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Fase sólida do solo

Componentes orgânico

Componentes minerais

MATMATÉÉRIA ORGÂNICA DO SOLO (MOS)RIA ORGÂNICA DO SOLO (MOS)

► Embora em pequenas proporções nos solos minerais, a MOS éimportante devido à sua alta reatividade e interação com os

demais constituintes do solo.

► MOS é produzida pela fotossíntese através da conversão do CO2.

► A MOS faz parte do ciclo do carbono→ Qualidade ambiental

Definições e caracterização da MOS

MATERIAL ORGÂNICO: todo o tipo de material de origem orgânica, reconhecível ou não.

MATÉRIA ORGÂNICA OU HÚMUS: substâncias de natureza orgânica já em estádio avançado de alteração, não sendo possível reconhecer sua origem.

Composição da MOS

► Resíduos orgânicos ou liteira► Fração “leve”

► Biomassa microbiana► Substâncias não húmicas ou biomoléculas

► Substâncias húmicas

Adição de matéria orgânica

Parte aérea

Sistema radicular

AdiAdiçção de matão de matééria orgânica ao soloria orgânica ao solo

Natureza das Substâncias Orgânicas

► Substâncias não húmicasSão grupos de moléculas orgânicas que ocorrem naturalmente na natureza, sendo primeiramente sintetizados pelas plantas via fotossíntese e de estrutura química conhecidas.

► Frações lábeis da MOS► Constituem as unidades estruturais para:

- Formação de tecidos (biossíntese);- Reservatório de nutrientes e energia dos

organismos.

► Substâncias não húmicas

Carboidratos: simples (glicose, galactose), polimerizados (lignina, celulose, hemicelulose)

Aminoácidos: são constituintes das proteínas → fonte de “N” no solo. ex.: glicina, alanina, ác. aspártico, ác.

glutâmico, etc.

Proteínas: são compostos nitrogenados formados por aminoácidos e ácidos argânicos. ex.: desidrogenase,

oxidase, peptidase

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► Substâncias não húmicas

► Produtos → permitem a síntese de compostos húmicos

► Substâncias húmicas

- Partículas coloidais de alta reatividade (< 2µm); - Coloração variando do amarelo ao marrom escuro;- Bastante estáveis e resistentes à ação microbiana;- Alta reatividade e interação com minerais do solo.

Humina: insolúvel em base e ácido.Ácido húmico: solúvel em base e insolúvel em ácido.Ácido fúlvico: solúvel em base e ácido.

► Substâncias húmicas

Substâncias húmicas → podem ser obtidas pelo fracionamento químico → baseado na solubilidade da MOS em meio ácido e alcalino.

O fracionamento químico permite a separação dos componentes orgânicos das partículas minerais do solo.

► Substâncias húmicas

Ácido fúlvico: C135H182O95N5SOs grupos se dissociam, maior decomponibilidade,

contribui imediatamente para a CTC do solo.

Ácido húmico: C187H186O89N9SPossuem alto peso molecular, maior resistência da

molécula à decomposição, funciona como reserva.

A maioria dos atributos do solo têm estreita relação com a MO:

Estabilidade dos agregados

Infiltração e retenção de água

Resistência àerosão

Atividade biológica

CTCDisponibilidade de nutrientes

às plantas

Na+

K+Cl- Na+

Cl-

K+

K+

►FUNÇÕES DA MOS

► Químicas- Fonte de nutrientes (N, P, S) → mineralização de resíduos.

- CTC (troca de cátions) → alta ASE (800 - 900m2 g-1), cargas dependentes do pH, baixo PCZ, CTC em solos oxídicos

- Poder tampão do solo → dissocia H+ em pH acima de ±3,5, controla a atividade do Al3+.

- Reação com metais → disponibilidade de micronutrientese elementos tóxicos.

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►FUNÇÕES DA MOS

► Físicas

- Estruturação do solo → agente cimentante, afeta agregação, aeração, infiltração de água no solo.

- Retenção de água → capaz de reter até 5 vezes o seu peso.

- Aquecimento do solo → devido a coloração escura.

- Proteção do solo → resíduos orgânicos na superfície reduzem flutuações de temperatura e umidade e potencial de erosão.

►FUNÇÕES DA MOS

► Biológicas

- Fonte de energia para microrganismos → taxas de decomposição e mineralização.

- Atividade enzimática → estimula ou inibe enzimas extracelulares.

- Desenvolvimento de plantas → estimula ou inibe a produção de fitohormônios ou de compostos orgânicos tóxicos.

►REAÇÕES DA MOS

A reatividade da MOS é devido as suas propriedades:» ASE = 800 - 900 m2 g-1

» CTC = 400 - 800 cmolc kg-1

» PCZ ± 3,5» Diversidade de grupos funcionais

- grupos COOH geram CTC em pH 3,0- grupos OH fenólicos geram CTC em pH 9,0

►REAÇÕES DA MOS

► Troca de cátions

- As cargas negativas geradas são balanceadas com cátions → Ca2+, Mg2+, K+, etc.;

- Ligações eletrostáticas (fracas);

- A soma dos cátions trocáveis sorvidos por unidade de massa da MOS caracteriza a CTC da MOS.

►REAÇÕES DA MOS

► Complexação de metais

-Alguns cátions (metálicos) apresentam ligação estável (caráter covalente) com a MOS;

-Complexo metálico (quelato) → ligação em 2 ou mais pontos da molécula orgânica;

-Disponibilidade de micronutrientes (Zn2+, Cu2+, Mn2+, etc.);

- Redução da atividade de elementos tóxicos (Cd, Pb, Cr, Ni, etc.).

►REAÇÕES DA MOS

► Complexação de metais

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►REAÇÕES DA MOS

► Poder de tamponamento da acidez do solo

- A MOS é fonte de H+ para a solução do solo (acidez potencial);

- Teor de MOS x recomendação de corretivos de acidez do solo (calcário).

►REAÇÕES DA MOS

► Interação com argilominerais

- Depende do tipo de material orgânico e das propriedades da superfície mineral;

- Ligações através de troca de íons, ponte de H+ e cátions, troca de ligantes, forças de Van Der Waals, etc.;

- Confere proteção física e química da MOS;

- Afeta a pedogênese dos solos.

►REAÇÕES DA MOS

► Reações com outras moléculas orgânicas

-Herbicidas, inseticidas, fungicidas, etc.;

- Os mecanismos dessas interações dependem de propriedades físicas e químicas das moléculas envolvidas, pH, temperatura, potencial redox, umidade, etc.

Dinâmica da MOS

► Adição de MO- Ocorre pela conversão de CO2 em compostos orgânicos no processo de fotossíntese;

- Decresce com a profundidade.

(Brady & Weil, 1996)

Dinâmica da MOS

► Perdas de MOOcorrem principalmente pela:

- Liberação de CO2 na respiração;- Decomposição microbiana dos resíduos do solo;- Revolvimento do solo, aumento da oxidação de compostos orgânicos e perdas por lixiviação e erosão;- Desmatamento;- Queima de combustíveis fósseis.

A magnitude desses processos em dadas condições pedoclimáticas depende das

espécies e do sistema de manejo do solo utilizado.

Dinâmica da MOS

► Decomposição de compostos orgânicos- microrganismos → enzimas extracelulares → quebrar os polímeros da estrutura orgânica de plantas e animais →absorção dos monômeros liberados pela membrana celular e oxidação nas rotas metabólicas para geração de ATP e liberação de CO2 e H2O.

► Velocidade de decomposição → depende de:- estrutura bioquímica (recalcitrância da MOS)- condições do ambiente- produção de enzimas necessárias- interação com a fase mineral do solo (proteção)

► Açúcares, amidos e proteínas simples – decomposição + rápida;► Frações lábeis x fração húmica → recalcitrância.

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Tempo de decomposição das substâncias não humificadas no solo. Processo de decomposição da MOS (Brady & Weil, 1996)

► Processo oxidativo de decomposição da MOS

R – (C, 4H) + 2O2 → oxidação → CO2 + H2O + energia enzimática

► Processo anaeróbico de decomposição da MOS

► Aspectos ambientais da decomposição da MOS

- Produção de CO2;- Produção de CH4 (gás metano);- Lixiviação de NO3

-

► Imobilização e mineralização

- Organismos podem imobilizar parte dos nutrientes encontrados nos resíduos para biossíntese;

- Os nutrientes temporariamente imobilizados são mineralizados com a morte e decomposição dos organismos.

► A relação carbono/nitrogênio (C/N)

- O equilíbrio entre as taxas de mineralização e imobilização depende da quantidade de C no resíduo e da relação entre carbono e nitrogênio (C/N);

- Os tecidos microbianos possuem uma relação C/N entre 20 e 30.

Relação C/N nos resíduos do solo e as taxas de imobilização e mineralização.

aumentadaI < M< 20não alteradaI = M20 – 30

reduzidaI > M> 30Disponibilidade NImobiliz./Mineraliz.Relação C/N

► Clima x MOS

Climosseqüência oeste – leste do RS (Kampf & Schwertmann, 1983)

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- Teores de MOS (%C) decrescem com a elevação da temperatura e a diminuição da água excedente.

Climosseqüência de solos na região do Planalto.Dados dos perfis da climosseqüência na região do Planalto.

10 YR20,045,22,79940Bom Jesus

7,5 YR16,773,92,52900Vacaria

2,5 YR13,303,92,08700Erechim

2,5 YR11,731,51,75300Santo Ângelo

Cor do Hz A

CTC(cmolc kg-1)

Al3+

(cmolc kg-1)C (%)AltitudeSolos

Relação da temperatura e a capacidade de decomposição de organismos aeróbicos e anaeróbicos (Brady &

Weil, 1996)

► MOS e propriedades físicas

- Os resíduos orgânicos diminuem a densidade do solo e criam poros de tamanho grande que favorecem a entrada de ar e a drenagem d’água.

- As raízes e os micélios de fungos criam uma rede que favorece a estabilidade dos agregados.

Relação entre o diâmetro médio geométrico dos agregados (DMG) e os teores de carbono orgânico em um Latossolo Vermelho. (Santos

& Camargo, 1999)

► MOS e propriedades químicas

Influência do C org. no PCZ de um Latossolo (Meurer, 2000)

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► MOS e propriedades químicas

Relação da CTC de um Argissolo Vermelho com o seu teor de C org. (Santos & Camargo, 1999)

Decomposição do C do solo em ambientes temperados e tropicais (Camargo et al., 1999)

► Os teores de MOS em solos de ambientes temperados e tropicais são semelhantes?

► Em ambientes temperados ocorre mais acúmulo de MO devido à menor atividade microbiana;

► Em ambientes tropicais, com solos intemperizados, ocorre menor decomposição de MO devido à interação da MOS com minerais (óxidos e caulinita) - proteção química da MOS.

► Manejo agronômico x MOS

- O cultivo do solo altera as taxas de adição e perda da MOS.

► O preparo do solo afeta as perdas devido:- mudança de temperatura;- umidade;- aeração;- ruptura de agregados;- fracionamento e incorporação de resíduos.

► As taxas de adição são influenciadas pelos sistemas de rotação de culturas (quantidade de resíduos que retornam ao solo).

► O efeito do manejo nas taxas de decomposição da MOS depende do tipo de solo:

- textura e mineralogia → estabilidade física da MOS.

► Manejo agronômico x MOS

(Bayer & Mielniczuk, 1999)

- Exemplo de manejo:

Teores de CO e NT em Argissolo Vermelho submetido, durante 9 anos, a diferentes sistemas de manejo (Bayer, 1996).

PC = preparo convencional; PD = plantio direto; A = aveia; V=ervilhaca; M = milho; C = caupi.

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- Exemplo de manejo:

► O PD acumulou 11 t ha-1 de C org. e 1 t ha-1 de NT a mais que o PC (9 anos);

► Taxa de acúmulo anual de ±1 t ha-1 de C org. e 100 kg ha-1 de NT a mais no PD;

► Taxa de decomposição anual da MOS de 2,9% no PD e 5,4% no PC → redução de 85% das perdas devido ao não revolvimento do solo.

► MOS e pedogênese

-A pedogênese é resultado da ação de fatores de formação →evolução até a maturidade do solo (equilíbrio com a paisagem);

- A interação entre MOS e minerais, combinados com os fatores de formação, determinam os processos de formação do solo;

► Metabólitos reativos produzidos por microrganismos → NH3, HNO3, H2SO4, CO2 (H2CO3), ácidos orgânicos (acético, oxálico) →dissolvem rochas solubilizando cátions da estrutura dos minerais silicatados.

► Produtos solúveis da reação de ácidos orgânicos e mineraispodem ser removidos do sistema solos por lixiviação ou translocados para regiões inferiores no perfil de solo, onde se precipitam formando horizontes específicos → duripan, B espódico, cimentação de sílica, etc.

► MOS e pedogênese

► Ácidos orgânicos como ácido cítrico e oxálico e substâncias húmicas reagem com minerais silicatados formando quelatos(reação de complexação), facilitando a quebra de ligações estruturais → intemperismo do mineral.

- Diferenciação de horizontes → classificação dos solos.

► Quantidade de carbono no solo

C = a / k onde a = b x m

A quantidade de carbono no solo depende da quantidade adicionada e das condições do ambiente.

C = % de carbonok = taxa anual de decomposição do carbono orgânico do soloa = adição anual de carbono no solo (t ha-1)b = quantidade de material orgânico fresco depositado no solo anualmentem = taxa de conversão de b para carbono orgânico

► Quantidade de carbono no solo

Valores estimados dos parâmetros relacionados ao carbono em equilíbrio em diversos ambientes.

2,07,02,0405,0Solo cultivado

3,00,40,5351,4Pradaria

0,81,20,4450,9Savana tropical

2,00,70,8402,2Floresta temperada

4,22,72,5505,0Floresta tropical

C %

k % ano-1

a t ha-1

m%

b t ha-1ECOSSISTEMA

► Método de determinação do carbono orgânico do solo

- O processo de oxidação da MOS ocorre via úmida, efetuado por uma mistura sulfocrômica, a qual é posteriormente titulada com sulfato ferroso amoniacal.

-Determina-se somente o C org. prontamente oxidável →equivalente a 58% da MO.

- MO (%) = C org. (%) x 1,724

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Método de determinação do

carbono orgânico do solo