

de 19,8 °C (Mendes, 1997).

Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o que

o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l que

foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de quatro

parcelas (Figura 1):

a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema as

plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a partir

do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são

efetuados em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem ao

solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam, 1,70 m de

altura, são feitas podas para fenação ou ensi lagem, conforme as

condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em estado fresco


62

aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos, permitir-se o

pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a duas horas/dia) é

permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para ensilagem.





Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos de

dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente) e os

valores culturais dessas sementes.



cultivada em fi leiras adensadas; impl ica necessariamente em adubações

intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton de esterco/ha;

fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o plantio e roçagens,

depois de estabelecida a palma) são realizadas de maneira a manter o

palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a produção desejada. A

vantagem desse sistema, em relação ao adensamento convencional (2 x

0,5)m é que permite o plantio de milho e/ou feijão no primeiro ano e

redução considerável dos custos de roçagem, inviabil izados no neste

últ imo. Os cortes para fornecimento aos animais são efetuados a cada

dois anos a partir do segundo ano do plant io.


separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância de

populações signif icativas de Caesalpinia pyramidalis Tul., Annona


Universidade Estadual de Campinas, Tese de Doutorado, São Paulo, 187 p,

1991).


63

Coleta do Solo

O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um trado,

onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e das

propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula) foi

georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a latitude,

a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram coletadas em

cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a homogeneização, as

subamostras se constituíram de uma amostra composta, e colocadas em sacos

de plást icos e transportados ao laboratório para processar a análise, dentro de

um período de 24 h. O solo foi sempre passado por uma peneira (< 2 mm) e

armazenado à 5 ºC para a análise das propriedades microbiológicas.

Determinação da População de fungos, bactérias e actinomicetos

Para a determinação da população microbiana foram pesados 10g de solo, de

cada uma das amostras, e adicionados em frascos contendo 90 ml de água

desti lada e esteri l izada. Os frascos foram agitados por 40 minutos a 120 rpm.

A partir deste frasco, foi realizada uma diluição decimal em série até

1:10.000, para fungos e actinomicetos e, 1:100.000 para bactérias. A seguir,

foi transferida uma alíquota de 1 ml, com o auxíl io de uma micropipeta de

cada uma das diluições para placas de Petri e, em seguida vert ido o meio de

cultura.

Os meios de cultura uti l izados foram: Martin (Menzies, 1965)

modificado, para fungos (ágar 17g, KH2PO4 0,5g, K2HPO4 0,5g, MgSO4, 0,5g,

peptona 0,5g, dextrose 10g, extrato de levedura 0,5g, rosa de bengala 0,05g,

streptomicina 0,3g (adicionada após autoclavagem) e água desti lada 1000 ml

q.s.p.); Thornton (Parkinson et al. , 1971), para bactérias (extrato de carne 3g,


64

peptona 10g, NaCl 5g, ágar 20g e água desti lada 1000ml q.s.p.) e Waksman

(1961), para actinomicetos (ágar 20g e água desti lada 1000 ml q.s.p. pH10).

As placas foram incubadas à 27 ºC no escuro, por um período de 24 h, para

bactérias, e 48 horas, para fungos e actinomicetos.

Após esse período foram feitas observações da presença de unidades

formadoras de colônias (UFC), o qual procedeu-se a contagem, uti l izando um

contador de colônia Phoenix, model EC550 A.

Os dados foram analisados uti l izando-se a comparação pelo teste de

Tukey a 5% de probabil idade pelo programa Sisvar, versão 4.3 Build 42

(Ferreira, DF, Sistema de análises estatísticas. Lavras: UFLA, 1999), com um

experimento inteiramente casualizado com cinco tratamentos com sete

repetições.


65

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste estudo, di ferenças nas características da comunidade microbiana do solo

associados com diferentes tipos de agroecossistemas foram detectados

uti l izando o método convencional de di luição de placas. A dinâmica da

população de fungos, bactérias e actinomicetos diferiu estatisticamente em

função de cada tratamento.

Quanto à população de fungos, os tratamentos solo sob a palma

(Opuntia fícus indica) e solo sob bancos de proteína (Gliricida sepium) não

diferiram estatisticamente entre si , apresentando uma maior densidade

populacional correspondente a 21 e 20 ufc x 10g/solo, respectivamente, em

relação ao solo sob área reflorestada (11 ufc x 10g/solo), solo sob a caatinga,

(6 ufc x 10g/solo) e solo sob pastagem, o qual apresentou a menor densidade

populacional fúngica: 2 ufc x 10g/solo (Figura 3).

Uma maior diversidade de fungos foi encontrada sob o solo da Caatinga,

nos quais foram identif icados (Barnett e Hunter, 1972) os gêneros Aspergil lus

spp., Stachybotrys sp., Gliocladium spp., Chaetomium sp. No solo sob a

palma, foi encontrada a predominância dos gêneros Syncephalastrum sp.,

Aspergi l lus spp. e Penici l l ium sp. No solo sob Gliricidia sepium foram

predominantes os gêneros Syncephalastrum sp. e Penicil l ium sp. Um único

gênero foi predominante na área reflorestada (Stachybotry sp.) e no solo sob

pastagem (Penicil l ium spp.).

Todos esses microrganismos encontrados nestes solos têm em comum, a

sobrevivência em restos de plantas em decomposição e celulose decomposta

(feno, palhada) e a tolerância a altas temperaturas (até 37º C) e ambientes

secos, alguns até xerófi los, como algumas espécies de Aspergil lus; o

crescimento não é influenciado pelo pH do solo. Diversas espécies possuem

importância biotecnológica como o gênero Chaetomium sp., que é relatado por


66

sua principal função, que é a decomposição de fibras de celulose. Outros

gêneros como Penici l l ium sp. são produtores de antimicrobianos antifúngicos.

Aspergi l lus sp. é aplicado na produção de alimento, no processo de

fermentação e produção de cortisona e pode também decompor o plást ico

(Laboratory Microbiology Enviromental, 2004).

Assim, este resultado demonstra que um solo de ecossistema original

pode ter um equilíbrio que um agroecossistema não possui, existindo o

consenso de que a diversidade microbiana está diretamente relacionada à

estabil idade do ecossistema (Kennedy, 1999). A abundância de algumas

espécies de microrganismos parece não ser tão importante quanto a

manutenção da diversidade, isso porque a abundância reflete de forma mais

imediata a flutuação microbiana de curto prazo e a diversidade revela o

equilíbrio entre os diversos organismos e os domínios funcionais no solo

(Kennedy, 1999; Lavelle, 2000). E, de certa forma, a identif icação desta

biodiversidade, reflete a importância do solo da Caatinga para este

ecossistema e, para o Semi-Árido como um todo.

Cruz et al. (2000) encontrou variação no número de colônias fúngicas

entre cinco amostras de solo provenientes de áreas distintas. Por outro lado,

Godoi (2001) avaliando um solo de mata e três tipos de solo degradados

submetidos a diferentes sistemas de manejo para sua recuperação, não

encontrou diferenças na quantif icação da população fúngica.

A densidade populacional de bactérias foi maior no tratamento solo sob

a Caatinga (32 ufc x 10g/solo) e em seguida solo sob bancos de proteína (28

ufc x 10g/solo), solo sob áreas reflorestadas (26 ufc x 10g/solo), os quais não

diferiram estatisticamente; e foi menor no solo sob pastagem (4 ufc x

10g/solo) (Figura 4); apesar de que os fungos podem tolerar potenciais

osmóticos mais baixos do que as bactérias em um solo como a caatinga, onde

a disponibi l idade de água no solo também afeta a diversidade de espécie, a


67

sobrevivência, o movimento e a at ividade dos microrganismos, em geral

(Lynch, 1986).

Alguns estudos demonstram que um alto número de bactérias, inclusive

rizóbios, com características de tolerância a estresses, foram isoladas e tem

revelado um alto grau de diversidade nas populações bacterianas do solo,

principalmente nas regiões tropicais (Neves e Rumjanek, 1998). Por outro

lado, o aumento no número de bactérias no solo sob Gliricida sepium, e áreas

reflorestadas com leguminosas arbóreas, resulta provavelmente, da

acumulação de matéria orgânica sobre o solo, influenciado pela presença de

raízes e materiais orgânicos em decomposição. Na rizosfera, observa-se uma

intensa atividade microbiana, em razão da presença de exsudatos e secreções

radiculares que representam as maiores fontes de carbono prontamente

disponíveis para os microrganismos (Grayston e Jones, 1996).

A população de act inomicetos foi mais alta em todos os tratamentos

quando comparado à população fúngica e bacteriana (Figura 5). O solo sob a

palma apresentou 127 ufc x 10g/solo; o solo sob área reflorestada e bancos de

proteína não diferiram estatisticamente, apresentando 56 e 52 ufc x 10g/solo,

respectivamente e no solo sob a Caatinga, 50 ufc x 10g/solo; a menor

população encontrada foi no solo sob pastagem: 35 ufc x 10g/solo.

Esta alta quantidade de actinomicetos encontrada em todos os

tratamentos decorre da diversidade metabólica e da evolução de mecanismos

específicos de dispersão (Araújo, 1998). Esta diversidade metabólica mostra a

grande variabil idade destes microrganismos em colonizar ambientes salinos,

ácidos, com elevada temperatura indicando a grande capacidade de se

adaptarem a ambientes extremos (Araújo, 1998), como é o caso da região

Semi-Árida. Segundo Pereira et al ., (2000) a população de actinomicetos

sobrevive em condições ambientais adversas, como períodos de seca de solos

e, portanto neste caso a mesma foi beneficiada.


68

Comparando todos os tratamentos, o solo sob a pastagem foi o que

menos induziu a população microbiana, sendo que o solo sob a palma

demonstrou a maior indução da população microbiana. Bossio (1998) ao

estudar a comunidade microbiana em vários sistemas de manejo, verif icou que

o sistema que incluía pastagens foi menor do que outros sistemas estudados,

indicando a forte influência de diferentes espécies de plantas uti l izadas para

cobertura vegetal de um solo sobre os organismos microbianos. Em outro

estudo similar, foi constatada maior presença de bactérias em solo cult ivado

com leguminosas do que em gramíneas (Wollum, 1982). A redução da

diversidade microbiana no solo pode ser um importante indicador da perda de

resil iência e, por conseqüência, da qualidade do solo (Kennedy, 1999; Lavel le,

2000).

Já foi bem estudado que plantas tem um importante efeito na

microbiologia do solo, principalmente porque diferentes espécies de plantas

l iberam qualitativamente e quantitat ivamente di ferentes nutr ientes e

componentes orgânicos no solo (Grayston et al ., 1998). Em alguns estudos,

diferenças significantes na comunidade microbiana do solo associado com

diferentes espécies cult ivadas tem sido observado (Sici l iano et al. , 1998).

Entretanto, são poucos estudos que relatam os efeitos de tipos específ icos de

agroecossistemas na mudança da comunidade microbiana do solo,

particularmente em solos volumosos, o qual pode melhor ref letir a influência

sobre determinadas plantações.

Pfuller et al. (2000) atribuem variações de número de microrganismos

ao estágio de desenvolvimento das culturas, de cobertura de solo, os quais,

possivelmente, promoveram uma menor osci lação térmica do solo e maior

efeito rizosférico nas populações. Por meio dessa abordagem, tem sido

demonstrado que a biomassa microbiana responde de maneira diferenciada aos

manejos agrícolas adotados em cada agroecossistema (Cattelan e Vidor, 1990;

Moreira e Siqueira, 2002).


69

Em um agroecossistema, a variação da diversidade microbiana está

diretamente l igada ao regime hídrico e ao clima da região, à estrutura e ao

manejo do solo, e ao teor e à qualidade dos resíduos vegetais aportados

(Rogers e Tate III, 2001; Tiedje et al ., 2001). Um solo com teor elevado de

matéria orgânica tende a manter a população microbiana mais estável ao longo

do ano, provavelmente, em decorrência da riqueza de nichos ecológicos, pela

heterogeneidade das fontes de carbono (De Fede et al ., 2001; Grayston et al.,

2001).

Percebe-se, dessa forma, que a diversidade de microrganismos é crí t ica

para o funcionamento do ecossistema, porque há a necessidade da manutenção

de processos ecológicos como a decomposição da matéria orgânica, ciclagem

de nutrientes e agregação do solo dentro do ecossistema (Kennedy, 1999).

Dessa forma, é extremamente importante a busca de métodos de avaliação da

diversidade de microrganismos no solo e também de formas de uti l ização

desses dados como indicadores do estado da qualidade do solo.

Este trabalho foi mais uma etapa para uma melhor compreensão dos

efeitos e interações de diferentes manejos sobre a comunidade microbiana do

solo e assim, determinar meios para a recuperação do solo e, implementar

práticas de manejo que poderão otimizar o ambiente microbiano do solo

objetivando um aumento da produtividade e ao mesmo tempo, a

sustentabil idade.


70

CONCLUSÕES

1. As populações de fungos, bactérias e actinomicetos diferiram

estatist icamente nos solos dos diferentes agroecossistemas, sendo que o

solo sob o cult ivo da palma, uma vegetação nativa do Semi-Árido,

apresentou uma maior população microbiana;

2. A quantif icação da população da população microbiana nos solos de

diferentes agroecossistemas e no solo nativo da Caatinga, sugeriu que

um solo de ecossistema original pode ter um equilíbrio que um

agroecossistema não possui, existindo o consenso de que a diversidade

microbiana está diretamente relacionada à estabil idade do ecossistema.


71

LITERATURA CITADA

ARAÚJO, M.J. Estratégias para isolamento seletivo de actinomicetos. In:

MELO, I.S de, AZEVEDO, J. L. de, eds., Ecologia microbiana. Embrapa-

CNPNA, Jaguariúna, 1998. p. 351-367.

AZEVEDO, J. L. Biodiversidade microbiana e potencial biotecnológico. In:

MELO, I. S.; AZEVEDO, J. L. de, eds. Ecologia microbiana. Jaguariúna:

EMBRAPA-CNPMA,1998. p.445-461.

BARNETT L. H. & HUNTER, B. BARRY, Il lustrated genera of imperfect

fungi. Third Ed. Burgess Publishing Company, Minneapolis, Minnesota,

1972.

BOSSIO, D.A. & SCOW, K.M., Impacts of carbon and f looding on soil

microbial communities: phospholipid fatty acid profi les and substrate

uti l ization patterns. Microb. Ecol., 35:265–278, 1998.

CARVALHO FILHO, O. M.; ARAUJO, L. G. G.; LANGUIDEY, H. P.; SÁ de

L. J.; LIMA, B. M. V. Sistemas de produção. Documentos: Embrapa Semi-

Árido. 2000.

CATTELAN, A. J. & VIDOR, C. Flutuações na biomassa, atividade e

população microbiana do solo. Rev. Bras. Ciência do Solo, 1:133-142, 1990.

COLOZZI FILHO, A.; BALOTA, E. L. & ANDRADE, S. Microrganismos e

processos biológicos nos sistema plantio direto. In: SIQUEIRA, J. O. et al . ed.

Inter-relação ferti l idade, biologia do solo e nutrição de plantas. Lavras :

SBCS/UFLA, 1999. p.487-508.


72

CRUZ, J. C. S. & MINHONI, M. T. A. Efeito de manejos de solos na

comunidade microbiana. In: Reunião Brasileira de Ferti l idade de Solo E

Nutrição De Plantas, 25.; Reunião Brasi leira Sobre Micorrizas, 7.; Simpósio

Brasileiro De Microbiologia Do Solo, 6.; Reunião Brasileira De Biologia De

Solo, 3., 2000. Anais. Santa Maria. Biodinâmica do Solo Fertbio 2000. Santa

Maria, SBCS, 2000. CD-ROM.

DE FEDE, K. L., PANACCIONE, D. G. & SEXTONE, A. J. Characterization

of dilution enrichment cultures obtained from size-fractionated soil bacteria

by BIOLOGR community-level physiological profi les and restriction analysis

of 16S rDNA genes. Soil Biol. Biochem., 33: 1555-1562, 2001.

DROZDOWICZ, A. Equilíbrio microbiológico dos solos de cerrados. In:

Simpósio Sobre O Cerrado, 4., 1976, Brasíl ia. Bases para uti l ização

agropecuária. EDUSP, São Paulo, Belo Horizonte, Itatiaia, 1977. p.233-245.

FERREIRA, D.F. Sistema de análises estatísticas. Lavras: UFLA, 1999

FONSECA, R. M. da. Análise da vegetação arbustivo-arbórea da caatinga

hiperxerófi la do noroeste do Estado de Sergipe. Unicamp, Universidade

Estadual de Campinas, 1991. 187 p. (Tese de Doutorado)

GODOI, L.C.L., Propriedades microbiológicas de solos em áreas degradadas e

recuperadas na região dos cerrados goianos. Goiânia, Universidade Federal de

Goiás, 2001. 90p. (Tese de Mestrado)

GRAYSTON, S. J. & JONES, D. V. D., Rhizosphere carbon flow in trees, in

comparison with an annual plant: the importance of root exudation and its

impact on microbial activity and nutrient availabili ty. Appl. Soil Ecol., 5: 29-

56, 1996.


73

GRAYSTON, S.J.; WANG, S.; CAMPBELL, C.D. & EDWARDS, A.C.,

Selecting influence of plant species on microbial diverity in the rhizosphere.

Soil Biol. Biochem., 30:369-378, 1998.

GRAYSTON, S. J.; GRIFFTIH, G. S.; MAWDESLEY, J. L.; CAMPEBELL, C.

D. & BARDGETT, R. D. Accounting of variabil i ty in soil microbial

communit ies of temperate upland grassland ecosystem. Soil Biol. Biochem.,

33:533-551, 2001.

KENNEDY, A. C. & SMITH, K. L. Soil microbial diversity and sustainabil i ty

of agricultural soil . Plant Soil . 170:75-86, 1995.

KENNEDY, A. C. Bacterial diversity in agroecosystems. Agricult. Ecos.

Environ., 74: 65-76, 1999.

Laboratory Microbiology Enviromental. An index of some commonly

encountered fungal genera. Disponível em:

<http:/ /www.emlab.com/app/fungi>, Acesso em 15 mai. 2004.

LAVELLE, P. Ecological challenges for soil science. Soil Science, 165: 73-

86, 2000.

LYNCH, J. M. Biotecnologia do solo. Manole, São Paulo, 1986. 209 p..

MENDES, B.V. Biodiversidade e Desenvolvimento Sustentável do Semi-

Árido. In:MENDES, B. V. ed. SEMACE, Fortaleza, 1997. p.210.

MENZIES, J. D. Fungi. In: BLACK, C. A. ed.. Methods of soil analysis.

Madison : Am. Soc. Agronomy, 2, 1965, p.1502-1505.


74

MOREIRA, F. M. S. & SIQUEIRA, J. O. Microbiologia e Bioquímica do solo.

Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2002. 626p.

NEVES, P.C.M. & RUMJANEK, G.N. Ecologia das bactérias dizotróficas nos

solos tropicais. In: MELO, I.S de; AZEVEDO, J. L. de, eds. Ecologia

microbiana, Jaguariúna: EMBRAPA-CNPMA, 1998. p.16-60.

PARKINSON, D.; GRAY, T.R.G. & WILLIAMS, S. T. Methods for studying

the ecology of soil microorganisms. Oxford, Adlard, 1971. p. 116.

PARKINSON, D. & COLEMAN, D. C. Microbial communitus, activity and

biomass. In: CROSSLEY, D. A. Modern techniques in soil ecology. Elsevier,

Amsterdam, 1991. p. 3-33.

PEREIRA, J. C.; NEVES, M. C. & GAVA, C. A. T. Efeito do cult ivo da soja

na dinâmica da população bacteriana, em solo de cerrado. Pesquisa

Agropecuária Brasileira 35: 1183-1190, 2000.

PFÜLLER, E. E. 2000. Dinâmica da população microbiana sob sistema de

plantio direto e convencional, Fundacep, Cruz Alta - RS. In: REUNIÃO

BRASILEIRA DE FERTILIDADE DE SOLO E NUTRIÇÃO DE PLANTAS,

25.; REUNIÃO BRASILEIRA SOBRE MICORRIZAS, 7.; SIMPÓSIO

BRASILEIRO DE MICROBIOLOGIA DO SOLO, 6.; REUNIÃO BRASILEIRA

DE BIOLOGIA DE SOLO, 3., 2000, Santa Maria. Biodinâmica do Solo

Fertbio. 2000. Anais. Santa Maria,.SBCS, CD-ROM.

RASMUSSEN, P.E. Long-term agroecosystem experiments: assessing

agricultural sustainabil i ty and global change. Science, 282: 893-896, 1998.

ROGERS, B. F. & TATE III, R. L. Temporal analysis of the soi l microbial

community along a toposequence in Pineland soils. Soil Biol. Biochem.,

33:1389-1401, 2001.


75

SICILIANO, S.D.; THEORET, C.M.; DE FREITAS, J.R.; HUCL, P.J. &

GERMIDA, J.J. Differences in the microbial communities associated with the

roots of di fferent cult ivars of canola and wheat. Can. J. Microbiol., 44: 844–

851, 1998.

SILVA, F. B. R. Artigos Embrapa: Coletânea Rumos & Debates. 2000.

TIEDJE, J. M.; CHO, J. C.; MURRAY, A.; TREVES, D.; XIA, B. & AHOU, J.

Soil teeming with l i fe: new frontiers for soil science. In: REES, R. M.; BALL,

B. C.; CAMPEBELL, C. D. & WATSON, C. A. eds.. Sustainable management

of soil organic matter. Wall ingford, CAB International. 2001, p. 393-412.

TURCO, R. F.; BLUME, E., Indicators of soi l quality. In: SIQUEIRA, J. O;

MOREIRA, F. M. S.; LOPES, A. S.; GUILHERME, L. G. R.; FAQUIN, V.;

FURTINI NETO, A. E. & CARVALHO, J. G. eds. Inter-relação fert i l idade,

biologia do solo e nutr ição de plantas. Viçosa: SBCS; Lavras: UFLA/DCS,

1999. p. 529-549.

ZILLI, J.É.; RUMJANEK, N.G.; XAVIER, G. R. ; COUTINHO H. L.DA C. &

NEVES, M. C. P. Diversidade microbiana como indicador de qual idade do

solo. Caderno de Ciência & Tecnologia, 20: 391-411, 2003.

WAKSMAN, S. A. The actnomicetes, calssification, identif ication and

descriptios of genera and species. Baltimore: The Will iams & Wilkins. 1961.

p. 260.

WOLLUM, A.G. Cultural methods for soil microorganisms. In: PAGE, A.L.;

MILLER, R.H. & KEENEY, D.R. ed. Methods of soil analysis. Soil Science

Society of America, Madison, 1982. p.781-802.

B

C D


76

Figura 1. Diferentes agroecossistemas, localizados em propriedades de

produção de lei te para propriedades de base familiar, em Nossa

Senhora da Glória-SE. A. Pastagens cultivadas com capim Urocloa

mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.). C.

Cercas vivas forrageiras de glir icídia (Gliricidia sepium (Jacq.)

Steud); D. Palma forrageira (Opuntia ficus-indica L. Mil ler),

cult ivada em fi leiras adensadas;

B A

C D


77

Figura. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições

das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma (PM),

glir icidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e Caatinga

(Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As setas

indicam a direção ao longo dos transectos, aproximadamente 1, 2,

4, 8 e 15 m entre dois círculos.

*A = Altitude

10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)

10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)

10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)

267m *A

10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)

PM

P

GL

AR

8 m

4 m

15 m

2 m

Caa

10º12’53” (S) 37º19’23” (W)

2000 M

1 m

266m *A

269m *A

267m *A

247m *A


78

Figura 3: Densidade populacional de fungos sob diferentes

agroecossistemas, na região do Semi-Árido.

Médias comparadas pelo Teste de Tukey

Médias transformadas em √√√√x+1

αααα = 95%

CV = 18%

DMS = 0,977

0

5

10

15

20

25S

olo

sob

palm

a

Sol

o so

b ca

pim

Uro

cloa

mos

am

bice

nsis

Sol

o so

b á

rea

reflo

rest

ada

Sol

o so

bG

liric

idia

sepi

um

Sol

o so

b a

Ca

atin

ga

ufc

X 1

0g/s

olo

A

B

C

AB

C


79

Figura 4: Densidade populacional de bactérias sob diferentes




αααα = 95%

CV = 16%

DMS = 1,114

020406080

100120140

Sol

o so

b pa

lma

Sol

o so

b ca

pim

Uro

cloa

mos

ambi

cens

is

Sol

o so

b ár

eare

flore

stad

a

Sol

o so

bG

liric

idia

sepi

um

Sol

o so

b a

Caa

tinga

ufc

x 10

g/so

lo

A

B

BC C

BC


80

Figura 5: Densidade populacional de actinomicetos sob diferentes




αααα = 95%

CV = 22%

DMS = 1,201

05

10152025303540

Sol

o so

b pa

lma

Sol

o so

b ca

pim

Uro

cloa

mos

ambi

cens

is

Sol

o so

b ár

eare

flore

stad

a

Sol

o so

bG

liric

idia

sepi

um

Sol

o so

b a

Caa

tinga

ufc

x 10

g/so

lo

A

B

C

AB B


“ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO “ANÁLISE DE RESTRIÇÃO DO DNA RIBOSSOMAL AMPLIFICADO

(ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM (ARDRA) DA COMUNIDADE MICROBIANA DE SOLOS EM

DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO DIFERENTES AGROECOSSISTEMAS E VEGETAÇÃO NATIVA NO

SEMISEMISEMISEMI----ÁRIDO”ÁRIDO”ÁRIDO”ÁRIDO”

Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao Elaborado conforme as normas da Revista ao qual será qual será qual será qual será

submetido:submetido:submetido:submetido:

FEMS

MICROBIOLOGY Ecology

Capítu lo 4 – Anál ise de Restr ição do DNA Ribossomal Ampli f icado (ARDRA) da Comunidade Microb iana de Solos sob Di ferentes Agroecossistemas e Vegetação Nativa no Semi-Ár ido

82

Análise de restrição do DNA ribossomal amplificado

(ARDRA ) da comunidade microbiana de solos em

diferentes agroecossistemas e vegetação nativa no Semi-

Árido

Virgínia C. Oliveira*, Rita C. Trindade, Orlando M. Carvalho

Filho, Jefferson L. S. Costa

*Núcleo de Estudos do Semi-Árido, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão-SE,

49100-000, Brasil

Bolsista do CNPq/Programa Rhae, Embrapa Tabuleiros Costeiros

Recebido: Aceito:

Resumo

Nos últ imos anos, metodologias de pesquisa na área da genética

molecular se mostraram úteis na geração de estudos mais complexos em

ecologia microbiana. O ácido desoxirribonucléico do ribossomo (DNAr) é

considerado o mais úti l para estudos comparativos na ecologia microbiana,

porque é a região que apresenta um grau elevado de conservação e pode

acumular variabil idade ao longo dos anos. A análise de restrição do DNA

ribossomal amplif icado (ARDRA) foi uti l izado para detectar o efeito de

quatro diferentes agroecossistemas com 15 anos de cult ivo sobre a estrutura

genética da comunidade microbiana do solo, no Semi-Árido. Os

agroecossistemas incluíram: áreas reflorestadas com leguminosas arbóreas -

sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia); pastagens cult ivadas com capim (Urocloa

mosambicensis); palma forrageira (Opuntia f icus-indica), cult ivada em fi leiras

adensadas; pastagem com Gliricidia sepium. Solos do ecossistema original, a


83

Caatinga, foram uti l izados como testemunha. Para a ampli f icação da região

18S do DNA ribossomal fúngico foram uti l izados os primers NS1 e NS4. No

caso das bactérias foi amplif icado o DNA do operon ribossomal,

correspondente ao DNAr 16S uti l izando os primers 27f e 1525 r. A análise de

restrição da região 18 S com a enzima Hinf I revelou uma estrutura genética

única e diferenciada da comunidade fúngica no solo sob a caatinga em relação

aos demais tratamentos. Já a região 16S digerida pela enzima Hae III,

demonstrou 100% de similaridade da estrutura genética bacteriana entre o solo

sob áreas reflorestadas e solo sob a caatinga. Igualmente 100 % de

similaridade genética foi encontrada nos solos sob a palma, pastagens e sob

Gliricidia sepium. Portanto, ARDRA se revelou um potente marcador porque

diferenciou a estrutura genética da comunidade microbiana existente nos

diferentes solos, indicando que o ecossistema original pode possuir uma

população diferenciada que já não existe no solo cult ivado. Dessa forma, este

bioindicador pode contribuir para uma melhor compreensão da biodiversidade

microbiana, em resposta a diferentes manejos agrícolas e sua relação com o

ecossistema original.

Palavras-chaves: bioindicador, marcador molecular, biodiversidade,

sustentabil idade, ecossistema.


84

Abstract

In these last years, research methodologies in molecular genetics had

been useful to generate a more complex study regarding the microbial

ecology. The deoxyribonucleic acid of r ibosome (rDNA) is considered very

useful for comparative studies in the microbial ecology, since it because is the

region has a high degree of conservation and can accumulate variabil i ty over

the years. The restriction analysis of the amplif ied ribosomal DNA (ARDRA)

was used to detect the genetic structure of the microbial community in four

different 15-year-old agro-forestry-pasture systems in the Semi-Arid Area.

The agro systems are: reforested areas with tree legume – “sabiá” (Mimosa

caesalpiniaefolia); pastures of grass (Urocloa mosambicensis); pastures of

Gliricidia sepium; palm crop (Opuntia f icus indica), cult ivated in adensed

rows. The undisturbed native Caatinga grassland was used as a control. The

18S DNA region was amplif ied by using the primers NS1 and NS4. The

bacteria operon 16 S rDNA was ampli f ied by using primers 27f and 1525r.

The analysis of the Hinf I restriction enzyme disclosed that the 18S region

present a unique genetic structure of the fungi community in the soil under

Caatinga. The 16S region digested by Hae III enzyme, revealed a 100% of

similarity of the bacterial genetic structure in the soil under reforested areas

and soil under Caatinga. Opposing there was a 100 % of genetic similari ty in

the soi l under the palm, pastures and soil under Gliricidia sepium. Therefore,

ARDRA indicated to be a powerful marker because it di fferentiated the

genetic structure of the microbial community existing in dif ferent soils,

indicat ing that the original ecosystem can have a differentiated populat ion

that no longer exists in the cult ivated soi l. A bioindicator can contribute for a

better understanding of biodiversity, response agriculture management and its

relation with the original ecosystem.

Keywords: bioindicator, molecular marker, biodiversity, sustainabil i ty,

ecosystem.


85

1. Introdução

A ativ idade agrícola no Brasi l quase sempre leva a uma redução da

biodiversidade, resultado da transição de área natural, com muitas espécies de

plantas e animais convivendo em equi l íbrio ecológico dinâmico, para área

agrícola, com reduzido número de espécies convivendo em desequilíbrio. A

perda de espécies vegetais muito provavelmente causa também alterações na

biodiversidade dos solos, já que suas raízes constituem-se em fonte de energia

para microrganismos específicos da rizosfera. A perda de diversidade destes

microrganismos pode alterar a estrutura populacional de outros organismos

situados ao longo da cadeia tróf ica [3].

Os microrganismos vêm evoluindo a aproximadamente 4 bilhões de

anos, e até 2 bilhões de anos atrás eram as únicas forma de vida na Terra

[24,26]. Em virtude da sua longa história evolutiva e da necessidade de

adaptação aos mais distintos ambientes, os microrganismos acumularam uma

impressionante diversidade genética, que excede, em muito, a diversidade dos

organismos eucariontes [7,26].

Sendo assim, os microrganismos representam o repertório mais rico em

diversidade química e molecular na natureza, constituindo a base de processos

ecológicos, como os ciclos biogeoquímicos e a cadeia trófica, além de

manterem relações vitais entre si e com os organismos superiores [7]. A

diversidade de microrganismos é tão vasta quanto desconhecida. Um grama de

solo pode conter 10 bilhões de microrganismos, representando milhares de

espécies [18].

Atualmente os especialistas reconhecem que apenas uma pequena fração

dos microrganismos que ocorrem naturalmente foi até agora isolados e

caracterizados [23]. Meios de cultura seletivos não são capazes de mimetizar

as condições que microrganismos particulares requerem para sua proli feração


86

em seu habita natural. Técnicas microbiológicas tradicionais e a microscopia

convencional são meios insuficientes para responder a estas questões [9,14].

Assim, o estudo da biologia molecular dos microrganismos, que, sem

dúvida nenhuma, trouxe grande avanço ao estudo da diversidade microbiana,

só passou a ganhar importância em meados da década de 80, a partir dos

estudos de Stackebrandt et al . [22], que sugeriram o uso do 16S DNAr para

afi l iação de grupos bacterianos. Recentemente, tentativas de se associar à

diversidade de microrganismos do solo com a qualidade do solo têm sido

realizadas.

Estas técnicas vem sendo amplamente uti l izadas para determinar a

diversidade genética de comunidades microbianas, como demonstram estudos

realizados por diversos autores [17,26,27]. Ácidos nucléicos DNA ou RNA são

extraídos de populações microbianas mistas e usadas em diferentes estratégias

moleculares a fim de determinar a complexidade da comunidade e identi f icar

membros na população, sem necessidade de cult ivo em meio de cultura [17].

A anál ise de restrição do DNA ribossomal ampli f icado (ARDRA) tem

sido muito uti l izado para estudar as comunidades microbianas em diferentes

tipos de solo. O método se baseia na investigação de parte da seqüência do

DNA, notadamente o gene 16S rDNA, em bactérias, e 18S rDNA, para fungos,

que é ampli f icado por PCR e posteriormente caracterizado através de análise

por eletroforese, obtendo-se assim, um perfi l da comunidade microbiana [13,

15).

Assim, este trabalho pretendeu investigar a estrutura genética da

comunidade microbiana do solo nos agroecossistemas: áreas reflorestadas com

leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.); pastagens

cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis (Hanck). Dandy),; palma

forrageira (Opuntia f icus-indica L. Mil ler), cult ivada em fi leiras adensadas;


87

pastagens cult ivadas com Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); e em solos do

ecossistema original, a Caatinga (testemunha) no Semi-árido sergipano.


88

2. Material e Métodos

2.1Local e solos

Os locais experimentais estão situados na estação de pesquisa da

Embrapa Semi-Árido (10°12'16” S e 37°19'41” W), no município de Nossa

Senhora da Glória, estado de Sergipe, e os sistemas agroecológicos têm um

histórico de 15 anos contínuos, instalados em uma área totalmente descoberta

pela vegetação nativa (a Caatinga). Os solos predominantes nesta unidade

apresentam grande diversidade, variando desde solos bruno não cálcicos,

cascalhentos, de alta fert i l idade natural, a planosolos rasos e pedregosos, além

de solos l i tól icos ambos medianamente férteis, com problemas de salinidade

(Carvalho Filho OM et al . 2000, Sistemas de produção. Documentos: Embrapa

Semi-Árido). O clima na região é o semi-árido e consiste em dois períodos

chuvosos na região seca. O índice pluviométrico anual está na escala de 80

para 250 mm e temperaturas anuais de um máximo de 32,7 °C para um mínimo

de 19,8 °C [12].

Pressuposto básico da sustentabil idade do sistema de produção e o que

o diferencia dos sistemas correntes, a infra-estrutura agrossilvopastori l que

foi implantada é constituída dos seguintes componentes básicos de quatro

parcelas (Figura 1):

a. Bancos de proteína de Gliricidia sepium (Jacq.) Steud); neste sistema as

plantas são estabelecidas em espaçamentos de 2m x 1m. Podas a partir

do segundo ano de plantio, após início da estação chuvosa, são

efetuadas em corte, a 20 cm de altura, com incorporação da folhagem ao

solo, quando em consórcio e, sempre que as plantas alcançam, 1,70 m de

altura, são feitas podas para fenação ou ensi lagem, conforme as

condições meteorológicas reinantes, ou fornecimento em estado fresco

aos animais, podendo, também, em plantios exclusivos, permitir-se o


89

pastejo direto. O acesso controlado de animais (uma a duas horas/dia) é

permitido 40-50 dias após o corte da gliricidia para ensilagem.





Dandy) - são estabelecidas por sementes, observando-se os períodos de

dormência para cada espécie (seis e doze meses respectivamente) e os

valores culturais dessas sementes.



cultivada em fi leiras adensadas; impl ica necessariamente em adubações

intensivas, na fundação e após cada corte, a saber: 10 ton de esterco/ha;

fósforo, potássio e calcário. Limpas (capinas após o plantio e roçagens,

depois de estabelecida a palma) são realizadas de maneira a manter o

palmal l ivre de invasoras que podem reduzir a produção desejada. A

vantagem desse sistema, em relação ao adensamento convencional (2 x

0,5)m é que permite o plantio de milho e/ou feijão no primeiro ano e

redução considerável dos custos de roçagem, inviabil izados no neste

últ imo. Os cortes para fornecimento aos animais são efetuados a cada

dois anos a partir do segundo ano do plant io.


separado do local experimental por uma estrada e possui a predominância de

populações signif icativas de Caesalpinia pyramidalis Tul., Annona


Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 187 p, 1991).


90

2.2 Coleta do Solo

O solo foi coletado até a profundidade de 10 cm, com o auxíl io de um

trado, onde se concentram grande parte do sistema radicular das plantas e das

propriedades biológicas do solo. Cada ponto de coleta de solo (célula) foi

georeferenciada com o auxil io de um aparelho de GPS, anotando-se a latitude,

a longitude e a alt i tude do local. Oito amostras do solo foram coletadas em

cada parcela, como demonstrado na Figura 2. Após a homogeneização, as

subamostras se constituíram de uma amostra composta, e colocadas em sacos

de plásticos e transportados ao laboratório para processar a análise. O solo foi

sempre passado por uma peneira (< 2 mm) e armazenado à -20 ºC para a

análise da estrutura genética da diversidade microbiana.

2.3 Extração do DNA

Os ácidos nucléicos das amostras de solo foram extraídos conforme

procedimento do Kit de extração de DNA do solo UltraClean Soil DNA

Isolation (Mo Bio Laboratories, Inc., Cali fórnia, USA). Para tanto, fez-se uma

suspensão de 1 g de solo em 600 µ l de Solução S1. Esta suspensão, contendo

células microbianas, foi submetida à l ise em um mini-beadbeater (Bioespec

Products). O DNA foi extraído com solução S2 e S3, e posteriormente,

puri f icado ut i l izando-se um fi l tro com solução S4 e S5.

2.4 PCR, digestão e eletroforese em gel de agarose da região 18S –

diversidade fúngica e região 16S – diversidade bacteriana

Após a extração o DNA foi ampli f icado via reação de PCR (“Polymerase

Chain Reaction” - Reação de pol imerase em cadeia), uti l izando-se uma

alíquota de 25µ l de uma solução composta de 2 ng de DNA genômico; 10mM

de Tris-HCl, pH 8,2; 50mM de KCl; 2mM de MgCl2; 0,1 mM de cada um dos


91

desoxirr ibonucleotídeos; uma unidade de Taq polimerase e 0,4 µM de cada

primer a ser uti l izado.

Para a ampli f icação do DNA ribossomal fúngico foi ut i l izado os primers

NS1 e NS4 para amplif icação da região 18S [27]. No caso das bactérias foi

ampli f icado o DNA do operon ribossomal, correspondente ao DNAr 16S

uti l izando os primers 27f e 1525r [5].

As reações de amplif icação foram realizadas em um termociclador

Hybaid Sprint. Os ciclos de amplif icação foram programados especificamente

para cada região: 18S – 30 ciclos consist indo de 95º C por 2 min, 50º C por 30

seg, 72º por 2 min, 95º por 30 seg seguidos por uma etapa final de extensão de

10 min à 72º C; 16S – 95º C por 2 min, 35 ciclos consistindo de 94º C por 1

min, 55º C por 1 min, 72º C por 3 min e uma etapa final, 72º C por 3 min.

A seguir, de um total de 25 µ l do produto ampli f icado, 5µ l foram

digeridos uti l izando-se 10U das enzimas de restrição Hae III (Promega,

Madison, WI, USA) para a região 16S e Hinf I ( Invitrogen Life Technologies,

Carlsbad, Ca, USA) para a região 18S, diluídas em 1,5µ l de tampão e 8µ l de

água estéri l desti lada. A incubação da reação de digestão permaneceu

overnight a 37 º C. Os produtos de digestão foram separados em gel de

agarose a 2% contendo 0,5 µg/ml de brometo de etídeo, imerso em tampão

TBE (Tris Borato 90,0 mM, EDTA 1,0 mM, pH 8,0 ) e fotodocumentado em

Polaroid no sistema Photoman (Amersham Pharmacia Biotech UK, Uppsala,

Sweden). A partir do padrão de bandas obtidas foi feita uma matrix e em

seguida, um dendrograma, de acordo com a anál ise filogenética em UPGMA

(Unweighted Pair-group Arithmetic Average) [21].


92

3. Resultados e Discussão

Todas as amostras do DNA ampli f icados com os primers para

ampli f icação da região 18S e região 16S de todos os tratamentos geraram

bandas em torno de 1570 bp (Figura 3). ARDRA com a digestão da enzima

Hae III para a região 16S bacteriana resultou em dois grupos distintos (Tabela

1) de estrutura genética da comunidade microbiana do solo no gel de agarose

(Figura 4A), confirmado pelo dendrograma (Figura 4B): 1 – solo sob áreas

reflorestadas e caatinga; 2 – solo sob a palma, pastagem e glir icida sepium, os

quais possuíram apenas 30% de simil iaridade genética com o grupo 1. A

digestão da região 16S pela enzima Hae III no grupo 2 originou apenas uma

banda em torno de 100 pb, enquanto no grupo 1 originou quatro fragmentos,

variando de 600 a 100 pb.

Já a enzima de restr ição Hinf I para a região 18S gerou outros perfis

eletroforéticos de ARDRA diferenciando apenas o solo sob a Caatinga (Grupo

1), dos outros tratamentos (Grupo 2), com a presença de uma banda de 300 pb

no genótipo (Figura 5A) (Tabela 1). O padrão de digestão pela enzima Hinf I

gerou cinco fragmentos no grupo 1 e quatro fragmentos no grupo 2. O grupo 1,

solo sob a caatinga, possuiu 80% de similaridade genética em relação ao grupo

maior (2) constituído pelo solo sob áreas reflorestadas, solo sob a palma, solo

sob pastagem e solo sob gl ir icida sepium (Figura 5B).

Métodos moleculares de análise da estrutura e diversidade microbiana,

uti l izando DNA genômico extraído diretamente de amostras ambientais,

surgidos na últ ima década, têm permitido um avanço considerável no estudo

da ecologia de microrganismos [13,14,24]. Essas técnicas permitem a

identif icação de fatores empregados no manejo do solo que interferem nas

múltiplas funções e hábitats da comunidade microbiana [15], bem como a

caracterização detalhada da estrutura e sucessão microbiana em solos

agrícolas, incluindo os microrganismos não cult iváveis [6] e as espécies


93

predominantes, que podem ser uti l izadas como indicadoras de funcionalidade

e qualidade do solo [13,16].

Neste trabalho, a análise de restrição do DNA ribossomal amplif icado

revelou diferenças na estrutura da diversidade genética nos diferentes t ipos de

solos estudados. A região 16S ampli f icada e digerida pela enzima Hae III

indicou que no solo sob áreas reflorestadas e sob a caatinga, a estrutura

genética da comunidade bacteriana se mostrou diversificada e diferenciada em

relação ao solo sob a palma, pastagem e Gl ir icida sepium (Jacq.) Steud). Isto

demonstra que o solo sob área reflorestada com leguminosas arbóreas possui

uma mesma estrutura genética do ecossistema original, a Caatinga, que é a

referência deste estudo, significando um aspecto posit ivo quanto à

recuperação do solo na região, ou seja, pode-se inferir que mesmo não sendo o

ecossistema original, o t ipo de vegetação manteve ou retornou a população

microbiana que antes estava presente, mesmo após 15 anos de cult ivo. A

diversidade revela o equilíbrio entre os diversos organismos e os domínios

funcionais no solo [8, 10].

Por outro lado, a região 18S ampli ficada e digerida pela enzima Hinf I

indicou que no solo sob a Caatinga existe uma estrutura genética específica na

comunidade microbiana, os quais não foi encontrado nos outros tratamentos.

Pode-se sugerir que esse marcador revelou uma estrutura genética da

comunidade fúngica que é nativa do solo do ecossistema original, que já não

existe no agroecossistema, antes coberto pela vegetação nativa, a Caatinga;

assim, nesse processo, um novo perfi l surgiu. Na Amazônia, foram realizados

estudos de análise da diversidade microbiológica em dois t ipos de solos: solo

de pastagens degradadas e solo de floresta nativa [1]. A análise uti l izando

DNA como bioindicador, sugeriu que um grande número de organismos,

inclusive organismos ainda não identi f icados que foram encontrados em solos

de f loresta nativa, não foram encontrados nos solos de pastagens,


94

evidenciando presumivelmente, propriedades diferentes do solo associado com

a conversão para pastagem.

Magnuson e Lasure, [11] uti l izando ARDRA revelaram que uma grande

porcentagem de fungos não é cult ivável. A porcentagem de fungos cult iváveis

encontrados, nos seus estudos, em quatro amostras de solo de diferentes

agroecossistemas, é consistente com a est imativa de 17% proposta por Torsvik

[23]. Se 80-90 % de fungos do solo não são cult iváveis, isto implicaria que

0.5-1 milhões de espécies fúngicas existem. Claramente, uma larga

diversidade de fungos ainda não foi descoberta.

Quanto à diversidade funcional, pode ocorrer a manutenção das funções

bioquímicas no ecossistema, mesmo quando ocorre a substituição de um

determinado organismo por outro [24, 25]. Isso ocorre porque organismos

funcionalmente semelhantes exibem várias formas de sobrevivência,

adaptando-se a diferentes condições de crescimento e suportando adversidade

de diferentes ambientes, hábitats e nichos [14].

Chaberie [2] informa que a região do rDNA 16S não indicou nenhuma

diferença entre solos nativos que t iveram culturas sucessionais de várias

espécies de plantas ao longo dos anos, ou seja, a estrutura genética da

comunidade bacteriana se mostrou homogênea. Por outro lado, o f ingerprint

da região 18S demonstrou diferenças entre os tratamentos. O autor atribui

esses resultados a algumas espécies das bactérias dominantes que ocorrem

geralmente no solo nativo [4] e a variabi l idade dos fungos poderia

principalmente ser causado peça presença de micorrizas arbusculares neste

tipo de solo, ou seja, o t ipo de vegetação influencia diretamente na estrutura

genética da comunidade microbiana do solo. Além disso, as bactérias e os

fungos possuem mecanismos da resistência e de dormência. Uti l izam esses

mecanismos se as circunstâncias locais não permitirem sua sobrevivência pela

fal ta de água ou dos nutrientes. O “f ingerprint genético” dos microrganismos


95

f ica na "memória" do solo, mas sua expressão é silenciada até que uma

mudança ambiental ocorra.

Smith et al . [20], detectaram diferenças na comunidade microbiana em

um solo agricultável com contaminação de cobre, util izando ARDRA para

região 16S. O solo que estava contaminado pelo cobre possuiu uma baixa

diversidade na comunidade microbiana deste em relação ao solo nativo.

Segundo Felske e Akkermans [4], geralmente poucas espécies de bactérias

dominantes ocorre em solos nativos.

Em outros estudos, tentativas de se associar a diversidade de

microrganismos do solo com a qualidade do solo foi real izado. Smit et al. [19]

compararam seus resultados com dados de seqüência do 16S rDNA da

l iteratura entre cinco divisões bacterianas (Acidobacterium, Proteobacteria,

Nitrospira, cianobactéria e bactérias verdes sulforosas), para avaliar a relação

entre a abundância dos grupos microbianos e as condições de ferti l idade do

solo. Os resultados mostraram que nos solos com alto teor de nutr ientes

disponíveis há uma seleção posit iva de bactérias das divisões a e g-

proteobacteria, isto é, seleção de bactérias com altas taxas de crescimento. Por

sua vez, nos solos com baixo teor de nutrientes disponíveis, ou alto teor de

substratos recalcitrantes, a percentagem de Acidobacterium foi mais alta,

sendo uma seleção de bactérias com baixo potencial de crescimento, mas com

alta capacidade de competir por substratos.

A partir desses dados, Smit et al . [19] sugeriram que a razão entre o

número de Proteobacteria e Acidobacterium serve como indicat ivo da condição

nutr icional do solo. Os menores valores para essa razão seriam observados em

solos oligotróf icos; as intermediárias, em solos agrícolas com baixo aporte de

matéria orgânica; os altos, em solos agrícolas com alto aporte de matéria

orgânica.


96

A técnica de ARDRA neste estudo se mostrou um bioindicador potente

porque detectou mudanças na estrutura da comunidade microbiana no solo sob

quatro diferentes agroecossistemas e no solo sob o ecossistema original.

Assim, as técnicas moleculares oferecem um enorme potencial para ampliar os

estudos de ecologia microbiana, e desta forma poder entender os processos de

transformação de um solo natural para um solo “transformado”. A partir dessa

relação, contribuir com medidas preventivas para concil iar manejo e

sustentabil idade.


97

Referências

[1] Borneman, J., Triplett, E.W. (1997) Molecular microbial diversity in soils

from eartern Amazonia: evidence.for unusual microorganisms and

microbial population shifts associated with deforestation. Appl. Environ.

Microbiol. 63, 2647-2653.

[2] Chabrerie, O, Laval K., Puget, P., S. Desaire, Alard, D. (2003)

Relationship between plant and soil microbial communit ies along a

successional gradient in a chalk grassland in north-western France. Appl.

Soil Ecol. 24, 43–56.

[3] Coutinho, C. L.H. (1999) Avaliação da Biodiversidade do Solo através de

Exame de DNA. Embrapa Solos Documentos.

[4] Felske, A., Akkermans, A.D.L. (1998) Spatial homogeneity of abundant

bacterial 16S rRNA molecules in grassland soils. Microb. Ecol. 36, 31–

36.

[5] Heuer, H., Krsek, M., Baker, P., Smalla, K., Well ington, E.M.H. (1997)

Analysis of actinomycete communities by specific ampli f icat ion of genes

encoding 16S rRNA and gel-eletrophoretic separation in denaturing

gradients. Appl. Environ. Microbiol. 63, 3233-3241.

[5] Hugenholtz, P., Goebel, B. M., Pace, N. R. (1998) Impact of culture-

independentstudies on the emerging phylogenetic view of bacterial

diversity. J. Bacteriol. 180, 4765-4774.

[7] Hunter-Cevera, J. C. (1998) The value of microbial diversity. Curr. Op.

Microbiol. 1, 278-285.

[8] Kennedy, A. C. (1999) Bacterial diversity in agroecosystems. Agriculture,

Ecosys. Environ. Am. 74, 65-76.

[9] Laguerre, G., Mavingui, P., Allard, M.-R., Charnay, M.-P., Louvrier, P.,

Mazurier, S.-I. , Rogottier-Gois, L., Amarger, N. (1996) Typing of

rhizobia by PCR DNA fingerprinting and PCR-restriction fragment length

polymorphism analysis of chromosomal and symbiotic gene regions:


98

application to Rhizobium leguminosarum and i ts di fferent biovars. Appl.

Environ. Microbiol. 62, 2029-2036.

[10] Lavelle, P. (2000) Ecological challenges for soil science. Soil Sci. 165,

73-86.

[11] Magnuson, K. J., Lasure L.L. (1999) Fungal Diversity in Soils as

Assessed Direct Culture and Molecular Techniques. In: Microbial

Biosystems: New Frontiers Proceedings of the 8th International

Symposium on Microbial Ecology Bell CR. (Brylinsky M., Johnson-

Green P., Eds.), pp480-510. Atlantic Canada Society for Microbial

Ecology, Halifax, Canada.

[12] Mendes, B.V., 1997. Biodiversidade e Desenvolvimento Sustentável do

Semi-Árido. Mendes, B. V. (Ed), SEMACE, Fortaleza, pp.210.

[13] O‘Donnell , A. G. And Göres, H. E. (1999) 16S rDNA methods in soil

microbiology. Current Opin. Biotechnol. 10, 225-229.

[14] Perry, D. A. (1989) Amaranthus, M. P., Borchers, J. G., Borchers, S. L.,

Brainerd, R. E. Bootstrapping in ecosystems. Bioscience. 39, 230-237.

[15] Peters, S., Koschinsky, S., Schwieger, F., Tebbe, C. C. (2000) Secession

of microbial communities during hot composting as detected by PCR-

Single-Strand- Conformation Polymorphism-based genetics profi les of

small-ubunit rRNA genes. Appl. Environ. Microbiol. 66, 930-936.

[16] Ranjard, L. ; Poly, F.; Nazaret, S. (2000) Monitoring complex bacterial

communities using culture-independent molecular techniques: application

to soil environment. Res. Microbiol. 51, 167–177.

[17] Rosado, A.S, Duarte, G. F., Seldin, L., Elsas, J. D. Van. (1997)

Molecular microbial ecology: a minireview. Microbiology 28, 135-147.

[18] Rosseló-Mora, R., Amann, R. (2001) The species concept for

prokaryotes. FEMS Microbiol. Review Am. 25, 39-67.

[19] Smit, E., Leeflang, P., Gommans, S., Van Den Broek, J., Van, M. S.,

Wernars, K. (2001) Diversity and seasonal fluctuations of the dominant

members of the bacterial soil community in a wheat f ield as determined


99

by cult ivation and molecular methods. Appl. Environ. Microbiol. 67,

2284-2291.

[20] Smith, E., Leeflang, P., Wernars, K. (1997) Detection of shifts in

microbial community structure and diversity in soil caused by copper

contamination using ampli f ied r ibosomal DNA restriction analyis. FEMS

Microbiol. Ecol. 23, 249-261.

[21] Sneath, P. H. A. and Sokal, R. R. (1973) Numerical taxonomy. W. H.

Freeman, San Francisco.

[22] Stackebrandt, E., Ludwing, W., Fox, G. E. (1985) 16S ribosomal RNA

oligonucleotide cataloging. Meth. Microbiol. 18, 75-107.

[23] Torsvik, V., Goksoyr, J., Daae, F. L. (1990) High diversity in DNA of

soil bactéria. Appl. Environ. Microbiol. 56, 782-787.

[24] Zil l i , J.É. Rumjanek, N.G. Xavier, G. R., Coutinho H. L.da C. Neves, M.

C. P. (2003) Diversidade microbiana como indicador de qualidade do

solo. Cad. Ciência & Tecnol. 20, 391-411.

[25] Walker, B. H. (1992) Biodiversity and ecological redundancy. Conserv.

Biol. 6, 18-23.

[26] Ward, D. M., Bateson, M. M., Weller, R., Ruff- Roberts, A. L. (1993)

Ribossomal RNA analysis of microorganisms as they occur in nature.

Adv. Microbiol. Ecol. 12, 219- 286.

[27] White, T. J., Bruns, T., Lee, S., Taylor, J. (1990) Amplif ication and

direct sequencing of fungal ribossomal RNA genes for phylogenetics. In:

(Innis, M. A. et al . Eds.). PCR protocols: a guide to methods and

aplications. Academic Press, New York.


100

Figura 1. Diferentes agroecossistemas localizados em propriedades de

produção de lei te para propriedades de base familiar, em


capim Urocloa mosambicensis (Hanck). Dandy); B. Áreas

reflorestadas com leguminosas arbóreas - sabiá (Mimosa

caesalpiniaefolia Benth.). C. Cercas vivas forrageiras de

gliricídia ( Gliricidia sepium Jacq. Steud); D. Palma forrageira

(Opuntia ficus-indica L. Mil ler), cult ivada em fi leiras

adensadas;

B A

C D


101

Figura. 2. Local de coleta do solo para a análise das amostras. As posições

das oito coletas de amostras dentro de cada parcela: palma (PM),

glir icidia (GL), áreas reflorestadas (AR), pastagem (PT) e Caatinga

(Caa) são demonstrados pelos círculos preenchidos. As setas

indicam a direção ao longo dos transectos, aproximadamente 1, 2,

4, 8 e 15 m entre dois círculos.

*A = Altitude

10 ° 12’17” ( S) 37º 19` 39” (W)

10 ° 12` 16” (S) 37º 19` 33’ (W)

10 °12`16” (S) 37º 19` 41” (W)

267m *A

10 °12`18” (S) 37º 19` 44” (W)

PM

P

GL

AR

8 m

4 m

15 m

2 m

Caa

10º12’53” (S) 37º19’23” (W)

2000 M

1 m

266m *A

269m *A

267m *A

247m *A


102

Figura 3. Produtos amplif icados da região 18S e 16S da comunidade

microbiana de solos sob áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas (1 e 6); pastagens cultivadas com capim Urocloa

mosambicensis (2 e 7); palma forrageira (Opuntia ficus-indica) (3

e 8); bancos de proteínas de Gliricidia sepium (4 e 9) ; e em solos

do ecossistema original, Caatinga (5 e 10) no Semi-árido

sergipano. Linha 1-5: Região 18S; Linhas 6-10: Região 16S.

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

100 pb


103

0.1 0.3 0.4 0.6 0.8 0.9 1.1 1 Reflorestada 4 Caatinga 2 Palma 3 Pastagem 5 Gliricidia

Figura 4. Diversidade genética da comunidade bacteriana do solo sob

quatro agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-árido. A.

Produtos de ARDRA da comunidade bacteriana dos solos

gerados com o primer 25f e 1525r. Linha 1 - solos sob áreas

reflorestadas com leguminosas arbóreas; l inha 2 – solo sob

palma forrageira (Opuntia ficus-indica); l inha 3 - pastagens

cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis ; l inha 4 - solo de

Caatinga; l inha 5 – solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade

genética da comunidade bacteriana do solo sob quatro

agroecossistemas e Caatinga pela análise de UPGMA baseado

nos produtos gerados por ARDRA.

1 2 3 4 5 M

600 pb

A

B


104

0.7 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1 reflorestada 3 Palma 4 Pastagem 5 Gliricidia 2 Caatinga

Figura 5. Diversidade genética da comunidade fúngica do solo sob quatro

agroecossistemas e ecossistema nativo, no Semi-árido. A.

Produtos de ARDRA da comunidade fúngica dos solos gerados

com o primer NS1 e NS4. Linha 1 - solos sob áreas reflorestadas

com leguminosas arbóreas; l inha 2 – solo de Caatinga; l inha 3 -

solo sob palma forrageira (Opuntia ficus-indica); l inha 4 -

pastagens cult ivadas com capim Urocloa mosambicensis ; l inha 5

– solo sob Gliricidia sepium. B. Similaridade genética da

comunidade fúngica do solo sob quatro agroecossistemas e

Caatinga pela análise de UPGMA baseado nos produtos gerados

por ARDRA.

M 1 2 3 4 5 M

B

A

1 Kb 100 pb


105

Tabela 1. Classif icação dos solos sob quatro agroecossistemas e

ecossistema nativo, no Semi-árido sergipano no grupo ARDRA, baseado na

digestão dos produtos amplif icados da região do DNA ribossomal de

fungos (18S) e bactérias (16S) habitantes destes solos.

Solo

Região 16S

do rDNA

Hae III

Região 18S

do rDNA

Hinf I

Caatinga 1 1

Áreas reflorestadas com leguminosas

arbóreas

1 2

Pastagem cultivada com capim Urocloa

mosambicensis

2 2

Pastagem cultivada com Gliricidia sepium 2 2

Palma forrageira (Opuntia f icus-indica) 2 2


CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES E SUGESTÕES

Capítu lo 5 – Conc lusões e Sugestões

107

1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL1. CONCLUSÃO GERAL

Considerando as metas de uma agricultura moderna, tem havido uma

demanda crescente para a identi f icação de parâmetros que avaliem,

precocemente e de modo efetivo, a qualidade do solo, identi f icando os

manejos adequados para preservar suas propriedades químicas, físicas e

biológicas e garantir a sustentabil idade dos agroecossistemas.

Esta Dissertação de mestrado conseguiu alcançar os objet ivos propostos

no sentido de que parâmetros indicativos foram identif icados para a aval iação

da qualidade do solo nos diferentes agroecossistemas do Semi-árido brasileiro

e sobretudo, detectar a biodiversidade presente nestes solos e no bioma da

Caatinga, nunca estudado antes.

Os três parâmetros uti l izados: atividade microbiológica, população e o

DNA dos microrganismos do solo apresentam-se como bons bioindicadores,

pois detectaram alterações provocadas por diferentes manejos do solo. A

atividade microbiológica detectou um bom manejo do solo, através da

implementação de agroecossistemas, permitindo que um solo, que antes estava

descoberto pela sua vegetação nativa, que era a Caatinga, t ivesse uma boa

recuperação, refletindo em uma alta atividade dos organismos ali presentes.

A população dos microrganismos, por sua vez, demonstrou uma ampla

biodiversidade presente nos solos da Caatinga, que não estava presente nos

agroecossistemas. Isto indica que um ambiente transformado, como no solo

dos agroecossistemas, há uma tendência de mudança da comunidade al i

presente, como já é previsto. Mas, apesar destes solos “transformados” não

terem uma alta diversidade, como ocorreu no ecossistema nativo, os

organismos ali presentes conseguiram suprir a deficiência da falta de seu

habitat natural mantendo-se ativos metabolicamente, devendo-se isso a uma

boa recuperação do solo influenciada pelo tipo de manejo.

Por últ imo, o exame do DNA destes microrganismos veio de encontro

aos outro dois bioindicadores testados. Pode-se sugerir que a análise


108

molecular detectou no solo da Caatinga uma estrutura genética fúngica e

bacteriana, diferenciada na população microbiana em relação aos solos dos

agroecossistemas, e que se o solo transformado for bem manejado, a

população microbiana pode permanecer estável, como ocorreu no solo sob área

reflorestada, que indicou a mesma estrutura genética do ecossistema original.

Portanto, esse trabalho além de ter contr ibuído para aval iar a qualidade

do solo nos agroecossistemas do Semi-Árido, gerou também dados sobre a

biodiversidade da Caatinga, extremamente necessário para elevar esse bioma à

condição de patrimônio nacional. E assim, compreender melhor a comunidade

microbiana e o ecossistema, visando a sustentabi l idade dos sistemas agrícolas

e mais além, conhecer os habitantes desse recurso precioso, o solo.


109

2222 . SUGESTÕES. SUGESTÕES. SUGESTÕES. SUGESTÕES

2.1 Os bioindicadores testados neste estudo poderão ser uti l izados:

a) em mais de uma época do ano para que possa ter uma melhor aval iação

da dinâmica temporal da microbiota dos solos refletindo a qualidade do

solo;

b) em outros ecossistemas como a Mata Atlânt ica, Pantanal, Amazônia e

Cerrado, para a avaliação e caracterização da biodiversidade de seus

sistemas agrícolas;

c) em apoio a elaboração de EIAs (Estudos de Impacto Ambiental) e

RIMAs (Relatórios de Impacto Ambiental);

d) em áreas com diversos fins de uso tais como a agricultura, a mineração

e a indústria.

2.2 Recomenda-se o sequenciamento de regiões conservadas do DNA da

comunidade microbiana resultantes de estudos de monitoramento

ambiental. As seqüências gênicas deverão ser submetidas à base de

dados do GenBank, ou similares, em busca de novas espécies de

microrganismos jamais descritas.

“Uma nova forma de civilização,

baseada no uso sustentável de

recursos renováveis, não é apenas

possível, mas essencial”.

(in McNeely et al ., 1990, p. 10)

ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA DA ...

Documents

Transcript of ATIVIDADE ENZIMÁTICA, POPULAÇÃO E ANÁLISE DE DNA DA ...