Dinâmica Da Matéria Orgânica No Solo - Livro PDF

EM SISTEMAS CONSERVACIONISTAS

DINMICA DA

Modelagem Matemtica e Mtodos Auxiliares

DO SOLO MATRIA ORGNICA

Dourados, MS

2006

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria

Embrapa Agropecuria Oeste

Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento

Editores: Renato Roscoe

Fbio Martins Mercante

Jlio Cesar Salton

EM SISTEMAS CONSERVACIONISTAS

DINMICA DA

Modelagem Matemtica e Mtodos Auxiliares

DO SOLO MATRIA ORGNICA

Todos os direitos reservados.

A reproduo no-autorizada desta publicao, no todo ou em parte,

constitui violao dos direitos autorais (Lei N 9.610).

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Embrapa Agropecuria Oeste.

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Presidente: Renato Roscoe

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Superviso editorial, Reviso de texto e Editorao eletrnica:

Eliete do Nascimento Ferreira

Normalizao bibliogrfica: Eli de Lourdes Vasconcelos

Foto da capa: Renato Roscoe

1 edio

(2006): online

Embrapa 2006

Roscoe, Renato

Dinmica da matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas:

modelagem matemtica e mtodos auxiliares / Editores: Renato Roscoe, Fbio

Martins Mercante, Jlio Cesar Salton. Dourados: Embrapa Agropecuria

Oeste, 2006.

304 p. : il. color. ; 21 cm.

ISBN 85-7540-014-2

1. Solo - Matria orgnica - Modelagem. 2. Matria orgnica - Solo -

Modelagem. I. Mercante, Fbio Martins. II. Salton, Jlio Cesar. III. Embrapa

Agropecuria Oeste. IV. Ttulo. V. Srie.

Alexandre Fonseca d'Andra

Eng. Agrn., Professor, Dr.,

Centro Federal de Educao Tecnolgica de Uruta,

Departamento de Desenvolvimento Educacional,

Coordenao Geral de Ensino,

Fazenda Palmital Km 2,5 , Zona Rural, 75790-000 - Uruta, GO.

Telefone: (64) 465-1900, Fax: (64) 465-1900


Arminda Moreira de Carvalho

Eng. Agrn., Pesquisadora, Dra.,

Embrapa Cerrados,

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Fone: (61) 388-9898, Fax: (61) 388-9879


Beta Emke Madari

Eng. Agrn., Pesquisadora, Ph.D.,

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Bruno Jos Rodrigues Alves

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Autores dos Captulos

Carlos Alberto Silva

Universidade Federal de Lavras,

Departamento de Cincia do Solo,

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Telefone: (35) 3829-1122, Fax: (35) 3829-1100


Cludia Pozzi Jantalia Sisti

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro,

Departamento de Fitotecnia,

BR 465, km 7, 23890-000 - Seropdica, RJ.

Telefax: (21) 2682-1353, Fax (21) 3787-3684

David V. de Campos

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro,

Departamento de Solos,

BR 465, km 7, 23890-000 - Seropdica, RJ.

Fone: (21) 2682-1308, Fax: (21) 2682-1308

Eduardo de S Mendona

Eng. Agrn., Ph.D., Professor Adjunto da

Universidade Federal de Viosa,

Departamento de Solos,

Avenida P. H. Rolfs s/n - Campus UFV, 36571-000, Viosa, MG.

Fone: (31) 3899-1047, Fax: (31) 3899-2648

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Fbio Bueno dos Reis Jnior


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Fbio Martins Mercante


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Flvia Aparecida de Alcntara


Embrapa Hortalias,

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Fone: (61) 3385-9000 Fax: (61) 3556-5744


Ida de Carvalho Mendes


Embrapa Cerrados,

Caixa Postal 08223, 73310-970 - Planaltina, DF.

Fone: (61) 388-9898, Fax: (61) 388-9879


Jlio Cezar Franchini dos Santos


Embrapa Soja,

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Fone: (43) 3371-6000, Fax (43) 3371-6100


Jlio Cesar Salton




Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811


Luiz Fernando Carvalho Leite


Embrapa Meio-Norte,

Caixa Postal 01, CEP 64006-220 - Teresina, PI.

Fone: (86) 3225-1141/3214-3000, Fax: (86) 3225-1142


Mariangela Hungria


Embrapa Soja,

Caixa Postal 231, 86001-970 - Londrina, PR.

Fone: (43) 3371-6000, Fax (43) 3371-6100


Marx Leandro Naves Silva

Eng. Agrn., Dr.,

Universidade Federal de Lavras,

Departamento de Cincia do Solo, UFLA-DCS.

Caixa Postal 3037, 37200-000 - Lavras, MG.

Telefone: (35) 3829-1122, Fax: (35) 3829-1100


Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado

Eng. Agrn., Pesquisadora, Ph.D.,

Embrapa Arroz e Feijo,

Caixa Postal 179, 75375000 - Santo Antonio de Gois, GO.

Fone: (62) 3533-2110, Fax: (62) 3533-2100


Renato Roscoe

Eng. Agrn., Pesquisador, Ph.D.,



Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811


Robert Michael Boddey

Pesquisador, Ph.D,



Fone: (21) 2682-1500, Fax: (21) 2682-1230


Rmulo Penna Scorza Jnior

Eng. Agrn., Pesquisador, Ph.D.,



Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811


Segundo Urquiaga




Fone: (21) 2682-1500, Fax: (21) 2682-1230


A manuteno de sistemas agrcolas produtivos, garantindo o

suprimento de alimentos, fibras e energia para a sociedade, sem

prejudicar a capacidade de sustentao e sobrevivncia das geraes

futuras, representa grande desafio para a humanidade. Nesse contexto,

a conservao do solo e da gua ganha especial destaque, por

representarem os recursos bsicos da produo agrcola.

A matria orgnica est envolvida com os diversos processos

qumicos, fsicos e biolgicos relacionados com qualidade do solo. A

dinmica da matria orgnica do solo (MOS) determina o fluxo de

matria e energia no sistema solo, definindo entre a tendncia a

situaes sustentveis ou a processos de degradao. O entendimento

dessa funo reguladora da MOS fundamental na busca de sistemas

conservacionistas.

Diante de sua grande complexidade estrutural e dinmica, o

estudo da MOS exige a combinao de tcnicas especficas de anlise

e abordagens integradoras, atravs de ferramentas de modelagem

matemtica e simulao de sistemas. Essas abordagens vm sendo

empregadas em vrios ecossistemas, com destaque para a regio

temperada. Trabalhos em solos tropicais e subtropicais vm

aumentando significativamente nos ltimos anos, mas ainda no h

uma tentativa de sintetizar as informaes e conhecimentos obtidos at

o momento.

Apresentao

O presente livro, ao trazer informaes valiosas sobre a dinmica

da matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas, enfatizando

tcnicas modernas de anlise e de simulao de sistemas, uma

importante contribuio para a gerao de conhecimentos visando

manuteno de produtividades elevadas, ao mesmo tempo em que se

preservam os recursos naturais.

Neste sentido, a Embrapa Agropecuria Oeste, juntamente com

seus parceiros nessa importante publicao, espera que esse material

contribua para o uso sustentvel dos sistemas agrcolas tropicais e

subtropicais.

Mrio Artemio Urchei

Chefe-Geral


Este livro foi idealizado a partir do workshop Modelagem da

Matria Orgnica do Solo no Sistema Plantio Direto realizado na

Embrapa Agropecuria Oeste, em fevereiro de 2003, quando se notou a

falta de um material que sintetizasse os conhecimentos sobre matria

orgnica do solo (MOS) em ambientes tropicais e subtropicais.

Inicialmente, pretendia-se elaborar uma publicao que contemplasse

os diversos aspectos relacionados modelagem matemtica e

simulao de sistemas. Ao longo de trs anos, o material foi evoluindo e

ficou clara a necessidade de nivelamento do conhecimento sobre

alguns mtodos auxiliares utilizados na definio dos parmetros

essenciais aos simuladores. Desta forma, este livro foi organizado em

duas partes. Na Parte 1, quatro captulos discutem a dinmica da

matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas, com nfase

modelagem matemtica e simulao de sistemas. Os dois primeiros

so de contextualizao e reviso conceitual, sendo os dois seguintes

voltados para a discusso sobre as ferramentas de modelagem e

simulao de sistemas.

O Captulo 1 concentra-se no embasamento terico sobre como

a dinmica da MOS est relacionada com a sustentabilidade dos

sistemas de produo e como o tipo de manejo pode influenci-la.

Discute-se, ainda, como a modelagem matemtica e a simulao de

sistemas podem auxiliar na melhoria desse entendimento.

No Captulo 2 discute-se a questo de mudanas climticas

globais e como o solo de sistemas agrcolas conservacionistas, a

exemplo do sistema plantio direto, pode servir de reservatrio para o

Prefcio

carbono atmosfrico, principal responsvel pelo aumento do efeito

estufa causado pela atividade antrpica. Utilizando o sistema plantio

direto como modelo, discute-se a viabilidade de contabilizar o seqestro

de carbono no solo como atividade mitigadora em tratados

internacionais. Destaca-se a necessidade de utilizao de simuladores

da dinmica da MOS para que tal mecanismo compensatrio seja

adequadamente monitorado e incorporado em inventrios de

emisses.

Uma discusso sobre as bases tericas da simulao de

sistemas complexos e as diferentes abordagens utilizadas pelas

ferramentas de modelagem matemtica feita no Captulo 3.

No Captulo 4, so apresentados os principais simuladores da

dinmica da MOS em uso atualmente, destacando as suas

caractersticas e pressupostos. Especial ateno dispensada ao

simulador Century, por se tratar do mais utilizado e com as melhores

perspectivas para adaptao a condies tropicais.

A Parte 2 do livro compreende seis captulos, organizados de

forma a revisar o estado da arte sobre importantes procedimentos

metodolgicos, fundamentais ao entendimento da dinmica da MOS e

correta parametrizao dos simuladores.

No Captulo 5 discutem-se as principais vantagens e

desvantagens de diferentes mtodos de fracionamento fsico da MOS.

Os reservatrios mensurveis so comparados aos tericos dos

simuladores da dinmica da MOS, discutindo-se as possibilidades de

padronizao de um esquema de fracionamento que permita a efetiva

validao dos reservatrios simulados.

13

As bases da utilizao do istopo estvel do C na definio de

parmetros da dinmica da MOS so revisadas no Captulo 6, sendo

apresentados vrios exemplos de aplicao da tcnica.

O Captulo 7 apresenta uma reviso sobre biomassa microbiana

do solo, englobando os principais estudos publicados para condies

brasileiras. Comparam-se as duas principais metodologias de

determinao da biomassa microbiana, destacando suas vantagens e

desvantagens, os principais pontos onde h necessidade de avano no

conhecimento e propondo um procedimento padro para os estudos de

MOS.

No Captulo 8 discutem-se os principais mtodos utilizados para

estimar as emisses de CO do solo, utilizando uma srie de exemplos 2

para diferentes sistemas de uso da terra, em condies brasileiras.

O Captulo 9 e o Captulo 10 discutem duas importantes tcnicas

de caracterizao estrutural da MOS, a ressonncia magntica nuclear 13

do C e a pirlise associada cromatografia gasosa e espectrometria

de massa. So revisados trabalhos realizados com solos brasileiros, os

quais contribuem para o entendimento do comportamento e da

dinmica da MOS, em ambientes tropicais e subtropicais.

Os trabalhos apresentados no presente livro demonstram que as

metodologias de anlise da MOS e as ferramentas de modelagem

matemtica e simulao de sistemas tm elevado potencial para

aumentar a compreenso de sua dinmica em solos tropicais e

subtropicais. H a necessidade, no entanto, de maior padronizao de

mtodos e um esforo concentrado na expanso dos trabalhos com

simuladores promissores, como o Century.

Os Editores

Sumrio

1. Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo

Renato Roscoe, Robert Michael Boddey, Jlio Cesar Salton

2. O Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto:

Possibilidades de Contabilizao

Renato Roscoe

3. Modelagem Matemtica e Simulao de Sistemas: uma

Importante Ferramenta na Pesquisa Agropecuria

Rmulo Penna Scorza Jnior

4. Modelagem Matemtica e Simulao da Dinmica da

Matria Orgnica do Solo

Eduardo de S Mendona, Luiz Fernando Carvalho Leite

17

43

63

75

PARTE 1.

Dinmica da Matria Orgnica do Solo em

Sistemas Conservacionistas:

Modelagem Matemtica e Simulao de Sistemas

PARTE 2.

Mtodos Auxiliares Utilizados no Entendimento

da Dinmica da Matria Orgnica do Solo

5. Fracionamento Fsico do Solo na Obteno de

Compartimentos Mensurveis para Uso em Simuladores da

Dinmica da Matria Orgnica

Renato Roscoe, Beta Emke Madari, Pedro Luiz Oliveira de

Almeida Machado

13

6. Emprego do Istopo Estvel C para o Estudo da

Dinmica da Matria Orgnica do Solo

Bruno Jos Rodrigues Alves, David V. de Campos, Cludia Pozzi

Jantalia Sisti, Segundo Urquiaga, Robert Michael Boddey

7. Biomassa Microbiana do Solo: Frao mais Ativa da

Matria Orgnica

Renato Roscoe, Fbio Martins Mercante, Ida de Carvalho

Mendes, Fbio Bueno dos Reis Jnior, Jlio Cezar Franchini dos

Santos, Mariangela Hungria

8. Emisses de CO do Solo: Mtodos de Avaliao e 2

Influncia do Uso da Terra

Alexandre Fonseca d'Andra, Marx Leandro Naves Silva, Carlos

Alberto Silva

13

9. Ressonncia Magntica Nuclear de C em Estudos de

Caracterizao Estrutural da Matria Orgnica do Solo

Flvia Aparecida de Alcntara, Arminda Moreira de Carvalho

10. Pirlise Associada Cromatografia Gasosa e

Espectrometria de Massa Aplicada a Estudos de Caracteri-

zao Qumica da Matria Orgnica do Solo

Flvia Aparecida de Alcntara

133

163

199

243

281

107

Resumo - A matria orgnica do solo (MOS) desempenha funes fundamentais para o adequado funcionamento do solo, estando envolvida em

processos fsicos, qumicos e biolgicos. Na degradao do solo, a perda de

MOS representa o ponto de partida, influenciando diversos outros atributos,

em uma reao em cadeia. O sistema plantio direto (SPD) tende a preservar a

MOS, principalmente por reduzir a sua taxa de decomposio e, quando

adequadamente adotado (incluindo a rotao de culturas), por promover uma

maior entrada de resduos no sistema. A integrao lavoura-pecuria (ILP), ao

incluir ciclos de cultivos de forrageiras no esquema de rotao, aumenta a

quantidade de resduos aportados ao SPD e, em conseqncia, aumenta a

MOS. O presente captulo tem como objetivo revisar os principais aspectos

relacionados ao papel da matria orgnica no fluxo de matria e energia para

o solo, e analisar as conseqncias do uso de diferentes sistemas de manejo,

sobre este fluxo. Discute-se como o manejo inadequado do solo pode

provocar a perda de MOS e promover a sua degradao, e como, por outro

lado, a utilizao de sistemas conservacionistas pode proporcionar um fluxo

adequado de matria e energia aos agroecossistemas, favorecendo

processos de ordenao e qualidade do solo. A partir de uma anlise dos

dados disponveis na literatura, observa-se que o plantio convencional tem o

potencial de reduzir os teores totais de MOS ou, em alguns casos, somente

Sistemas de Manejo e

Matria Orgnica do Solo

Renato Roscoe

Robert Michael Boddey

Jlio Cesar Salton

1

nos seus reservatrios mais dinmicos, mas sempre favorecendo a perda de

qualidade do solo. O SPD apresenta-se como uma alternativa para se evitar

perdas de MOS, podendo at mesmo promover o seu acmulo, o que

depende sobremaneira da utilizao de rotao de culturas. O sistema de

rotao deve conter culturas ou plantas de cobertura, que produzam elevada

quantidade de resduos e ao mesmo tempo proporcionem um balano positivo

de N no sistema. Um balano negativo de N parece impedir o acmulo de

MOS. A ILP representa uma alternativa interessante de manejo dos solos,

principalmente nas regies com ocorrncia de clima que impe dificuldades

para formao de massa seca para cobertura do solo no SPD.

18 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas

Abstract - Soil organic matter (SOM) has fundamental functions related to an adequate soil functioning, being involved in physical, chemical, and

biological processes. During soil degradation, losses of SOM represent the

starting point, affecting several parameters in a typical chain reaction. No-

tillage systems (NTS) tend to preserve SOM, mainly because they reduce

SOM decomposition rate and, when NTS is properly adopted (including crop

rotation), increase residue production in the system. Pasture and crop

integrated systems (PCI) include grass production in the rotation, increasing

the amount of plant residue to NTS. In this chapter, we reviewed the major

aspects related to organic matter role on matter and energy fluxes in soil, and

evaluated the consequences of different management systems on those

fluxes. We also discussed how the inadequate soil management can cause

SOM losses and promote soil degradation, and how, on the other hand, the use

of conservationist systems may provide an adequate organic matter flux in the

agro ecosystem, favoring ordination processes and soil quality. Analyzing

literature data, we observed that conventional tillage has the potential of

reducing total SOM or, in specific situations, only some of its more reactive

fractions, but always provokes soil quality losses. NTS represents a good

alternative to avoid SOM losses or even increase its content, which strongly

depends on crop rotation. The rotation system should include cash crops and

cover-crops with high residue production and should maintain a positive N

balance in the system. A negative N balance seems to limit SOM accumulation.

The PCI represents an interesting alternative of soil management, especially

in regions where climate conditions difficult the maintenance of soil mulching.

Management Systems and Soil

Organic Matter

Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 19

Introduo

A importncia da matria orgnica do solo (MOS) para os diversos processos

fsicos, qumicos e biolgicos amplamente reconhecida na literatura. A MOS

desempenha diversas funes no ambiente, estando ligada a processos

fundamentais como a ciclagem e reteno de nutrientes, agregao do solo e

dinmica da gua, alm de ser a fonte bsica de energia para a atividade

biolgica. Sua perda pode interferir drasticamente nesses processos,

dificultando o desempenho das funes do solo, provocando desequilbrios no

sistema e, conseqentemente, desencadeando o processo de degradao.

Em decorrncia do grande impacto dos sistemas de uso do solo nas

condies ambientais, sistemas conservacionistas tm sido propostos com o

intuito de reduzir as modificaes no ambientes necessrias ao processo de

produo de alimentos, fibras e energia. Neste contexto, destaque tem sido

dado ao sistema plantio direto (SPD) e integrao lavoura-pecuria (ILP),

como alternativas de produo sustentvel para as regies tropical e

subtropical. Esses sistemas combinam a ausncia do revolvimento do solo e

elevado aporte de resduos, seja pela rotao de culturas anuais ou mesmo

pela combinao de lavouras com pastagens. Tratam-se de sistemas

extremamente conservacionistas, com efeitos diretos na reduo da eroso.

Devido a esse carter e s vantagens decorrentes dos menores custos de

produo e maior praticidade, a adoo do SPD tem crescido

exponencialmente no Brasil nos ltimos 30 anos. De uma rea inexpressiva

em 1975, estima-se que tenham sido cultivados no Brasil, na safra 2003/2004,

mais de 20 milhes de hectares sob SPD (Federao Brasileira..., 2005).

No SPD, os teores de MOS podem ser preservados, pois h uma reduo na

taxa de decomposio, em funo da no-fragmentao dos resduos e do

no-revolvimento do solo. Desta forma, os resduos permanecem na

superfcie, tendo uma menor rea de contato com o solo. Entretanto, no

somente a reduo na taxa de decomposio se faz importante, mas tambm

a capacidade do sistema em suprir carbono para o solo. Para que haja um

efetivo acmulo de MOS no sistema, deve-se ter uma taxa de entrada de C

superior taxa de decomposio. Buscam-se, portanto, esquemas de rotao

que resultem em elevada produo de resduos. Como em condies

tropicais essa elevada produo de resduos tem-se mostrado um problema,

cresce a utilizao de gramneas forrageiras com o intuito de formar cobertura

de solo, ao mesmo tempo em que possibilita a diversificao da produo


agrcola, inserindo animais no sistema. A ILP combina a vantagem de

fornecer grandes quantidades de resduos para formao de cobertura do

solo para a lavoura subseqente sob SPD. Ao mesmo tempo, perodos com

culturas anuais bem manejadas melhoram as condies das pastagens, com

aumento da fertilidade do solo, permitindo maior carga animal e produo de

biomassa.

O presente captulo tem como objetivo revisar os principais aspectos

relacionados ao papel da matria orgnica no fluxo de matria e energia para

o solo, e analisar as conseqncias do uso de diferentes sistemas de manejo

sobre esse fluxo. Discute-se como o manejo inadequado do solo pode

provocar a perda de MOS e promover a sua degradao, e como, por outro

lado, a utilizao de sistemas conservacionistas pode proporcionar um fluxo

adequado de matria e energia para os agroecossistemas, favorecendo os

processos de ordenao e a qualidade do solo.

O Sistema Solo e a Matria Orgnica

Adiscott (1995) descreve o solo como um sistema aberto, onde o fluxo de

matria e energia controlado por seus processos internos e, sobretudo, por

suas relaes com o ambiente externo (Fig. 1). As caractersticas atuais do

solo so resultantes de um longo processo de formao, no qual so

combinados os fatores: material de origem, clima, topografia, organismos e

tempo (Resende et al., 1997). O material de origem serve de base para a

formao da frao mineral, constituda por partculas de tamanho variado

(areia, silte e argila), contendo uma combinao de minerais primrios e

secundrios. Seguindo o processo de intemperismo, os minerais primrios

(aqueles encontrados nas rochas de origem) vo sendo gradativamente

transformados em minerais secundrios. Nos solos tropicais, a frao argila

dominada por minerais secundrios de baixa atividade, como argilas

silicatadas do grupo das caulinitas e xidos e hidrxidos de Fe e Al. A frao

areia, por sua vez, dominada por minerais primrios resistentes ao

intemperismo, como o quartzo, e por concrees ferruginosas (em solos

muito ricos em Fe). A frao silte tem uma composio intermediria. A

matria orgnica do solo (MOS) composta por todo o carbono orgnico

presente no solo, sendo considerados trs importantes reservatrios: a MOS

transitria, composta, sobretudo, por resduos de plantas e organismos do


solo de fcil decomposio e materiais orgnicos produzidos pela microbiota

e razes (cidos de baixo peso molecular e polissacardeos); a MOS

humificada, composta por materiais recalcitrantes, os quais passaram por um

processo intenso de transformao, como cidos hmicos e flvicos, alm de

matrias carbonizados; e a biomassa, formada pela meso e macrofauna, alm

da microbiota do solo (Roscoe, 2005).

Fig. 1. Representao esquemtica do processo de ordenao do solo, destacando os

principais sub-processos e fluxos de energia e matria.

Quando o fluxo de entrada de energia e matria no Sistema Solo resulta em saldo positivo, ocorre

a organizao do sistema em um nvel de ordem superior. Quando o fluxo reduzido e o saldo

negativo, ocorre o inverso, com organizao do sistema em um nvel de ordem inferior.


oxidao

Frao mineral

(areia, silte,argila)intemperismo

Sistema SoloSistema SoloMaterial

de

origem

C plexos

organo-minerais

macroagregados

MOSMOS

humificadahumificada

MOSMOS

transitriatransitria

eroso

lixiviao

gua

matria

energia tempo

tempo

CO2energia

matria

nveis

ordem

Matria

Energia

fotossntese

Biota do solo

decomposio

MOS

gua, CO2,

energia

tempo

oxidao

Frao mineral



de

origem

C plexos

organo-minerais

macroagregados

MOSMOS


MOSMOS


eroso

lixiviao

gua

matria

energia tempo

tempo

CO2energia

matria

nveis

ordem

Matria

Energia

fotossntese

Biota do solo

decomposio

MOS

gua, CO2,

energia

tempo

oxidao

Frao mineral



de

origem

Material

de

origem

Complexos

organo-minerais

macroagregados

MOSMOS


MOSMOS


eroso

lixiviao

gua

matria

energia tempo

tempo

CO2energia

matria

nveis

ordem

nveis

ordem

Matria

Energia

fotossntese

Biota do solo

decomposio

MOS

Matria

Energia

fotossntese

Biota do solo

decomposio

MOS

gua, CO2,

energia

gua, CO2,

energia

tempo

microagregadosde

microagregadosde

microagregadosdede

Como um sistema aberto, o solo interage com outros sistemas externos, como

as plantas e o clima (atmosfera e energia solar), conforme a Fig. 1. As plantas

so as responsveis em transformar a energia luminosa do sol e a matria

fornecida pela atmosfera na forma de CO e gua (proveniente das chuvas, 2

mas que deve ser armazenada no solo para o seu aproveitamento pelas

plantas), em energia qumica e compostos orgnicos, atravs da fotossntese.

O solo pode absorver diretamente energia solar, a qual extremamente

importante para regulao da temperatura e o processo de evaporao.

Entretanto, a principal fonte de energia e matria para a biota do sistema solo

vem da deposio de resduos de plantas e animais e de exsudatos

radiculares (Roscoe, 2005). Os diversos resduos que entram no solo so

gradativamente transformados em MOS, podendo interagir com a frao

mineral no processo de agregao do solo. Em uma primeira etapa, ocorre a

interao da frao mineral com MOS humificada, formando complexos

organo-minerais. Em uma segunda fase, com a incluso de mais MOS

humificada e parte de MOS transitria, h a formao de microagregados.

Finalmente, os ltimos so unidos uns aos outros, formando

macroagregados. A energia necessria para a formao desses agregados

maiores vem, sobretudo, do crescimento de razes e hifas fngicas e da ao

mecnica de organismos da macrofauna (formao de tneis, retrabalho em

mandbulas e trato intestinal), sendo que a estabilizao, por sua vez,

promovida por MOS transitria (principalmente polissacardeos). Nessa

reao em cadeia tem-se, como resultado, o incremento no grau de

ordenao do solo e de complexidade das relaes no Sistema Solo; tal

processo possibilita o surgimento de propriedades emergentes, que conferem

maior capacidade ao sistema resistir a perturbaes, como melhor infiltrao

e armazenamento de gua, maior aerao, menor resistncia ao crescimento

de razes, melhores condies para o desenvolvimento da biota do solo e das

prprias plantas (Bayer, 2004). O processo de ordenao do solo depende

diretamente da atividade biolgica, a qual a responsvel por intermediar o

fluxo de energia e matria no sistema, a partir da transformao dos resduos

orgnicos.

Processos dissipativos ocorrem, por sua vez, quando h um

comprometimento do fluxo de energia e matria ao sistema, com ruptura de

agregados e ao aumento na taxa de oxidao da MOS (Fig. 1). Como

conseqncia, tem-se uma reduo na energia armazenada e alteraes na

organizao dos componentes do sistema em um nvel inferior, culminando


em compactao, baixa resistncia eroso, menor infiltrao e reteno de

gua e, conseqentemente, menor produtividade do sistema vegetal

(Roscoe, 2005).

A Matria Orgnica do Solo e o Processo

de Degradao do Solo

Em ambientes tropicais, o processo de degradao dos solos encontra-se

intimamente relacionado dinmica da matria orgnica (Feller & Beare,

1997). Diversos autores tm ressaltado que a converso da vegetao nativa

em rea de produo agrcola pode reduzir drasticamente os teores de MOS,

devido ao menor suprimento de resduos e ao aumento na taxa de

decomposio, assim como a elevao nas perdas das camadas superficiais

do solo por eroso (Andreux, 1996; Feller & Beare, 1997; Bayer & Mielniczuk,

1999; Christensen, 2000, 2001; Carter, 2001). Desta forma, h uma reduo

no fluxo de matria e energia no solo, favorecendo processos dissipativos

(Fig. 1). Em virtude de suas importantes funes nos processos fsicos,

qumicos e biolgicos no solo, a perda de MOS retro-alimenta o processo de

degradao, promovendo a desorganizao do sistema (Fig. 1), resultando

em menores produes de biomassa e maiores perdas de nutrientes, gua e

solo (Fig. 2).

Os sistemas convencionais de cultivo, envolvendo arao e gradagem, so

considerados os de maior poder de degradao, resultando na maioria das

vezes na reduo dos teores de MOS (Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al.,

1999). Segundo Bayer & Mielniczuk (1999), as perdas da MOS so

favorecidas, principalmente, pelo revolvimento do solo e conseqente

destruio dos agregados, maior fragmentao e incorporao dos resduos

vegetais e diminuio da cobertura do solo, que resultam em alteraes na

temperatura, umidade e aerao do solo. Silva et al. (1994) trabalharam com

220 amostras de trs diferentes classes de solo da regio do Cerrado,

cultivados continuamente com soja e utilizando grade pesada. Os autores

observaram elevadas perdas de MOS em cinco anos de cultivo. As redues

foram de 80% em relao aos teores iniciais para Neossolos Quartzarnicos

(< 15% de argila), 76% para Latossolos Vermelho Amarelos textura mdia

(15-30% de argila) e 41% para Latossolos Vermelho Amarelos argilosos

(> 30% de argila). Entretanto, nem todos os estudos registram perdas de


MOS com o cultivo convencional. Freitas et al. (2000) no registraram perdas

de MOS aps 25 anos de cultivo de culturas diversas (hortalias, arroz, milho e

feijo), em um Latossolo Vermelho distrfico. Roscoe & Buurman (2003),

tambm em um Latossolo Vermelho distfico muito argiloso, observaram

estoques de carbono similares em reas sob vegetao nativa de cerrado

sensu-stricto e cultivadas com milho e feijo em sucesso por 30 anos. A alta

estabilidade da matria orgnica em Latossolos muito argilosos vem sendo

atribuda presena de altos teores de oxi-hidrxidos de ferro e alumnio, que

complexariam a MOS, estabilizando-a (Resende et al., 1997; Roscoe et al.,

Menor

aporte de C

(energia) ao solo

Monocultivo

Solo descoberto

Uso de grades de discos

Maior

escorrimento

superficial

Selamento

superficial

Manejo inadequado do Manejo inadequado do

agroagro--ecossistemaecossistema

Reduo da produtividade

das plantas

Menor cobertura do

solo

Menor suprimento de

Matria Orgnica

Reduo da

CTC

Menor formao

de agregados

Reduo da MO transitria

(MOP ou MO leve)

Reduo da estabilidade

dos agregados

Reduo da

infiltrao

Desagregao e

disperso do solo

Aumento no arraste

de partculas

Perda de

nutrientes

Perda de

nutrientes

ErosoEroso

Menor atividade

biolgica

Reduo da MO humificada

(MO em COM ou pesada)

Reduo da

permeabilidade e

aerao

Perda de guaPerda de gua

Fig. 2. Esquema representativo do processo de degradao do solo ligado perda de

matria orgnica. O uso do agro-ecossistema de forma inadequada reduz a

fotossntese e o aporte de carbono ao solo, resultando na perda de MOS e da cobertura

do solo. O solo descoberto recebe a ao direta das gotas de chuva, desencadeando o

processo de eroso e contribuindo para perda de gua e nutrientes. A reduo da MOS

afeta os processos de formao e estabilizao de agregados do solo, atividade

biolgica e ciclo de nutrientes, contribuindo para a perda de nutrientes, solo e gua.

Essas perdas, por sua vez, retro-alimenta o processo de degradao, reduzindo o

potencial produtivo do agro-ecossistema (este feedback positivo representado pelas

setas em semicrculo).


2000a). Isso pode ser evidenciado pelas altas percentagens de C nas fraes -3

pesadas (densidade > 1,7 g cm ), aquelas representadas pela MOS ligada

matriz mineral (Gregorich & Ellert, 1993). Geralmente, em torno de 90% do C

encontra-se nesta frao em Latossolos argilosos (Roscoe et al., 2001;

Roscoe & Machado, 2002).

Mesmo sem haver decrscimo acentuado nos teores de MOS, a ocorrncia de

redues em alguns de seus compartimentos pode desencadear o processo

de degradao. No estudo de Roscoe & Buurman (2003), embora no tenham

detectado alteraes nos teores totais de MOS aps 30 anos de cultivo, os

autores detectaram significativa reduo nos estoques de C na frao leve -3

livre (densidade < 1,7 g cm ) da MOS, ressaltando que a frao orgnica que

no estava ligada frao mineral (livre) foi a mais sensvel s alteraes no

ambiente. Segundo Roscoe & Buurman (2003), o erro experimental nas

medies dos teores totais de MOS foi, em termos absolutos, maior que as

variaes observadas nas fraes leves, mascarando o efeito de reduo do

C orgnico nessa frao especfica, na rea cultivada. Outros estudos

mostraram que o sistema de plantio convencional reduz significativamente a

biomassa microbiana e a atividade enzimtica do solo (Roscoe et al., 2000b).

A reduo de fraes mais ativas da MOS, como a frao leve livre e o C na

biomassa microbiana, pode afetar diversas de suas funes no solo. A

manuteno da produo de polissacardeos, por exemplo, fundamental

para a manuteno da agregao (Golchin et al., 1997), sendo que estes

compostos so transitrios no solo e so degradados rapidamente

(Stevenson & Cole, 1999). A manuteno de seus nveis depende da atividade

biolgica. Portanto, uma reduo nas fraes leve livre e C na biomassa

microbiana, que representam as fraes mais ativas da MOS, favoreceria a

desorganizao do sistema, deslocando-o para um nvel de ordem inferior,

resultando em uma menor estabilidade de agregados, desencadeando o

processo de degradao (Fig. 1 e 2).

Conforme observado, no somente os teores totais de MOS so importantes

para o entendimento dos processos de degradao do solo. Faz-se

necessrio o estudo detalhado de suas diferentes fraes, relacionando

alteraes quantitativas e qualitativas dessas fraes, aos distrbios

provocados em suas funes na manuteno da qualidade do solo. Quando

se faz tal anlise, pode-se concluir que os sistemas convencionais de cultivo

promovem degradao e perda de qualidade do solo, mesmo em Latossolos

ricos em oxi-hidrxidos de ferro e alumnio, nos quais so observadas


alteraes pequenas (ou mesmo nenhuma reduo) nos teores totais de

MOS.

Sistemas Conservacionistas como Alternativa Degradao

O sistema plantio direto (SPD) representa uma alternativa de manejo

altamente conservacionista, apresentando vantagens como o controle da

eroso hdrica e a melhoria na qualidade do solo e da gua. Por no revolver o

solo, deixando os resduos vegetais na superfcie, o SPD interfere menos na

taxa de decomposio da MOS, o que favorece a manuteno e at o acmulo

da mesma (Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al., 1999). Como a MOS est

relacionada a importantes atributos de qualidade do solo, como atividade

biolgica, ciclagem de nutrientes, agregao do solo, dinmica da gua,

resistncia eroso, etc., sua preservao, atravs do SPD, constitui-se em

uma das principais vantagens da adoo desse sistema.

Resultados de pesquisa, no entanto, no tm sido conclusivos quanto ao

acmulo de C no SPD. Enquanto em alguns trabalhos observaram-se

incrementos significativos nos teores de MOS, quando comparados a

sistemas convencionais (Bayer & Mielniczuk, 1997a,b; Tognon et al., 1997;

Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al., 1999; Bayer et al., 2000a,b), em outros

estudos nenhuma diferena significativa foi observada entre os tratamentos

(Maria & Castro, 1993a,b; Freitas et al., 2000; Roscoe et al., 2000b; Roscoe &

Buurman, 2003). A discrepncia nos resultados de pesquisa vem sendo

atribuda s diferenas entre as condies experimentais e ao que se

convenciona chamar de SPD. Primeiramente, muitos trabalhos avaliam

sistemas com tempos de usos diferentes. O acmulo de MOS no SPD tende a

ocorrer lentamente, sendo necessrios alguns anos para que se mostrem tais

tendncias (Bayer & Mielniczuk, 1999). Outro fator o clima, sendo que os

resultados referentes Regio Sul do Brasil geralmente apresentam

incrementos significativos nos teores de C para SPD (Bayer & Mielniczuk,

1997a,b; 1999). Isso pode estar relacionado s condies climticas da regio

subtropical, onde as taxas de decomposio de C so menores, em

comparao com a regio tropical como ocorre no Cerrado a na Amaznia

(Feller & Beare, 1997; Bayer & Mielniczuk, 1999). Experimentos realizados na

regio do Cerrado, em geral, no apresentam teores significativamente


maiores de C para o SPD em comparao ao sistema convencional, o que

vem sendo atribudo maior intensidade do processo de decomposio da

MOS, em funo das altas temperaturas (Freitas et al., 2000; Roscoe et al.,

2000b; Roscoe & Buurman, 2003).

Outro fator a ser considerado para explicar os diferentes resultados obtidos

entre a Regio Sul e o Cerrado seria o histrico de utilizao das reas. A

produo de gros no Cerrado um fenmeno relativamente recente e,

freqentemente, as reas convertidas para lavouras substituram pastagens,

em sua maioria de Brachiaria spp. Existe ampla literatura cientfica, tanto na

Amaznia (e.g.; Koutika et al., 1997; Trumbore et al., 1995; Neill et al., 1997;

Bernoux et al., 1999) como nas regies da Mata Atlntica e do Cerrado

(Corazza et al., 1999; Freitas et al., 2000; Tarr et al., 2001; Boddey et al.,

2002), que mostra que as pastagens promovem a manuteno dos estoques

do MOS no solo, e no caso de pastagens mantidas produtivas com boas

prticas de manejo (adubao de manuteno e lotao animal apropriada),

s vezes superam queles originalmente observados no solo sob a vegetao

nativa. Em contraste, na Regio Sul, a maioria das reas onde foram

conduzidos esses estudos encontrava-se sob plantio convencional (PC) e os

estoques do C no incio dos estudos eram inferiores aos nveis encontrados no

solo sob a vegetao nativa. Quando os solos continuaram sob PC, os nveis

de MOS abaixaram numa taxa bem menor, em comparao com reas

recentemente desmatadas ou aps vrios anos de pastagem. Desta forma, a

implantao do SPD, em solos manejados sob PC h muitos anos tenderia a

acumular C mais rapidamente, enquanto em regies do Cerrado, onde as

reas estavam sobre vegetao nativa ou pastagens, seria mais demorado

para os estoques do C sob SPD superassem o da vegetao anterior.

Tambm importante considerar a produo de massa vegetal e aporte de

resduos. Na Regio Sul, os cultivos de outono/inverno, com espcies para

cobertura do solo, vm sendo utilizados com sucesso, devido ao regime de

chuvas mais bem distribudo, quando comparado regio do Cerrado. Nesta,

as culturas de safrinha so relativamente recentes e as semeaduras de

inverno viabilizam-se somente sob irrigao, na maior parte da regio. Isso

garante um maior potencial para a produo de resduos nos sistemas de

rotao da Regio Sul. No obstante, mesmo neste ambiente, tratamentos

que no incluam, no esquema de rotao de culturas, materiais com alto

aporte de resduos, tendem a apresentar incrementos discretos nos estoques

de C, ou mesmo ausncia de qualquer diferena em relao a sistemas


convencionais (Bayer & Mielniczuk, 1997a,b; 1999). importante considerar

tambm que nestas condies as taxas de decomposio dos resduos so

maiores, favorecidas pela presena de umidade no solo. Sendo assim, no

basta dispor uma cultura dentro do sistema de rotao com alto aporte de

resduos. Na realidade, o sistema de culturas como um todo que deve retornar

quantidades elevadas de resduos para o solo, de forma a possibilitar saldo

positivo no balano entre entrada e sada de C no solo. Bayer (1996) obteve

quantidades crescentes de material orgnico fornecidos por sistemas de -1 -1

rotao envolvendo aveia/milho (14 Mg ha ), aveia + trevo/milho (18 Mg ha ) e -1

aveia + trevo/milho + caupi (21 Mg ha ). Bayer & Mielniczuk (1997a) relataram

que, nas reas com esses tratamentos e sob SPD por 5 anos, houve aumento

no teor de MOS seguindo a mesma ordem. Comparando o tratamento com

menor aporte de resduos (sucesso aveia/milho), sob sistema convencional,

ao de maior aporte (rotao aveia + trevo/milho + caupi), sob SPD, os autores -1

observaram uma diferena de 6 Mg ha de carbono em favor do SPD, na

camada de 0-17,5 cm.

Entretanto, nem sempre maiores quantidades de resduos culturais

depositadas resultam em uma maior acumulao de MOS no solo. Por

exemplo, Maria et al. (1999) comparou os efeitos na acumulao de MOS (0-

30 cm) de 9 anos de milho ou soja no vero, ambos com aveia no inverno sob -1

SPD e PC. Apesar dos rendimentos de milho (5,6 a 5,7 Mg ha ) terem sido -1

mais do que o dobro dos rendimentos de soja (2,1 a 2,4 Mg ha ), esta

contribuio muito maior de resduos do milho no proporcionou uma

acumulao maior de MOS sob PC, nem sob SPD. Em ambas as sucesses

sob SPD e PC os nveis de MOS diminuram em todos os tratamentos.

Resultados recentes (Alves et al., 2002, 2003; Sisti et al., 2004) indicaram que

o balano de nitrognio no sistema um determinante crucial na acumulao

de MOS sob SPD. Os resultados de Alves et al. (2002) mostraram que, alm

de a soja manejada sob SPD ser capaz de acumular at 80 % do seu N da

fixao biolgica de nitrognio (FBN), a proporo do N da cultura exportada

, freqentemente, muito semelhante, deixando, no solo, baixas quantidades

de N para as culturas subseqentes. bvio que a MOS contm no somente

carbono, mas tambm outros nutrientes, sendo nitrognio quantitativamente -1

o mais importante. Para acumular 1 Mg ha de C no solo na forma de MOS -1

necessrio pelo menos 80 kg N ha (Alves et al., 2002). Como aps o cultivo

da soja o saldo praticamente nulo de N para a formao de MOS,

improvvel que o solo sob sucesses de soja/trigo ou soja/aveia acumule

MOS ao longo do tempo. Machado et al. (2001) e Freixo et al. (2002)


registraram resultados semelhantes na avaliao dos estoques de MOS sob

sucesses de soja/trigo manejadas com SPD em dois estudos de longo prazo

conduzidos na Embrapa Trigo (Passo Fundo, RS) e Embrapa Soja (Londrina

PR). Isso foi confirmado no mesmo experimento de longo prazo em Passo

Fundo por Sisti et al. (2004), mas em outros tratamentos no mesmo

experimento onde foi incorporada nas rotaes a leguminosa ervilhaca no

inverno, registrou-se uma diferena em estoque do C de 17 Mg C (0-100 cm)

em favor do SPD, quando comparado ao PC, em um perodo de 13 anos.

Quase todos os outros estudos feitos no Rio Grande do Sul (Bayer e

Mielniczuk, 1997; Bayer e Bertol, 1999; Amado et al., 1999, 2001; Bayer et al.,

2000a,b; Diekow et al., 2005), que registraram maiores estoques de MOS sob

SPD comparado a PC, uma leguminosa fixadora de N , alm da soja, estava 2

presente nas rotaes sob estudo. No caso do estudo de Maria et al. (1999)

mencionado anteriormente, uma das sucesses foi soja/aveia e a outra -1

milho/aveia. Mesmo tendo sido o milho adubado com 91 kg N ha , o N retirado -1 -1

no gro provavelmente foi mais de 70 kg N ha (5,6 Mg ha x 1,3% N);

portanto, assumindo que teriam algumas perdas de N do fertilizante ou da

mineralizao rpida dos resduos de soja (de baixa ralao C:N), em ambos

as sucesses o balano do N teria sido nulo. Isso sugere que, para uma maior

obteno de resduos e, conseqentemente, um acmulo de MOS, o sistema

de rotao deve incluir culturas com alto aporte de resduos (como as

gramneas) e outras que teriam a funo de inserir nitrognio no sistema (as

leguminosas). O que explicaria tal tendncia seria o fato de as gramneas

serem extremamente responsivas a nitrognio. Assim, tendo uma boa

quantidade de N entrando no sistema atravs das leguminosas, a produo

de biomassa das gramneas subseqentes estariam sendo favorecidas.

Em contraste Regio Sul, a menor durao da estao de chuvas da regio

do Cerrado raramente permite que sejam includas outras leguminosas alm

da soja no esquema de rotaes. Por esse motivo, muito pouco provvel que

as rotaes apresentem um balano anual de N positivo e portanto um

acmulo de MOS. Embora o SPD conserve mais a MOS do que o PC, espera-

se que, caso no sejam adicionadas via fertilizantes quantidades de N

superiores s exportadas nos gros, o SPD somente mantenha os nveis

existentes. No entanto, quando as quantidades de C aportadas so elevadas,

como no caso de pastagens de braquiria, expressivos aumentos no estoque

de C no solo foram verificados para Latossolos de Mato Grosso do Sul, com a

rotao soja-pastagem em PD (Salton et al, 2005).


Os resultados anteriores sugerem que o aporte de resduos um componente

fundamental no processo de manuteno e acmulo de MOS no SPD.

Entretanto, limitado o que se sabe sobre o potencial produtivo de diferentes

espcies, em sistemas de rotaes/sucesses de cultura no SPD. So

poucas as informaes quantitativas e, sobretudo, qualitativas. Resultados

preliminares, obtidos em campos experimentais da Embrapa Agropecuria

Oeste (Dourados, MS), demonstraram que os teores de lignina e

hemicelulose na palhada de aveia podem variar significativamente entre o

sistema convencional (grade pesada), SPD e integrao lavoura

(SPD)/pastagem (Mercante et al., dados no publicados). Estudos adicionais

so necessrios para elucidar o potencial de produo dos diferentes

resduos e como os mesmos estariam influenciando a dinmica da MOS no

SPD.

Mesmo sem alterar os teores de C, o SPD pode alterar a distribuio relativa

de suas fraes ou reservatrios funcionais, interferindo na qualidade do solo

e nas produtividades das culturas. O fracionamento fsico da MOS possibilitou

a execuo de vrios trabalhos em diferentes ambientes, demonstrando entre

outras coisas a sensibilidade da frao lbil, que corresponde MO

particulada ou leve, respectivamente para os mtodos granulomtricos ou

densimtricos. Variaes no estoque desta frao podem detectar alteraes

na qualidade do sistema de manejo adotado, o que nem sempre perceptvel

ao avaliar apenas o estoque de COT no solo (Diekow et al., 2005; Salton,

2005).

Roscoe et al. (2000b) avaliaram, em um Latossolo Vermelho distrfico muito

argiloso, o efeito do sistema de preparo do solo no teor de MOS, atividade da

enzima urease, teores de nitrognio na biomassa, recuperao do N-uria

aplicado e produtividade de milho. Os autores observaram que, embora no

houvesse diferena no teor de matria orgnica entre os tratamentos, o SPD

apresentou os maiores valores para as demais variveis avaliadas, quando

comparado a dois outros sistemas convencionais (arado de disco e de

aiveca). A atividade da urease correlacionou-se positivamente com a

produo de matria seca total e produo de gros de milho, sendo que as -1

produtividades mximas de milho foram maiores para o SPD (6.177 kg ha ) do -1

que para os demais sistemas (4.640-5.045 kg ha ).

Estudos conduzidos na Embrapa Agropecuria Oeste, num Latossolo

Vermelho distrofrrico tpico, demonstraram teores de C da biomassa

microbiana mais expressivos no sistema natural (mata nativa), seguido pelo


sistema integrado lavoura-pecuria, SPD, pastagem contnua e sistema

convencional de cultivo. Anlises em trs pocas de avaliao (florescimento,

pr-plantio e plantio de culturas de inverno) evidenciaram uma reduo nos

teores de C da biomassa microbiana no sistema convencional em relao ao

SPD, em torno de 10%, 28% e 10%, respectivamente, embora nenhuma

alterao no teor total de C foi observada (Mercante et al., 2000). De maneira

similar, Balota et al. (1998) observaram, em solos do Paran, que o SPD

proporcionou maiores incrementos na biomassa microbiana, na respirao

basal e na relao entre o C microbiano e C orgnico total do solo.

Uma alternativa promissora para a regio tropical refere-se combinao de

ciclos de culturas anuais com pastagens (integrao lavoura-pecuria - ILP),

garantindo grandes aportes de resduo e elevada taxa de acmulo de MOS

(Vilela et al. 2003; Salton, 2005). Nas pastagens bem manejadas, as elevadas

produes de resduos, associadas ao no-distrbio do solo, favorecem o

processo de acmulo de MOS (Roscoe, 2005). A produtividade das pastagens

e, consequentemente, a sua produo de resduos, est associada a vrios

fatores como os inerentes prpria espcie, sistema radicular, nveis de

adubao, disponibilidade de N (Fagundes et al, 2005) e, principalmente, ao

manejo das pastagens (Schunke, 2000; Franzluebbers, 2005). Silva et al.

(2004), estudando o acumulo de carbono em pastagens sob diferentes tipos

de manejo em solos de Cerrado, observaram taxas de acmulo variando de -1 -1 -1 -1

negativas (-0,87 Mg ha ano de C) a altamente positivas (3 Mg ha ano de

C). Segundo os autores, pastagens bem manejadas, com adubao de

manuteno e consrcio com leguminosas, favorecem o acmulo de C no

solo, enquanto pastagens degradadas e superpastejadas tendem a perder

carbono. Na ILP, as culturas antecessoras pastagem podem favorecer a sua

produtividade, pois h uma tendncia de melhor aproveitamento dos

nutrientes residuais das adubaes pelas forrageiras (Machado et al., 1999).

Salton (2005), trabalhando com trs experimentos de longa durao em Mato

Grosso do Sul, obtiveram uma seqncia relativa ao acmulo de carbono no

solo, em funo de diversos sistemas de uso, partindo de valores negativos

para soja em sistema convencional, passando por valores neutros com a ILP e

culminando com valores superiores vegetao nativa para pastagens bem

manejadas (Fig. 3). Esse trabalho ilustra bem a possibilidade de elevao nos

nveis de carbono no solo atravs da adoo de sistemas de manejo

integrando lavouras e pastagens.


Fig. 3. Valores relativos de estoques mdios de carbono orgnico (COT) no solo, em

sistemas de manejo ordenados em funo do aporte de C via fitomassa (fluxo de

energia), em experimentos de longa durao na regio Centro Oeste do Brasil.

Fonte: Salton, (2005).

Vegetao natural = 100%, as barras indicam o valor do desvio padro da mdia, quando

n>1. L-PC: soja em plantio convencional; L-PD: soja em plantio direto; S4P4: rotao soja por

4 anos pastagem (P. maximum) por 4 anos; S1P3: rotao soja por 1 ano pastagem (B.

brizantha) por 3 anos; S2P2: rotao soja por 2 anos pastagem (B. decumbens) por 2 anos; PP:

pastagem permanente (B. decumbens); e PP+L: pastagem permanente (B. decumbens)

consorciada com leguminosa.

Produo de fitomassa/Fluxo de energia

120

100

110

90

80

70

60

L-PC S4P4 S1P3 S2P2 PP PP + LL-PD

0


Consideraes Finais

O cultivo convencional promove uma significativa perturbao na dinmica e

no desempenho das funes da MOS, podendo reduzir os seus teores totais

ou, como em solos argilosos ricos em oxi-hidrxidos de Fe e Al, somente de

algumas de suas fraes mais dinmicas, como a leve-livre ou particulada e a

biomassa microbiana. Tal perturbao pode desencadear o processo de

degradao e de perda da qualidade do solo.

O sistema plantio direto, devido a sua caracterstica de no-revolvimento do

solo, tem o potencial de reduzir os efeitos danosos do sistema convencional,

preservando a MOS. Entretanto, esse potencial afetado por particularidades

do sistema de manejo adotado, as quais resultam no aporte e na qualidade

dos resduos adicionado ao sistema. Evidncias apontam para uma efetiva

manuteno da MOS em sistemas de rotao com elevado aporte de

resduos, envolvendo culturas de inverno. Os trabalhos avaliados sugerem,

ainda, que as maiores quantidades de resduos esto sempre relacionadas

presena de mais de uma cultura fixadora de nitrognio no esquema de

rotao. Sucesses contendo somente soja, seguida de aveia ou milho

safrinha, parecem no fornecer nitrognio suficiente para o sistema. Cabe

ressaltar que o balano positivo de N no sistema ir favorecer o acmulo de

MOS, no pelo maior aporte de resduos da prpria leguminosa fixadora, mas

sim pela maior produtividade das gramneas presentes no esquema de

rotao, visto que essas so extremamente responsivas ao N. Em esquemas

de rotao onde no ocorra o devido suprimento de N pela fixao biolgica

necessria a utilizao de fertilizantes minerais para a manuteno de

balano positivo de N no sistema.

A integrao lavoura pecuria surge como uma alternativa interessante para

reas onde h dificuldades de estabelecimento de sistemas de rotao de

culturas que sejam capazes de fornecer grandes aportes de resduos para o

solo, situao observada para a maior parte do Centro-Oeste do Brasil.

Entretanto, vale ressaltar que, mesmo nesses sistemas, o suprimento de

resduos dependente de um manejo adequado das pastagens.


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Resumo - Nas ltimas duas dcadas, os ecossistemas terrestres vm sendo considerados to importantes quanto os oceanos na retirada e no

armazenamento de carbono da atmosfera, mitigando o efeito estufa. Embora

no seja considerado no mbito do Protocolo de Kyoto como uma atividade

elegvel para as compensaes de emisses, o sistema plantio direto vem

sendo apontado como uma alternativa promissora no seqestro de carbono

atmosfrico, ao promover a manuteno e o aumento da matria orgnica do

solo. Entretanto, existem ainda vrias restries metodolgicas para uma

efetiva contabilizao do seqestro de carbono no solo sob sistema plantio

direto. Uma das alternativas viveis para tal contabilizao a modelagem

matemtica e simulao da dinmica da matria orgnica do solo. Desta

forma possibilitaria a incluso do seqestro de carbono no solo sob sistema

plantio direto nos inventrios nacionais de emisses e a incluso de tal

alternativa mitigadora em acordos internacionais. No entanto, avanos so

ainda necessrios para adaptao dos simuladores para as condies

tropicais e subtropicais.

Renato Roscoe

Seqestro de Carbono no

Sistema Plantio Direto:

Possibilidades de Contabilizao

2

Abstract - In the last two decades, terrestrial ecosystems have been considered as important as oceans in fixing and accumulation atmospheric

carbon, mitigating greenhouse effect. Although not eligible as an activity for

emission compensation in the Kyoto Protocol, no-tillage system has been

considered as an promising alternative to atmospheric carbon sequestration,

since it promotes soil organic matter maintenance and increase. Nevertheless,

there are still several methodological restrictions for an effective assessment

of carbon sequestration under no-tillage system. Mathematical modeling and

simulation of soil organic matter dynamics has a great potential as a suitable

alternative for such a assessment, which would allow the inclusion of carbon

sequestration under no-tillage system in the national emission inventories.

This would allow the inclusion of such a mitigating alternative in international

agreements. However, improvements are still necessary for the adaptation of

models to tropical and subtropical conditions.

Carbon Sequestration on No Tillage

System: Accounting Possibilities


Introduo

As mudanas no ambiente causadas pelas atividades humanas tm

provocado srios problemas ambientais, como a reduo da biodiversidade e

a degradao do solo e da gua. Mais recentemente, com o avano dos

conhecimentos cientficos, pesquisadores comearam a perceber que a

atividade humana tem afetado, ainda, a atmosfera. Estudos iniciados no final

da dcada de 70 e intensificados nos ltimos 20 anos acumularam evidncias

de que o homem vem causando alteraes significativas na composio da

atmosfera, emitindo quantidades crescentes de gases causadores de efeito

estufa (GEE). O aumento da temperatura na superfcie terrestre est

associado elevao da concentrao destes gases, o que gera alteraes

significativas no clima do planeta.

Dentre os GEEs emitidos pelas atividades antropognicas, o gs carbnico

responsvel por cerca de 70% do potencial de elevao da temperatura

terrestre. Nos ltimos 250 anos, a concentrao de CO na atmosfera 2

aumentou 31%, alcanando os atuais 366 ppm, mais alto nvel observado nos

ltimos 420 mil anos (Watson et al. , 2001).

O carbono emitido pelo homem vem, sobretudo, da queima de combustveis

fsseis e da mudana no uso da terra. O petrleo, carvo mineral e gs natural

representam a base da produo de energia na sociedade atual, respondendo

por dois teros de toda a energia consumida mundialmente. Por essa razo,

as emisses de CO provenientes da queima de combustveis fsseis 2

atingiram valores quatro vezes superiores quantidade emitida pela mudana

no uso da terra, nas ltimas duas dcadas. No obstante, ao longo da histria

da humanidade, a substituio de florestas por pastagens ou culturas anuais

foi responsvel por grandes redues nos estoques de carbono nos

ecossistemas terrestres, ao longo da histria da espcie humana. Como as

mudanas na matriz energtica tm um custo econmico extremamente

elevado, acredita-se que a recuperao dos estoques de carbono em

ecossistemas terrestres, que sofreram perda ao longo de sua histria de

utilizao, possa mitigar os efeitos das atividades humanas, re-absorvendo

carbono no solo e na vegetao. Adotando-se estratgias conservacionistas,

os ecossistemas terrestres poderiam armazenar o excesso de carbono

emitido para a obteno de energia, permitindo o desenvolvimento

tecnolgico e a substituio da matriz energtica por fontes renovveis.

Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto: Possibilidades de Contabilizao45

Neste contexto, tem-se avaliado o potencial de sistemas conservacionistas

em retirar o carbono da atmosfera, armazenando-o no solo. O sistema plantio

direto (SPD), por no promover o revolvimento do solo e a incorporao dos

resduos vegetais, tende a preservar a matria orgnica do solo, mantendo ou

at elevando os estoques de carbono neste reservatrio. Entretanto, existem

processos importantes envolvidos, os quais determinam ou no o acmulo de

carbono nos sistemas. O entendimento de tais processos, em um sistema

complexo como o solo, exige a integrao de conhecimentos em uma

abordagem sistmica.

Neste captulo, apresenta-se o ciclo global do carbono e os processos

envolvidos em seu balano nos ambientes terrestres. O objetivo foi o de

discutir o papel do sistema plantio direto no contexto da mitigao das

emisses de gases de efeito estufa, assim como, a importncia da

modelagem matemtica e simulao da dinmica da matria orgnica do solo

para o entendimento deste papel.

Ciclo Global do Carbono

As quantidades de CO na atmosfera resultam do balano entre fontes e 2

sumidouros nos seus principais reservatrios: os ecossistemas terrestres, os

oceanos e a litosfera (Fig. 1). O maior reservatrio de carbono na Terra

encontra-se nas rochas sedimentares, sendo estimado em 66 bilhes de Gt

de C (German Bundestag, 1989). Os fluxos de carbono entre a atmosfera e

esse imenso reservatrio ocorrem lentamente, com taxas anuais

extremamente baixas. O CO atmosfrico, por sua vez, pode ser absorvido 2

1

nos ecossistemas terrestres, principalmente, pela fotossntese e, nos

oceanos, atravs da fotossntese e da dissoluo na forma de carbonatos

(Schlesinger, 1997; Wigley & Schimel, 2000). Nos ecossistemas terrestres, o

CO fixado pela vegetao segue vrios caminhos, sendo parcialmente 2

consumido pela respirao dos prprios autotrficos e, posteriormente,

servindo de fonte bsica de energia para os demais sistemas heterotrficos.

Esses organismos consomem parte do carbono pela respirao e repassam

(1)

Solos alcalinos tambm podem fixar pequenas quantidades de CO atmosfrico na forma de 2

carbonatos. Porm este processo restringe-se a solos de regies semi-ridas e tem uma

contribuio irrisria quando comparado fotossntese.


Fig. 1. Ciclo biogeoqumico do carbono: o C flui entre a atmosfera, oceanos,

sedimentos e ecossistemas terrestres (biomassa + solo). Em seu ciclo geoqumico, as

molculas de CO da atmosfera so dissolvidas nos oceanos na forma de carbonatos e 2

so lentamente depositadas como sedimentos, retornando naturalmente atmosfera

somente com a movimentao de placas tectnicas, no processo de subduco,

levando um tempo mdio de 400 milhes de anos. O C atmosfrico pode ainda ser

absorvido por plantas e algas pela fotossntese, entrando no ciclo biolgico do C, no

qual o tempo de ciclagem bem menor (100-1000 anos). As setas vermelhas

representam os fluxos criados pelo homem, pela mudana no uso da terra e pela

queima de combustveis fsseis. Valores em Gt (bilhes de toneladas) representam os -1

tamanhos dos reservatrios de C e, em Gt ano , os fluxos anuais na dcada de 90.

Fonte: Watson et al. (2001).

outra parte para os diferentes nveis trficos, terminando, finalmente, por ser

consumido pelo processo de decomposio, no qual, parte do carbono

acumula-se no solo, formando a matria orgnica do solo (MOS). A MOS

tambm decomposta, porm em taxas bastante lentas, o que permite que este

seja um importante reservatrio de C nos sistemas terrestres. Por essa razo,

calcula-se que as quantidades de carbono armazenadas nos solos sejam

quatro vezes superiores s encontradas na vegetao (Watson et al., 2000).

O tempo de permanncia do C nestes reservatrios terrestres varia entre dias

a alguns poucos milhares de anos (Wigley & Schimel, 2000).

Sedimentos/Litosfera

66.000.000 Gt

guas Superficiais 700 Gt

guas Profundas

38.000 Gt

Ecossistemas

Terrestres

2.000 Gt (Solos)

500 Gt (Biomassa)

Combustveis

Fsseis

5.000 Gt

Combustveis

Fsseis

5.000 Gt

-1

0,2 Gt ano

-1

- 2,3 Gt ano

-1

- 2,3 Gt ano

Atmosfera

760 Gt

-1

+ 1,6 Gt ano

-1

+ 6,3 Gt ano

-1

< 0,1 Gt ano

Oceanos

Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto: Possibilidades de Contabilizao47

Nos oceanos, o CO pode seguir duas rotas principais, a orgnica, na qual 2

fixado pela fotossntese de algas, e a mineral, na qual se dissolve na forma de

cido carbnico, com posterior precipitao de carbonatos. O C fixado na

forma orgnica segue a mesma rota daquele dos ecossistemas terrestres,

passando por diferentes nveis trficos, sendo parcialmente perdido por

respirao e decomposio, em um ciclo relativamente rpido. Parte deste C

orgnico e, principalmente, os carbonatos (inorgnicos) vo sendo

lentamente acumulados no fundo dos oceanos, formando depsitos

sedimentares. Em condies naturais, o retorno para a atmosfera do carbono

aprisionado neste reservatrio sedimentar ocorre somente atravs de

emisses vulcnicas e hidrotrmicas, o que leva em mdia 400 milhes de

anos (Schlesinger, 1997).

Balano de Carbono

As emisses atuais de carbono para a atmosfera sofrem grande interferncia

da atividade antrpica. Os maiores fluxos so decorrentes da queima de

combustveis fsseis e da utilizao de rochas carbonatadas para a produo

de cimento. A queima de combustveis fsseis se refere utilizao de

petrleo, carvo e gs natural. Nas ltimas duas dcadas, a queima de

combustveis fsseis e produo de cimento contriburam com,

aproximadamente, 75% das emisses antropognicas (Fig. 1), ou seja, -1 -1

6,3 0,6 Gt C ano (Watson et al., 2001). O restante, 1,6 0,8 Gt C ano , vem

da mudana no uso da terra, principalmente em funo do desmatamento em

regies tropicais (Watson et al., 2001).

Fazendo um balano das emisses nos ltimos 150 anos, observa-se que as

emisses devido a mudanas no uso da terra (136 55 Gt C) foram, quase

que totalmente, equilibradas por processos de reabsoro pelos prprios

ecossistemas terrestres (Watson et al., 2000). Por outro lado, a queima de

combustveis fsseis e produo de cimento emitiu o dobro (270 30 Gt C)

para a atmosfera. Deste total, os oceanos conseguiram absorver cerca de um

tero, sendo o restante acumulado na atmosfera, elevando as concentrees

de CO de 285 ppm, antes da Revoluo Industrial, para os 366 ppm atuais 2

(Watson et al., 2000).


Mitigando as Emisses

Na ltimas duas dcadas, os ecossistemas terrestres vm funcionando como

um dreno de carbono to eficiente quanto os oceanos, em termos

quantitativos (Watson et al., 2000), o que vem sendo atribudo,

principalmente, ao crescimento de florestas em altas latitudes (Sarmiento,

2000). Entretanto, as respostas destes ecossistemas a alteraes no clima

podem afetar significativamente o seu potencial de seqestro de C no prximo

sculo (Sarmiento et al., 1998; Sarmie

Dinâmica Da Matéria Orgânica No Solo - Livro PDF

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