SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................

2 CICLO DA ÁGUA .............................................................................................

3 CICLO DO OXIGÊNIO .....................................................................................

4 CICO DO CARBOBO .......................................................................................

4.1 Carbono Atmosférico ..................................................................................

5 CICLO DO NITROGÊNIO .................................................................................

5.1 Amonificação ..............................................................................................

5.2 Nitrificação ..................................................................................................

5.3 Assimilação do nitrogênio ...........................................................................

5.4 Formação de aminoácidos .........................................................................

5.5 Outros compostos nitrogenados .................................................................

5.6 Perda de nitrogênio ....................................................................................

5.7 Fixação do nitrogênio .................................................................................

5.8 Micro-organismos fixadores de nitrogênio de vida livre .............................

5.9 Outras fontes de nitrogênio ........................................................................

5.10 Solos e Agricultura ...................................................................................

6 CICLO DO FÓSFORO .....................................................................................

7 CICLO DO ENXOFRE ......................................................................................

7.1 Enxofre no solo e as suas transformações ...............................................

7.2 Oxidação e redução do enxofre no solo ...................................................

7.3 Mineralização e Imobilização .....................................................................

8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ..............................................................................

REFERÊNCIAS ...............................................................................................

O PAPEL DOS MICRO-ORGANISMOS NOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS E

SUA IMPORTÂNCIA NA DECOMPOSIÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA

1 INTRODUÇÃO

As substâncias são continuamente transformadas durante a

composição e a decomposição da matéria orgânica, sem escapar da biosfera.

Elas são recicláveis.

O ciclo biogeoquímico é o percurso realizado no meio

ambiente por um elemento químico essencial à vida. Ao longo do ciclo, cada

elemento é absorvido e reciclado por componentes bióticos (seres vivos)

e abióticos(ar, água, solo) da biosfera, e às vezes pode se acumular durante

um longo período de tempo em um mesmo lugar. É por meio dos ciclos

biogeoquímicos que os elementos químicos e compostos químicos são

transferidos entre os organismos e entre diferentes partes do planeta.

O estudo e a compreensão dos ciclos biogeoquímicos podem

ajudar a identificar potenciais impactos ambientais causados pela introdução de

substâncias potencialmente perigosas nos diversos ecossistemas.

As relações entre os organismos vivos e o ambiente físico

caracterizam-se por uma constante permuta dos elementos, em uma atividade

cíclica. Na verdade, o fenômeno é estritamente cíclico apenas em relação ao

aspecto químico, no sentido de que os mesmos compostos químicos alterados

se reconstituem ao final do ciclo.

Assim, há uma espécie de intercâmbio contínuo entre meio físico,

denominado abiótico (relativo à parte sem vida do meio físico) e

o biótico (conjunto de seres vivos), sendo esse intercâmbio de tal forma

equilibrado, em relação à troca de elementos nos dois sentidos, que os dois

meios se mantêm praticamente constantes.

Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abiótico e o

biótico pela água e pelos elementos químicos carbono, oxigênio e nitrogênio

constituem os ciclos biogeoquímicos.

Ciclos - representam a troca e a circulação de matéria entre os

componentes vivos e físico-químicos da biosfera.

Bio - os organismos interagem no processo de síntese orgânica e

na decomposição dos elementos.

Geo - o meio terrestre é o reservatório dos elementos.

Químico - representam ciclos dos elementos e processos

químicos de síntese e decomposição.

Os movimentos desses elementos e compostos inorgânicos que

são essenciais para a vida são chamados de ciclagem de nutrientes.

Os organismos são extremamente importantes na decomposição

da matéria orgânica. Podemos chamar de matéria orgânica o material "morto"

que sofrerá ação de outros organismos, numa sequencia de eventos que

começa com animais maiores até chegar aos microscópicos: formigas são

capazes de triturar folhas que caem das árvores e picar frutos que apodrecem;

cupins se alimentam de troncos mortos; besouros se alimentam de animais

mortos; minhocas se movimentam no interior da terra cavando buracos e

misturando diferentes camadas, promovendo a circulação do ar no solo. E

finalmente algumas algas, bactérias e fungos que vivem no solo se alimentam

daquilo que os animais maiores não conseguiram aproveitar, transformando

tudo o que comem em compostos que ficarão no solo por um tempo até serem

novamente aproveitados, ou seja, o húmus.

Além disto, pequenos animais e vegetais do terreno são

essenciais para a agricultura. Por exemplo: os pequenos canais, ou poros,

feitos pelas minhocas, formigas, larvas e outros inúmeros insetos, servem para

o ar circular e a água e as raízes das plantas penetrarem.

Esses animais, auxiliados por bactérias e fungos, trituram e

decompõem a matéria orgânica, transformando-as em húmus, que torna os

solos mais fofos e servem de nutrientes para as plantas. Os microrganismos

também produzem substâncias que ajudam as culturas a crescer e se

defenderem de pragas e doenças.

Diversos elementos químicos são indispensáveis à vida vegetal,

visto que, sem eles, as plantas não conseguem completar o seu ciclo de vida.

O carbono vem do ar, o oxigênio do ar e da água e o hidrogênio

vem da água. Desta forma, observa-se que o solo é responsável por apenas

1% do fornecimento dos nutrientes às plantas, o que não significa que ele é

menos importante.

2 CICLO DA ÁGUA

O ciclo hidrológico é dirigido pela energia solar e compreende o

movimento da água dos oceanos para a atmosfera por evaporação e de volta

aos oceanos pela precipitação que leva à lixiviação ou à infiltração.

Cerca de 97% do suprimento de água está nos oceanos, 2% nas

geleiras e muito menos que 1% na atmosfera (0,001%). Aproximadamente 1%

do total da água contida nos rios, lagos e lençóis freáticos é adequada ao

consumo humano.

A água contida na atmosfera provém de todos os recursos de

água doce, através do processo da precipitação.

A água circula no planeta devido às suas alterações de estado

que são, principalmente, dependentes da energia solar.

A energia proveniente do Sol não atinge a Terra

homogeneamente, mas com maior intensidade no equador do que nos polos,

no verão do que no inverno, e apenas durante o dia. Essa heterogeneidade

condiciona movimentos das massas de ar (ventos) e de água (correntes

oceânicas), responsáveis por diversas características do clima e de suas

alterações.

Apenas 3% da água do planeta não estão nos oceanos. Neles

ocorre alta produção de vapor, que é deslocado por ventos até a superfície

terrestre, onde a evaporação é menor.

Conforme o vapor de água sobe a atmosfera, ele encontra menor

temperatura e pressão, e tende a formar gotículas que constituem nuvens.

Quando os movimentos de ar deslocam as nuvens contra uma serra, ela é

forçada a subir mais, o que pode provocar sua precipitação, geralmente na

forma de chuva ou de neblina. O mesmo ocorre quando uma massa de ar frio

(frente fria) encontra uma massa de ar quente e úmido.

A água que se precipita, seja através de chuva, neve, granizo, etc.

pode, em sua forma líquida, infiltrar-se no solo e subsolo, ou escoar

superficialmente, tendendo sempre a escorrer para regiões mais baixas e

podendo, assim, alcançar os oceanos. Nesse percurso e nos oceanos, ela

pode evaporar diretamente, como também pode ser captada pelos seres vivos.

Durante a fotossíntese dos organismos clorofilados, a água é

decomposta: os hidrogênios são transferidos para a síntese de substâncias

orgânicas e o oxigênio constitui o O2 que é liberado.

Durante a respiração, fotossíntese e diversos outros processos

bioquímicos, são produzidas moléculas de água.

As plantas terrestres obtêm água do solo pelas raízes, e perdem-

na por transpiração. Os animais terrestres que ingerem, e a perdem por

transpiração, respiração e excreção.

Através desses processos, a água circula entre o meio físico e os

seres vivos continuamente.

3 CICLO DO OXIGENIO

O oxigênio foi originado, principalmente, da fotossíntese dos

mares da Terra primitiva. Presente na atmosfera em forma de gás oxigênio

(O2) e gás carbônico (CO2) é também o elemento mais abundante na crosta

terrestre e oceanos. Esses dois gases, juntamente com a água (H2O), são as

principais fontes inorgânicas deste elemento. Executando papéis

extremamente importantes para a regulação da vida no planeta, o oxigênio

troca átomos entre fontes orgânicas e inorgânicas, permitindo sua utilização e

liberação. Esses processos consistem no chamado “ciclo do oxigênio”.

Na respiração de seres aeróbicos, por exemplo, o oxigênio é

utilizado na forma de O2, liberando CO2, H2O e energia. Moléculas de água

poderão ser liberadas na atmosfera através da transpiração, excreção e fezes;

e também utilizadas na síntese de diversas substâncias. Aliadas ao CO2 e

energia luminosa, participam do processo fotossintético.

Na fotossíntese, alguns átomos de oxigênio são incorporados na

matéria orgânica vegetal, podendo ser novamente disponibilizados na

atmosfera, em consequência da decomposição; e outros, liberados na forma de

O2, permitindo sua reutilização na respiração aeróbica.

O oxigênio pode, ainda, se ligar a metais do solo, formando

óxidos; além de participar da formação da camada de ozônio, atuando como

filtro protetor das radiações ultravioletas longas do Sol. Neste processo,

radiações ultravioletas curtas rompem algumas moléculas de CO2 da

atmosfera, liberando átomos isolados que reagem com outras moléculas,

formando o gás ozônio.

4 CICLO DO CARBONO

O dióxido de carbono se desprende das fumarolas e das fontes

termais uma parte deste dióxido de carbono é juvenil e outra meteórico. Uma

parte deste CO2 pode reagir metassomaticamente e substituindo a sílica das

rochas silicatadas - a consequência disto é a formação de espilitas e rochas

talco-carbonatadas. A maior ponte do dióxido do carbono se desprende para

atmosfera ou se dissolve na água.

Durante a meteorização, as águas que contém dióxido de carbono

reagem principalmente com os sais de cálcio dissolvidos para formar carbonato

e bicarbonatos cálcicos. Por último, o carbonato cálcico se precipita por

agentes orgânicos ou inorgânicos, A maior perda no Ciclo do Carbono é a

formação de calcário. É evidente que o dióxido de carbono que desaparece do

ciclo por este processo não volta nunca por completo à atmosfera. Durante a

silicificação dos calcários não se desprendem mais que uma quantidade

insignificante de dióxido de carbono porque a quantidade de rochas

carbonatadas tende a aumentar.

4.1 Carbono atmosférico

Nas plantas o carbono entra e sai por difusão, na forma de CO2,

através dos estômatos presentes na epiderme das folhas. Entrando, o CO2 vai

servir como matéria-prima de compostos orgânicos, durante a fotossíntese.

Saindo, o CO2 é um dos produtos finais da respiração. Já os animais realizam

apenas a respiração liberando o CO2 na atmosfera, e obtêm o carbono de que

precisam de forma direta, se herbívoros, ou de forma indireta se forem

carnívoros. Depois de mortos, tanto animais quanto vegetais, sofrem a ação

dos decompositores, se a decomposição de sua matéria orgânica for total, há

liberação de gás carbônico e água, e se for parcial, há transformação em

material combustível. A matéria combustível quando queimada, devolve o

carbono à atmosfera na forma de CO2. Ou seja, o carbono fixado por

fotossíntese, mais cedo ou mais tarde retorna à atmosfera pela decomposição

da matéria orgânica morta. As florestas do mundo não são apenas os principais

consumidores de dióxido de carbono em terra; também representam o principal

reservatório de carbono fixado biologicamente. As florestas contêm entre 400 e

500 bilhões de toneladas de carbono, ou aproximadamente, dois terços da

quantidade presente como dióxido de carbono na atmosfera (700 bilhões de

toneladas).

O Ciclo do Carbono revela dado e quantidades verdadeiramente

surpreendentes. Está provado que uma determinada célula de CO2 da

atmosfera entra em certa estrutura vegetal uma vez a cada 200 anos e que

todo o oxigênio do ar é renovado pelos vegetais de 2.000 em 2.000 anos. O

ciclo respiração-fotossíntese, já alterado pela introdução do homem, via

atmosfera, de grande quantidade de dióxido de carbono, pela combustão dos

chamados combustíveis fósseis. Um fator que ameniza este fato, é que os

mares são imensos reservatórios de carbono que agem como amortecedores

de choque do gás carbônico na atmosfera. Pode-se dizer: aumente-se a

quantidade do gás carbônico na atmosfera e o oceano se encarrega de retirá-

lo. Retire-se gás carbônico do ar e o mar reporá novamente. De 1.850 dc, o

homem, inadvertidamente, vem realizando um experimento geoquímico global,

queimando grandes quantidades de combustíveis fósseis e, dessa forma,

devolvendo à atmosfera o carbono que foi fixado pela fotossíntese a milhões de

anos atrás. Geralmente, entre cinco e seis bilhões de toneladas carbono fóssil

estão sendo liberadas por ano na atmosfera. Isto seria suficiente para

aumentar a quantidade de dióxido de carbono no ar de 2,3 partes por milhão

por ano, se o dióxido de carbono estivesse uniformemente distribuído e não

fosse removido. No século passado, o conteúdo de dióxido de carbono

aumentou de 290 partes por milhão para 320, sendo que mais de um quinto

desse aumento ocorreu na década passada. O aumento total corresponde

somente a um pouco mais de um terço do dióxido de carbono (cerca de 200

bilhões de toneladas no total) liberado dos combustíveis fósseis. Embora a

maior parte dos dois terços restantes tenha ido para os oceanos, uma fração

significativa pode perfeitamente ter aumentado a quantidade total de vegetação

na terra. Estudos de laboratório mostram que as plantas crescem mais

rapidamente quando o ar circundante é enriquecido com o dióxido de carbono.

Assim, é possível que o homem esteja fertilizando campos e florestas, com a

queima dos combustíveis fósseis.

A importância do Ciclo do Carbono na natureza pode ser melhor

evidência pela estimativa de que todo o CO2 presente no ar, caso não

houvesse reposição, seria completamente exaurido em menos de 20 anos,

tendo em vista a fotossíntese atual. A fixação total de carbono por ano, nos

oceanos, ascende à cifra aproximada de 1,2 x 1010 tons, enquanto que o teor

fixado em terra é da ordem de 1,6 x1010 tons. As plantas clorofiladas

constituem o mais importante agente da redução do CO2 a matéria orgânica;

outros seres, como as bactérias fotossintetizantes e as quimiolitotróficas

(redutoras de CO2) tem pequena contribuição para idêntico fim.

Nos processos de mineralização das substâncias carbonadas,

com a consequente reposição do CO2 à atmosfera, tem revelante papel os

microrganismos heterotróficos. Outra grande contribuição destes no ciclo de

carbono é o suprimento de CO2 ao solo, onde este gás funciona como um

eficiente solvente na preparação de alimentos inorgânicos para as plantas, a

partir de substâncias minerais do solo. De importância relevante é ainda a

operação de degradação levada ao cabo pelos microrganismos, das grandes

quantidades de celulose, amido e outros inúmeros carboidratos complexos

presentes no solo, provenientes de modo especial de tecidos vegetais, sem o

que a crosta terrestre se transformaria pouco a pouco numa impenetrável

camada de plantas mortas, inteiramente inadequada aos processos vitais que

aí tem lugar. O trabalho dos microrganismos, entretanto, forma aproveitável

pelas plantas, compostos orgânicos complexos e contribui de modo decisivo

para elaboração do húmus. As fontes de carbono introduzido no solo são

numerosas:

Carbono mineral do CO2 atmosférico e dos carbonatos telúricos e

o carbono orgânico dos organismos vegetais e animais sob suas múltiplas

formas, desde os glucídios simples até as substâncias altamente

polimerizadas, como a celulose, ou de estrutura complexa, como a lignina. O

metabolismo destas diversas formas varia extraordinariamente no solo devido à

estrutura mesma das substâncias carbonadas e a multiplicidade das espécies

zimógenas ativas sobre elas. Estas variações traduzem-se por diferentes

velocidades de ataque e produção de substâncias metabólicas intermediárias

diversas. De fato, se os produtos finais constantemente CO2 e H2O (e mais

Ch2, em anaerobiose), os produtos intermediários, são extremamente

variáveis: ácidos orgânicos, aldeídos, álcoois, açúcares, mais ou menos

complexos. A mineralização do carbono orgânico é excepcionalmente realizada

em uma única etapa, e via de regra, numerosos grupos bacterianos e fúngicos

intervêm sucessivamente até o processo atingir a sua fase final. Este ciclo é

ainda complicado pelo fato das substâncias glucídicas estarem constantemente

associadas em proporções variáveis, com substâncias azotadas (proteínas) ou

lipídicas, com lignina, com resinas, com taninos, etc., Por fim, como último fator

de complicação considere-se o fato do que ao mesmo tempo em que tem lugar

a degradação de carboidratos complexos, os microrganismos sintetizam corpos

do mesmo tipo (hemiceluloses microbianas, por exemplo) e seus demais

constituintes celulares, tornando-se difícil a separação entre os compostos

intermediários de degradação e os de síntese. Uns e outros podem, por

combinações químicas ou arranjos físicos, se ligar entre si ou a outros corpos,

para formarem as substâncias de reserva húmicas. Tal se apresenta, em linha

gerais, a complexidade do Ciclo do Carbono na natureza.

Cadeias de átomos de carbono, ligado uns aos outros, são

características das moléculas orgânicas. A glicose, por exemplo, é constituída

por uma cadeia de seis átomos de carbono, em torno da qual se arranjam seis

átomos de oxigênio e doze de hidrogênio (C6H12O6).

Em uma teia alimentar, são os produtores que originam as

substâncias orgânicas. Os consumidores e decompositores apenas

transformam a matéria orgânica obtida do nível trófico anterior.

São os produtores, portanto, que retiram carbono do reservatório

abiótico e o introduzem no meio biótico. É do CO2 (gás carbônico ou dióxido de

carbono) que o carbono é retirado, através principalmente da fotossíntese,

sendo então incorporado às substâncias orgânicas. Esse processo é

denominado fixação de CO2.

O carbono integrado às substâncias orgânicas pode ter como

destino:

Ficar incorporado aos tecidos vivos, constituindo estruturas ou

participando de processos bioquímicos. O carbono pode, assim, passar de um

nível trófico para o seguinte;

Retornar ao meio físico na forma de CO2, quando a substância

orgânica é utilizada como fonte de energia na respiração aeróbia de

produtores, consumidores e decompositores.

As duas possibilidades acima ocorrem, simultaneamente, em

cada ser vivo. Após sua morte, os tecidos serão lentamente decompostos,

liberando-se assim o carbono remanescente.

Em certas condições a matéria orgânica pode ficar protegida da

ação dos decompositores, sofrendo então lentas transformações químicas.

Assim se originaram os depósitos de carvão e petróleo. Quando queimados,

esses combustíveis fósseis liberam CO2, devolvendo à atmosfera átomos de

carbono que há milhões de anos compunham tecidos vivos.

Certas das bactérias precisam de carbono para à nutrição como a

Fototróficas que usam como fonte de energia para seu crescimento a luz.

Fotolitotróficas (autotróficas): Algumas utilizam CO2 como fonte de carbono.

Ex.: Chromatium; Fotorganotróficas (heterotróficas): outras necessitam de

compostos orgânicos como fonte de carbono. Ex.: Rhodopseudomonas. E a

Quimiotróficas que usa como fonte de energia para o seu crescimento a

oxidação de compostos orgânicos ou inorgânicos. Quimiolitotróficos

(autotróficos): utilizam o CO2 como fonte de carbono e oxidação de composto

inorgânico como fonte de energia. Organismos do gênero Nitrobacter são

capazes de oxidar nitrito a nitratos e fixar o CO2, preenchendo, assim, suas

necessidades de energia de carbono. Ex.: Thiobacillus; Quimiorganotrófico

(heterotrófico): utilizam composto orgânico como fonte de carbono e oxidação

de composto orgânico como fonte de energia. Ex.: Escherichia.

5 CICLO DO NITROGENIO

As plantas requerem certo número de elementos além daqueles

que obtém diretamente da atmosfera (carbono e oxigênio sob a forma de

dióxido de carbono) e da água do solo (hidrogênio e oxigênio). Todos estes

elementos, com exceção de um, provêm da desintegração das rochas e são

captados pelas plantas a partir do solo. A exceção é o nitrogênio, que

representa 78% da atmosfera terrestre. Embora as rochas da superfície

terrestre constituam também a fonte primária de nitrogênio, este penetra no

solo, indiretamente por meio da atmosfera, e, através do solo, penetra nas

plantas que crescem sobre ele. Entretanto, a maioria dos seres vivos é capaz

de utilizar o nitrogênio atmosférico para sintetizar proteínas e outras

substâncias orgânicas. (Ao contrário do carbono e do oxigênio, o nitrogênio é

muito pouco reativo do ponto de vista químico, e apenas certa bactérias e algas

azuis possuem a capacidade altamente especializada de assimilar o nitrogênio

da atmosfera e convertê-lo numa forma que pode ser usada pelas células. A

deficiência de nitrogênio utilizável constitui muitas vezes, o principal fator

limitante do crescimento vegetal.

O processo pelo qual o nitrogênio circula através das plantas e do

solo pela ação de organismos vivos é conhecido como Ciclo do Nitrogênio.

5.1 Amonificação

Grande parte do nitrogênio encontrado no solo provém de

materiais orgânicos mortos, nos quais existe sob a forma de compostos

orgânicos complexos, tais como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos e

nucleótides. Entretanto, estes compostos nitrogenados são, em geral,

rapidamente decompostos em substâncias mais simples por organismos que

vivem nos solos. As bactérias saprófitas e várias espécies de fungos são os

principais responsáveis pela decomposição de materiais orgânicos mortos.

Estes microrganismos utilizam as proteínas e os aminoácidos como fonte para

suas próprias proteínas e liberam o excesso de nitrogênio sob a forma de

amônio (Nh2+). Este processo é denominado amonificação. O nitrogênio pode

ser fornecido sob a forma de gás amoníaco (Nh2), mas este processo ocorre

geralmente apenas durante a decomposição de grandes quantidades de

materiais ricos em nitrogênio, como numa grande porção de adubo ou

fertilizante. Em geral, a amônia produzida por amonificação é dissolvida na

água do solo, onde se combina a prótons para formar o íon amônio.

5.2 Nitrificação

Várias espécies de bactérias comumente encontradas nos solos

são capazes de oxidar a amônia ou amônio. A oxidação do amoníaco,

conhecida como nitrificação, é um processo que produz energia e a energia

liberada é utilizada por estas bactérias para reduzir o dióxido de carbono, da

mesma forma que as plantas autotróficas utilizam a energia luminosa para a

redução do dióxido de carbono. Tais organismos são conhecidos como

autotróficos quimiossintéticos (diferentes dos autotróficos fotossintéticos, como

as plantas e as algas). As bactérias nitrificantes quimiossintéticas Nitrosomonas

e Nitrosococcus oxidam o amoníaco dando nitrito (NO2-):

2 Nh2 + 3O2------> 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O

O nitrito é tóxico para as plantas superiores, mas raramente se

acumula no solo. Nitrobacter, outro gênero de bactéria, oxida o nitrito, formando

nitrato (NO3-), novamente com liberação de energia:

2 NO2- ------>+ O2 2 NO3-

O nitrato é a forma sob a qual quase todo o nitrogênio se move do

solo para o interior das raízes.

Poucas espécies vegetais são capazes de utilizar proteínas

animais como fonte de nitrogênio. Estas espécies, que compreendem as

plantas carnívoras, possuem adaptações especiais utilizadas para atrair e

capturar pequenos animais. Digerem-se, absorvendo os compostos

nitrogenados e outros compostos orgânicos e minerais, tais como potássio e

fosfato. As plantas carnívoras em sua maioria são encontradas em pântanos,

que são em geral fortemente ácidos e, portanto, desfavoráveis ao crescimento

de bactérias nitrificantes.

5.3 Assimilação do Nitrogênio

Uma vez que o nitrato se encontra no interior da célula, é

novamente reduzido a amônia. Este processo de redução requer energia, em

contraste com o processo de nitrificação, que envolve oxidação (do Nh2+) e

liberação de energia. Os íons amônio formados pelo processo de redução são

transferidos a compostos carbonados para produzir aminoácidos e outros

compostos orgânicos nitrogenados. Este processo é conhecido como

aminação. A incorporação do nitrogênio em compostos orgânicos ocorre, em

grande parte, nas células jovens e em crescimento das raízes. As etapas

iniciais do metabolismo do nitrogênio parecem ocorrer diretamente nas raízes;

quase todo o nitrogênio que ascende no xilema do caule já se encontra sob a

forma de moléculas orgânicas, principalmente aminoácidos.

5.4 Formação dos Aminoácidos

Os aminoácidos formam-se a partir de íons, amônio e cetoácidos.

Os cetoácidos são geralmente produtos da fragmentação dos açúcares. A

figura abaixo mostra a reação global pela qual um cetoácido se combina ao

amônio para formar um aminoácido. O principal aminoácido formado desta

maneira é o ácido glutâmico. O ácido glutâmico é o principal transportador de

nitrogênio na planta.

Além dos aminoácidos produzidos pela aminação de um

cetoácido, outros são formados por transaminação. A transaminação é a

transferência do grupamento amino (-NH2) de um aminoácido para um

cetoácido, formando outro aminoácido. A planta, quer por aminação ou

transaminação é capaz de sintetizar todos os aminoácidos necessários a partir

do nitrogênio inorgânico. Os animais são capazes de sintetizar apenas cerca

de 8 dos 20 aminoácidos necessários, devendo adquirir os outros por meio da

alimentação. Por conseguinte, o mundo animal depende totalmente do reino

vegetal para suas proteínas, bem como para seus carboidratos.

5.5 Outros Compostos Nitrogenados

Outros importantes compostos orgânicos nitrogenados incluem as

nucleótides, tais como ATP, ADP, NAD e NADP: a clorofila e outras moléculas

orgânicas semelhantes com anéis de porfirina: e os ácidos nucleicos ADN e

ARN. Muitas das vitaminas, com o grupo das vitaminas B, contêm nitrogênio.

Estas substâncias como os aminoácidos, podem ser sintetizadas pelas plantas

a partir do nitrogênio inorgânico, mas devem ser obtidas das plantas pelos

animais.

Outra grande diferença entre plantas e animais na manipulação

do nitrogênio consiste na capacidade das plantas de reciclar o amoníaco ou o

amônio. Os animais são incapazes de reciclar estes produtos de degradação

do metabolismo do nitrogênio e, em conseqüência, os compostos nitrogenados

são constantemente excretados na urina, fezes, suor e mesmo lágrimas.

Embora ocorra alguma perda de nitrogênio nas folhas que caem das plantas,

apenas pequenas quantidades dele são excretadas pelo corpo da planta. De

fato, a excreção de grandes quantidades de materiais de degradação de

qualquer espécie é apenas típica dos animais.

5.6 Perda de Nitrogênio

Os compostos nitrogenados das plantas clorofiladas retornam ao

solo com a morte das mesmas (ou dos animais que delas se alimentaram),

sendo reprocessados pelos organismos e microrganismos do solo, absorvidos

pelas raízes sob a forma de nitrato dissolvido na água do solo e reconvertidos

em compostos orgânicos. Durante o decorrer deste ciclo verifica-se sempre

uma “perda” de certa quantidade de nitrogênio, no sentido de se tornar

inutilizável para a planta.

Uma das principais causas desta perda de nitrogênio é a remoção

de plantas do solo. Os solos cultivados exibem freqüentemente um declínio

constante no conteúdo de nitrogênio. O nitrogênio pode ser também perdido

quando a parte superficial do solo é decapitada pela erosão ou quando sua

superfície é destruída pelo fogo. O nitrogênio é também removido pela

lixiviação; os nitratos e nitritos, que são ânions, mostram-se particularmente

suscetíveis à lixiviação pela água que se infiltra através do solo. Em alguns

solos, bactérias desnitrificantes decompõem os nitratos e liberam nitrogênio

para o ar. Este processo que fornece à bactéria o oxigênio necessário para a

respiração é dispendioso em termos de necessidades energéticas (isto é, o O2

pode ser reduzido mais rapidamente que o NO3-) e ocorre extensamente

apenas nos solos com deficiência de oxigênio, isto é, nos solos que são mal

drenados e, portanto, pobremente arejados.

Algumas vezes, uma alta proporção do nitrogênio presente no

solo não é disponível para as plantas. Esta imobilização ocorre quando existe

excesso de carbono. Quando substâncias orgânicas ricas em carbono, mas

pobres em nitrogênio, a palha é um bom exemplo, se encontram em

abundância no solo, os microrganismos que atacam estas substâncias

precisarão de mais nitrogênio do que contêm a fim de utilizar totalmente o

carbono presente. Em conseqüência, não utilizarão apenas o nitrogênio

presente na palha ou material semelhante, mas também todos os sais de

nitrogênio disponíveis no solo. Consequentemente, este desequilíbrio tende a

normalizar-se à medida que o carbono é fornecido sob a forma de dióxido de

carbono pela respiração microbiana, e à medida que aumenta a proporção

entre nitrogênio e carbono no solo.

5.7 Fixação do Nitrogênio

Conforme podemos ver, se todo o nitrogênio que é removido do

solo não fosse constantemente reposto, praticamente doa a vida neste planeta

desapareceria finalmente. O nitrogênio é reabastecido no solo pela fixação do

nitrogênio.

A fixação do nitrogênio é o processo pelo qual o nitrogênio gasoso

do ar é incorporado em compostos orgânicos nitrogenados e, assim,

introduzido no Ciclo do Nitrogênio. A fixação deste gás, que pode ser efetuada,

em graus apreciáveis, por apenas algumas bactérias e algas azuis, é um

processo do qual dependem atualmente todos os organismos vivos, da mesma

forma que todos eles dependem, em última análise, da fotossíntese para a

obtenção de energia.

Uma a duas centenas de milhões de toneladas métricas de

nitrogênio são acrescentadas à superfície terrestre a cada ano pelos sistemas

biológicos. O homem produz 28 milhões de toneladas métricas, cuja maior

parte é utilizada como fertilizantes; no entanto, este processo é efetuado com

alto custo energético em termos de combustíveis fôsseis. A quantidade total de

energia necessária para a produção de fertilizantes de amônio é atualmente

estimada como equivalente a 2 milhões de barris de óleo por dia. De fato,

calcula-se que os custos da fertilização com nitrogênio estão atingindo o ponto

de lucros decrescentes. As culturas tradicionais em áreas tais como a Índia não

atingem uma produção significativamente aumentada com a utilização de

fertilizantes com nitrogênio, tendo baixas necessidades deste elemento, mas

estão sendo atualmente substituídas por “cereais milagrosos” e outras culturas

que não produzem mais com fertilização com nitrogênio - justamente numa

época em que tal tratamento está se tornando proibitivamente dispendioso.

Das várias classes de organismos fixadores de nitrogênio, as

bactérias simbióticas são, incomparavelmente, as mais importantes em termos

de quantidades totais de nitrogênio fixado. A mais comum das bactérias

fixadoras de nitrogênio é Rhizobium, que é um tipo de bactéria que invade as

raízes de leguminosas (angiospermas da família Fabaceae ou Leguminosae),

tais como trevo, ervilha, feijão, ervilhaca e alfafa.

Os efeitos benéficos das leguminosas sobre o solo são tão óbvios

que foram reconhecidos há centenas de anos. Teofrasto, que viveu no terceiro

século a.C. escreveu que os gregos utilizavam culturas de feijão para

enriquecer os solos. Nos locais em que as leguminosas crescem certa

quantidade de nitrogênio “extra” pode ser liberada para o solo, onde se torna

disponível para outras plantas. Na agricultura moderna constitui prática comum

alternar uma cultura não leguminosa, como o milho, com uma leguminosa,

como a alfafa. As leguminosas são então colhidas para feno deixando as raízes

ricas em nitrogênio, ou ainda melhor, são aradas novamente no campo. Uma

boa colheita de alfafa, que é recolocada no solo, pode fornecer 450

quilogramas de nitrogênio por hectare. A aplicação dos elementos vestigiais,

cobalto e molibdênio, exigidos pelas bactérias simbióticas, incrementa

grandemente a produção de nitrogênio se estes elementos estiverem presentes

em quantidades limitantes, como em grande parte da Austrália.

5.8 Microrganismos fixadores de nitrogênio de vida livre

As bactérias não simbióticas dos gêneros Azotobacter e

Clostridium são capazes de fixar o nitrogênio. Azotobacter é aeróbico, ao passo

que Clostridium é anaeróbico; ambas são bactérias saprófitas comuns

encontradas no solo. Calcula-se que elas fornecem provavelmente cerca de 7

quilogramas de nitrogênio por hectare de solo por ano. Outro grupo importante

inclui muitas bactérias fotossintéticas. As algas azuis de vida livre

desempenham também um papel importante na fixação do nitrogênio. São

cruciais para o cultivo do arroz, que constitui a principal dieta de mais da

metade da população mundial. As algas azuis podem desempenhar também

um importante papel ecológico na fixação do nitrogênio nos oceanos.

A distinção entre fixação do nitrogênio por organismos de vida

livre e simbióticos pode não ser tão rigorosa como se pensava

tradicionalmente. Alguns micróbios ocorrem regularmente no solo, ao redor das

raízes de certas plantas que eliminam carboidratos, consumindo estes

compostos e, ao mesmo tempo, fornecendo indiretamente nitrogênio para as

plantas. As associações simbióticas entre bactérias normalmente de vida livre,

como Azotobacter, e as células de plantas superiores em culturas de tecido

induziram seu crescimento num meio artificial carente de nitrogênio.

5.9 Outras fontes de nitrogênio

O nitrogênio gasoso pode ser oxidado pelos relâmpagos e

arrastado para o solo através da chuva. A água pluvial pode carrear algumas

vezes, amônia que escapou na atmosfera. As medições realizadas numa

estação experimental na Inglaterra, durante um período de 5 anos, mostraram

que a água da chuva levou 7,1 quilogramas de nitrogênio por hectare por ano.

5.10 Solos e Agricultura

Os elementos essenciais ao crescimento das plantas constituem

apenas uma pequena proporção dos solos mais férteis. Os minerais mais

comuns dos solos derivam do alumínio e do silício, mas estes, embora

desempenhem um papel na manutenção dos elementos essenciais, não

contribuem diretamente para a nutrição dos vegetais.

Em situações normais, os elementos presentes no solo

recirculam, tornando-se novamente disponíveis para o crescimento das

plantas. Conforme discutimos anteriormente, as partículas de argila de carga

negativa são capazes de ligar íons positivamente carregados, tais como, por

exemplo, Ca2+, Mg2+ e K+. Os íons são removidos das partículas pelas raízes

da planta, quer diretamente, quer após passar na solução do solo. Em geral, os

cátions exigidos pelas plantas estão presentes em grandes quantidades nos

solos férteis e as quantidades removidas por culturas simples são pequenas.

Entretanto, quando uma série de culturas cresce num determinado campo e

quando os nutrientes são continuamente removidos do ciclo pela sua colheita,

alguns cátions (comumente o potássio) podem esgotar-se a tal ponto que se

torna necessário adicionar fertilizantes contendo o elemento ausente.

O nitrogênio e o fósforo podem constituir também fatores

limitantes sob condições de agricultura devido, em grande parte, à colheita das

plantas. Por conseguinte, o nitrogênio, o fósforo e o potássio são os três

elementos mais comumente incluídos nos fertilizantes comerciais. Os

fertilizantes são geralmente rotulados com uma fórmula que indica a

percentagem de cada um destes três elementos. Por exemplo, um fertilizante

10-5-5 é um fertilizante que contém 10% de nitrogênio, 5% de ácido fosfórico e

5% de potássio.

Outros elementos essenciais são por sua vez limitante em solos

cultivados, embora sejam necessários em quantidades muito pequenas.

A terra é formada de cerca de 90 elementos de ocorrência natural,

sendo os mais comuns o oxigênio, silício, alumínio e ferro. Os elementos são

encontrados sob a forma de minerais. Um mineral é uma substância inorgânica

que ocorre naturalmente, cuja composição química é definida. As rochas são

misturas de minerais. O solo é formado pela desagregação das rochas e

consiste de uma porção inorgânica e uma porção orgânica. O horizonte A do

solo contém a maior parte da matéria orgânica, tanto viva quanto morto, bem

como as partículas minerais mais altamente desagregadas. No horizonte B

observa-se a presença de fragmentos minerais, com pouca matéria orgânica. O

horizonte C é composto de rocha relativamente pouco decomposta.

Sabe-se que as plantas superiores requerem um total de 16

elementos para seu crescimento normal. Destes, o carbono, o hidrogênio e o

oxigênio provêm do ar e da água. O restante é absorvido pelas raízes sob a

forma de íons. Estes 13 elementos são algumas vezes classificados em

macronutrientes e micronutrientes. Os macronutrientes são o nitrogênio,

potássio, cálcio, fósforo, magnésio e enxofre. Os micronutrientes são o ferro,

cloro, cobre, manganês, zinco, molibdênio e boro.

O sódio é necessário para algumas plantas, e o cobalto é

indiretamente essencial para outras.

Os elementos minerais desempenham numerosas funções

importantes nas células. Regulam a osmose e afetam a permeabilidade celular.

Alguns servem como receptores de elétrons, como componentes estruturais

das células e como fatores acessórios para os catalisadores ou como

componentes estruturais de enzimas.

Os minerais tornam-se disponíveis na solução edáfica para as

plantas sob a forma de íons. Estas utilizam a energia metabólica para

concentrar os íons de que necessitam. Alguns dos íons são captados por

processos de transporte ativo, ao passo que outros fluem aparentemente de

modo passivo, devido aos gradientes eletroquímicos criados pelos íons que se

movem ativamente e suas bombas.

Numa comunidade natural, os elementos são retirados do solo

pelas plantas e, a seguir, retornam a ele quando as plantas ou os animais que

delas se alimentam morrem. As associações do tipo micorriza entre fungos e

raízes de plantas são importantes no funcionamento deste sistema e na

mediação direta da captação dos íons.

Sob condições agrícolas, o nitrogênio, o fósforo e o potássio

tornam-se, mais comumente, fatores limitantes para o crescimento vegetal;

portanto estes elementos são comumente fornecidos ao solo nos fertilizantes.

A circulação do nitrogênio através do solo, através dos

organismos vegetal e animal e, novamente através do solo, é conhecida como

Ciclo do Nitrogênio. Envolve várias etapas. O nitrogênio alcança o solo sob a

forma de material orgânico de origem vegetal e animal. Estas substâncias são

decompostas por organismos que vivem no solo. A amonificação, que é a

liberação de amônio (Nh2+) de compostos nitrogenados é efetuada por

bactérias e fungos que vivem no solo. A nitrificação é a oxidação do amônio,

com formação de nitritos e nitratos; estas são realizadas por dois tipos

diferentes de bactérias. O nitrogênio entra nas plantas quase que totalmente

sob a forma de nitratos. No interior delas, os nitratos reduzem-se a amônio. Os

aminoácidos são formados pela combinação de amônio com um cetoácido

(aminação) ou através da transferência de um grupamento amino (-NH2) de um

aminoácido para um cetoácido, dando origem a outro aminoácido

(transaminação). Estes compostos orgânicos retornam subsequentemente ao

solo, completando o Ciclo do Nitrogênio.

O solo perde o nitrogênio por remoção das culturas nele

instaladas, erosão, fogo, lixiviação e ação das bactérias desnitrificantes. O

nitrogênio é fornecido ao solo pela fixação do nitrogênio que consiste na

incorporação de nitrogênio elementar em componentes orgânicos. A fixação

biológica deste gás é totalmente efetuada por microrganismos. Estes incluem

bactérias (Rhizobium), que são simbiontes das leguminosas, bem como

bactérias e algas azuis de vida livre nos solos. Na agricultura, as plantas são

removidas do solo. Em conseqüência, o nitrogênio e outros elementos não são

reciclados, como na natureza, e, portanto, devem ser freqüentemente repostos

sob forma orgânica ou inorgânica.

6 CICLO DO FOSFORO

O ciclo do fósforo é um ciclo de grande importância para o futuro,

porque de todos macronutrientes (ou elementos vitais necessários em grande

quantidade para a vida), o fósforo é um dos mais escassos em termos da sua

abundância disponíveis na superfície da terra.

O fósforo é um elemento químico que participa estruturalmente de

moléculas fundamentais do metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas

e ácidos nucleicos.

Os grandes reservatórios de fósforo são as rochas e outros

depósitos formados durante as eras geológicas. Estes reservatórios, devido ao

intemperismo, pouco a pouco fornecem o fósforo para os ecossistemas, onde é

absorvido pelos vegetais e posteriormente transferido aos animais superiores

e, por consequência ao homem, via cadeia alimentar.

O fosforo é um nutriente limitante do crescimento de plantas,

especialmente em ambientes aquáticos e, por outro lado, se presente em

abundância causa sérios problemas ambientais. Se, por exemplo, grande

quantidade de P, geralmente utilizado como fertilizante e em detergentes, entra

em um lago (principalmente se este for o caso), esse nutriente pode causar

aumento da população de bactérias e algas verdes (fotossintéticas). Devido ao

crescimento intenso, esses organismos podem cobrir toda a superfície do lago,

inibindo a entrada de luz e provocando, consequentemente a morte de plantas

que vivem abaixo da superfície. Quando as plantas subsuperficiais morrem,

assim como as algas e bactérias superficiais, todas são consumidas por outras

bactérias que usam o CO2 dissolvido no lago ao se alimentares. Se o nível de

O2 tornar-se muito baixo, a vida aquática fica comprometida. Os peixes

morrerão e desenvolver-se-ão bactérias anaeróbias.

7 CICLO DO ENXOFRE

O enxofre tem uma história tão antiga como a de qualquer outra

substância que evoluiu do amarelo místico dos Alquimistas até uma das mais

úteis substâncias da civilização moderna. Foi queimado nos ritos pagãos

antigos, para espantar os maus espíritos, e já naquela época seus fumos eram

usados como alvejantes para tecidos e palha. Durante muitos anos uma

companhia francesa manteve o monopólio do enxofre graças ao controle de

suprimentos mundiais provenientes da Sicília. Em parte por isso, em parte pela

abundância da pirita, o enxofre elementar foi pouco usado nos Estados Unidos

antes de 1914. Embora o enxofre tenha sido descoberto na região do Golfo do

México, em 1869, seu aproveitamento era difícil, pois os depósitos estavam

abaixo de camadas de areia movediças. Antes de 1914, a maior parte do ácido

sulfúrico produzido nos Estados Unidos provinha da pirita, doméstica ou

importada, e do dióxido de enxofre, que aparecia como subproduto da

metalurgia do cobre e do zinco.

Principiando em 1914 a mineração do enxofre do Texas e da

Lousiana pelo processo Frasch foi sendo ampliada, atingindo um grau

suficiente para alimentar todas as necessidades internas (dos Estados Unidos)

e para entrar no mercado mundial. Nos anos mais recentes, um suprimento

importante de enxofre elementar tem sido o proveniente do H2S, subproduto do

gás natural, ácido ou do petróleo cru ácido. Os maiores produtores do enxofre

recuperado são o Canadá, França e os Estados Unidos. Em 1973 a produção

do mundo ocidental foi de 33,75 milhões de toneladas longas (34,29 milhões de

toneladas métricas) de enxofre sobre quaisquer formas; desta quantidade,

27,6% foram produzidas pelo processo Frasch, 41,0% são de recuperações e

30,3% provieram de fontes não elementares: piritas e gases de fumos

metalúrgicos.

7.1 Enxofre no solo e as suas transformações

O enxofre do solo está sujeito a transformações microbianas,

influenciadas pelas condições ambientais que afetam a composição e a

atividade dos microrganismos. Em todos os solos, em maior ou em menor

intensidade, ocorrem os seguintes processos:

• Mineralização ou decomposição de enxofre orgânico

com liberação de formas inorgânicas;

• Imobilização ou conversão do enxofre do enxofre

inorgânico em compostos orgânicos dos microrganismos;

• Produção de sulfetos (S2-) pela redução de sulfatos;

• Produção de formas voláteis;

Oxidação de enxofre elementar ou outras formas reduzidas.

Os minerais primários, especialmente sulfetos metálicos de Fe,

Zn, Cu, Ca e Mg, são fonte original do enxofre no solo. Seu intemperismo, com

a ocorrência de processos físicos, químicos e biológicos, origina outros

compostos ou formas de enxofre que são utilizados por outros micro-

organismos ou plantas. A água da chuva, a água da irrigação, atmosfera, os

fertilizantes e os pesticidas à base de enxofre são outras fontes que contribuem

para o suprimento de enxofre ao solo.

A incorporação ao solo de formas gasosas de enxofre pela

adsorção direta ou pela dissolução na água da chuva, é variável entre regiões

e apresenta maior importância nas proximidades de áreas urbanas e

industriais.

O enxofre ocorre no solo em formas orgânicas e inorgânicas. O

fracionamento do enxofre orgânico, que em solos bem drenados de regiões

úmidas constitui a maior parte do enxofre total, indica a ocorrência de três

formas:

• Compostos com ligação S-O (sulfato de ésteres);

• Compostos com ligação S-C;

Enxofre inerte ou residual (Enxofre em compostos não

identificados).

O enxofre ligado ao oxigênio consiste principalmente de sulfato de

ésteres (Sulfato orgânico com ligações C-O-S). Como exemplos destes

compostos pode-se citar o sulfato de colina, sulfatos fenólicos e

polissacarídeos e lipídios sulfatados. Essa fração constitui em média cerca de

50% do enxofre orgânico e é obtida pela redução a H2S por ácido iodídrico (HI)

e é também denominada enxofre reduzível.

O enxofre ligado a carbono (Enxofre em compostos com ligação

S-C) é encontrado principalmente em aminoácidos (cisteína e metionina).

Entretanto, estes aminoácidos são poucos estáveis e não se acumulam no

solo. Assim, outros compostos não conhecidos participariam da fração C-S. A

obtenção desta fração pode ser feita pela diferença entre o enxofre total e o

enxofre reduzível (S-O) ou pela sua redução a H2S pela liga de Raney. Porém,

os teores encontrados por redução são menores que aqueles obtidos por

diferença, o que indica a existência de outras formas de enxofre orgânico não

conhecidas, as quais constituem a fração de enxofre residual ou inerte. As

frações S-C e enxofre residual representam em média cerca de 20 a 30% do

enxofre orgânico, respectivamente. Em solos brasileiros, encontraram-se

valores médios de 7 e 42%, respectivamente, para estas frações.

O fracionamento das formas de enxofre orgânico tem sido

estudado para auxiliar a avaliação da disponibilidade para as plantas, já que

certas formas são facilmente mineralizadas. A fração S-O apresenta

mineralização mais rápida por ser facilmente hidrolizada a sulfato inorgânico.

As frações S-C e, principalmente, enxofre residual são mais estáveis no solo.

Entretanto há indicações de que tanto as frações S-O como S-C podem

contribuir para o suprimento às plantas, tornando de pouca utilidade o

fracionamento do enxofre orgânico.

Em solos bem drenados, as formas reduzidas são facilmente

oxidadas a SO42-, sendo esta forma inorgânica predominante e pela qual o

enxofre é absorvido pelas plantas via sistema radicular. Entretanto as formas

reduzidas, principalmente sulfetos e H2S, são importantes em solos alagados

ou em condições de anaerobiose. Em condições de má drenagem ou aridez

pode ocorrer o acúmulo de sais solúveis de enxofre, enquanto que em solos

alcalinos ou calcários pode haver o acúmulo de sais insolúveis de enxofre ou

co-cristalizados com CaCO3, os quais são pouco disponíveis às plantas.

O teor de enxofre total nos solos pode variar de 0,002 a 3,5%. Os

valores mais elevados ocorrem em solos alcalinos ou calcários, principalmente

em regiões secas, pelo acúmulo de sulfatos; em solos não calcários o teor de

enxofre é inferior a 0,1%.

Geralmente os solos de regiões tropicais apresentam menores

teores de enxofre total e orgânico que os solos de regiões temperadas devido à

maior mineralização e ao maior intemperismo, que determinam maiores

perdas. Por ser constituído principalmente por frações orgânicas, o teor de

enxofre total no solo não é um parâmetro adequado para indicar a

disponibilidade para as plantas em curto prazo. Entretanto pode indicar o

potencial de suprimento de enxofre pelo solo.

Os fatores de formação do solo influenciam o teor de enxofre

total, sendo que provavelmente o clima e a vegetação são os mais importantes.

O material de origem seria o fator mais importante em relação às formas

inorgânicas de enxofre, pois tem grande influência sobre as propriedades

físico-químicas do solo.

A maior parte do enxofre do solo, em geral mais de 90%,

encontra-se em formas orgânicas. Isto é comprovado pelas altas correlações

verificadas entre os teores de carbono orgânico ou nitrogênio total e os teores

de enxofre total ou orgânico. A estreita relação entre o carbono orgânico e o

enxofre supõe uma relação C/S relativamente constante em solos de diferentes

regiões climáticas, o que, entretanto, não é observado. Esta variação estaria

relacionada aos fatores de formação do solo.

7.2 Oxidação e redução do enxofre no solo

A especificidade de atuação de grupos de microrganismos em

oxidação ou redução de enxofre depende principalmente das condições

ambientais (aeróbicas ou anaeróbicas), com variação do estado de oxidação

do enxofre. Algumas espécies de microrganismos, como a bactéria Thiobacillus

denitrificans, oxidam formas reduzidas a sulfato mesmo em condições de

anaerobiose, com redução de nitrato a N2.

Partes dos sulfetos formados são liberados na atmosfera (H2S),

onde podem ser oxidados a SO42-. Altas concentrações de sulfetos podem ser

tóxicas aos cultivos em solos alagados. Entretanto, estas são diminuídas pela

oxidação de S2- a S0 e, posteriormente, a SO42- por algumas espécies de

microrganismos, como as bactérias do gênero Beggiatoa.

7.3 Mineralização e Imobilização

A mineralização é o processo de maior importância em relação à

disponibilidade para as plantas, já que as formas orgânicas constituem a maior

parte do enxofre do solo. Muitas espécies de fungos, bactérias e actinomicetos

atuam no processo de mineralização do enxofre, utilizando a matéria orgânica

como substrato para seu crescimento. Isto ocorre tanto em condições de

aerobiose como de anaerobiose, tendo-se como produtos finais SO42- e H2S,

respectivamente.

A mineralização do enxofre orgânico em solos bem drenados, que

constituem a maior parte dos solos bem cultivados, é influenciada por fatores

de solo e clima e pelo manejo a que os mesmos são submetidos. Os principais

fatores são: formas do enxofre inorgânico do solo, tipo de material orgânico

adicionado ao solo, população microbiana, temperatura, aeração, umidade e

pH do solo. Estes fatores são influenciados pelo manejo, sendo mais

importantes os aspectos de revolvimento e cultivo do solo, adição de resíduos

orgânicos e a calagem. Os fatores ambientais refletem-se na população e

atividade microbiana.

A fração S-O (reduzível) do enxofre orgânico é a considerada de

mais fácil mineralização e então o seu teor no solo afeta as quantidades de

SO42- liberadas. A adição de materiais orgânicos com alta relação C/S pode

provocar a imobilização de SO42- da solução do solo, enquanto relações

baixas determinam maior taxa de mineralização dependendo do nível dos

demais nutrientes.

A população microbiana afeta a mineralização, dependendo da

quantidade de microrganismos em de sua capacidade em hidrolisar compostos

com enxofre.

A temperatura do solo afeta a mineralização de enxofre pelo efeito

sobre os microrganismos, sendo esta mais efetiva na faixa de 30-40ºC. O

mesmo efeito é proporcionado pela aeração e umidade. A mineralização é

maior em condições de aerobiose e no solo com umidade equivalente a 60-

80% da capacidade de campo.

O pH do solo pode ser considerado o principal fator que afeta a

mineralização, devido o seu marcante efeito na população e na atividade

microbiana. O aumento do pH determina maior mineralização de enxofre,

principalmente em solos com maior teor de matéria orgânica. A faixa mais

favorável à mineralização de matéria orgânica encontra-se próxima à

neutralidade.

A mineralização de enxofre no solo é maior na presença de

plantas em crescimento. Isto é provavelmente devido à maior atividade

microbiana na rizosfera das plantas e à excreção pelas raízes de substâncias

catalisadoras da decomposição da matéria orgânica.

Por ser um processo intensamente afetado por fatores

ambientais, a mineralização de enxofre apresenta flutuações estacionais. Em

termos médios, estima-se que a taxa de mineralização encontra-se entre 1 e

2% ao ano.

O cultivo de solos virgens, por seus efeitos nas condições de

aeração, umidade e temperatura do solo e consequentemente na atividade

microbiana, provoca a redução do teor de matéria orgânica e do enxofre

orgânico. Observa-se com o tempo a diminuição do teor de enxofre total e

orgânico no horizonte superficial e o aumento do enxofre em horizontes

subsuperficiais pelo efeito de lixiviação. Em solos de cerrado, há um

decréscimo de 25 a 75% no teor de enxofre orgânico após seu cultivo por 20 a

30 anos.

A mineralização do enxofre orgânico, com liberação de SO42-,

pode ocorrer por processos químicos, quando o solo é submetido a

tratamentos físicos, como secagem e umedecimento. Esse fenômeno é

comprovadamente não biológico, pois é imediato e o SO42- é liberado em

quantidades maiores daquelas obtidas pela incubação do solo sob condições

adequadas para a mineralização.

Enxofre nas Plantas: Avaliação da Disponibilidade de Enxofre no

Solo para as Plantas e as Deficiências causadas pela Ausência de Enxofre

As fontes de enxofre para as plantas incluem o enxofre orgânico e

inorgânico do solo, o enxofre das águas de precipitação e irrigação, o SO2

atmosférico e o enxofre veiculado por fertilizantes e pesticidas, logo, podemos

deduzir que o enxofre disponível no solo para as plantas é aquele em formas

químicas que podem ser absorvidas pelas raízes. Entretanto, o conceito de

disponibilidade envolve também formas de enxofre que podem a curto ou

médio prazos ser transformada por processos físicos, químicos ou biológicos

em formas que possam ser absorvidas pelas plantas.

Geralmente os métodos utilizados para estimar o enxofre

baseiam-se no uso de extratores químicos em amostras de solos coletadas

antes do cultivo e são desenvolvidos em estudos que utilizam apenas a

camada superficial do solo. Assim, não são consideradas as contribuições pela

mineralização do enxofre orgânico, da atmosfera e do enxofre do subsolo, e as

perdas por lixiviação que podem ocorrer durante o cultivo.

A obtenção de índices de disponibilidade de enxofre por métodos

químicos compreende as etapas de extração de formas de enxofre e sua

determinação nos extratos. Alguns métodos podem apresentar boas

correlações com parâmetros das plantas mesmo que se desconheça a

natureza do enxofre medido.

Os métodos químicos para a avaliação da disponibilidade de

enxofre incluem extração com água, extração com sais ou ácidos, extração

com resina de troca aniônica, diluição isotópica com uso de 35S e a

composição de plantas.

Os extratores químicos podem ser agrupados de acordo com as

formas extraídas ou determinadas tendo-se os seguintes grupos:

Enxofre em solução (água, CaCl2, LiCl e NaCl);

Enxofre em solução + enxofre adsorvido [Ca(H2PO4)2, NaOAc +

HOAc pH 4,8, Nh2OAc e resina de troca iônica];

Enxofre em solução + enxofre adsorvido + parte do enxofre

orgânico [NaHCO3, Ca(H2PO4) 2 em ácido acético e água quente];

Enxofre total (digestão nítrico-perclórica).

O enxofre total é mais utilizado para caracterizar o solo, pois em

geral não se relaciona com parâmetros das plantas. O enquadramento de cada

extrator num dos grupos não é rígido, pois pouco ainda é conhecido sobre a

natureza das formas extraídas por determinado método. Exemplificando,

métodos tidos como extratores apenas do enxofre solúvel podem extrair

porções do enxofre orgânico mais lábil. Revisão e discussão amplas dos

métodos para a avaliação da disponibilidade de enxofre no solo foram já

apresentadas desde 1985.

A maior parte dos métodos de determinação da disponibilidade de

enxofre procura avaliar o enxofre da solução + enxofre adsorvido, já que

métodos apenas para enxofre solúvel são adequados apenas para solos com

pequena capacidade de adsorver enxofre.

Para a condição dos solos brasileiros poucos trabalhos tem sido

desenvolvidos para a obtenção de índices de disponibilidade de enxofre para

as plantas. Todos os trabalhos já realizados até hoje, foram efetuados em

vasos em casa de vegetação, utilizando a camada arável dos solos. O

comportamento dos extratores parecem estar relacionados com as

características dos solos brasileiros, que em geral apresentam a maior

quantidade do enxofre inorgânico (SO42-) adsorvido às partículas. O SO42- é

então deslocado pelos íons fosfato presentes nestas soluções.

As deficiências constatadas de enxofre, no período dos anos 10 e

20 deste século foram mascaradas, posteriormente, pelo uso de superfosfato

simples usado como fonte de fósforo. Nas décadas de 50 e 60, em diversas

partes do mundo, foram reconhecidos os problemas ocasionados pela

deficiência de enxofre. Constatou-se que muitas das respostas obtidas com o

uso de superfosfato eram devidas ao enxofre, componente daquele fertilizante.

A deficiência de enxofre tem sido observada cada vez com mais

freqüência para diferentes culturas, em solos sob vegetação de cerrado. A

incidência desta deficiência deve-se à pobreza natural destes solos em

enxofre, aliada ao uso crescente de formulações concentradas, que propiciam

condições para que seu aparecimento se torne mais evidente e freqüente.

Muito menos freqüente tem sido os problemas por excesso.

Deficiências e excessos deste nutriente podem ser corrigidos pelo uso de

corretivos, fertilizantes e adubos orgânicos, assim como práticas que melhorem

sua disponibilidade.

O Enxofre no Ar e a Chuva Ácida

As reações e processos químico-biológicos do enxofre na biosfera

se assemelham aos do nitrogênio em vários aspectos:

Apresentam vários estados de oxidação;

Ocorrem nos solos agrícolas predominantemente em formas

orgânicas;

A maioria das transformações são decorrentes da atividade

microbiana;

Ocorrem em formas gasosas na atmosfera, com grande influência

em processos físico-químicos que nela ocorrem.

As formas mais comuns do enxofre encontradas no ar são

combinadas, sendo: SO2, H2S e SO22-. Formas gasosas de enxofre pode ser

uma fonte importante de suprimento de enxofre para as plantas, embora o

suprimento de enxofre para as plantas possa ser feito em parte pela atmosfera,

o estudo das formas e transformações do mesmo no solo é importante para o

conhecimento dos mecanismos de disponibilidade para as plantas.

Fenômenos naturais, como a atividade vulcânica e a

decomposição de plantas, liberam dióxido de enxofre na atmosfera, isso

aumenta a acidez da água da chuva, mas não chega a causar danos

ecológicos, pois o efeito do ácido é neutralizado ao entrar em contato com

substâncias alcalinas presentes na água e no solo.

A industrialização e o advento dos automóveis começam a

romper este equilíbrio, logo, o dióxido de enxofre, resultante da queima de

carvão nas usinas termoelétricas e dos motores dos automóveis também

entram na atmosfera e, em contato com o oxigênio e vapores de água esse gás

transforma-se em ácido sulfúrico que voltam à superfície sob a forma de chuva,

neve ou microscópicas partículas de poeira ácida. Essa chuva ácida provoca a

corrosão de construções e metais e causam também sérios danos à natureza.

8 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Um ciclo biogeoquímico é o percurso realizado no meio ambiente

por um elemento químico essencial à vida. Ao longo do ciclo, cada elemento é

absorvido e reciclado por componentes bióticos (seres vivos) e abióticos (ar,

água, solo) da biosfera e, às vezes, pode se acumular durante um longo

período de tempo em um mesmo lugar. É por meio dos ciclos biogeoquímicos

que os elementos químicos e compostos químicos são transferidos entre os

organismos e entre diferentes partes do planeta. Os mais importantes são os

ciclos da água, oxigênio, carbono, nitrogênio e fósforo.

O ciclo do nitrogênio é a transformação dos compostos contendo

nitrogênio na natureza. O nitrogênio constitui aproximadamente 79% de nossa

atmosfera. Os organismos vivos, excetuando-se algumas bactérias e algas,

não conseguem fixá-lo diretamente na forma como o encontram no ar. Através

de fenômenos eletroquímicos (raios) e fotoquímicos (sol), o N2 combina-se

com o oxigênio e a água da atmosfera, formando os nitratos (NO3) - forma

mais utilizada pelas plantas - que se precipitam para o solo.

O ciclo da água é movido pela energia solar. Esta energia faz

evaporar a água dos oceanos, dos lagos, dos rios e das superfícies úmidas do

solo e provoca transpiração das folhas e dos corpos de outros organismos

vivos.

As moléculas de água vão da superfície terrestre para a

atmosfera, onde, junto com outros compostos moleculares, dão origem às

nuvens. O retorno dessa água para a superfície se dá na forma líquida (chuva)

ou na forma sólida (neve, granizo).

Quando a chuva ou a neve atingem o chão, uma parte é

absorvida pelo solo, onde forma os lençóis subterrâneos, ou é absorvida pelas

plantas. O restante forma a água de escoamento que se junta às nascentes e

às fontes de lençóis freáticos para formar os lagos e os rios que alimentam os

oceanos, fechando assim o ciclo da água. Então é o contínuo movimento da

água na, sobre e abaixo da superfície da Terra. A água pode mudar de estado

entre líquido, vapor e gelo em suas várias etapas.

O ciclo do carbono é o ciclo biogeoquímico no qual o carbono é

passado entre a biosfera, pedosfera, geosfera, biosfera e a atmosfera. O

carbono é o elemento essencial na composição da matéria orgânica. Depois da

água, é o elemento que entra em maior quantidade na constituição dos

organismos vivos. O ciclo do carbono envolve um estágio sólido e um gasoso.

O estágio sólido representa o carbono encerrado nas rochas (pedras calcárias)

e nos combustíveis fósseis, como hulha e petróleo, fixados pela fotossíntese

durante milhões de anos.

O ciclo do oxigênio é o movimento do oxigênio dentro e entre os

três maiores reservatórios: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. O principal fator

do ciclo do oxigênio é a fotossíntese, que é responsável pela composição

atmosférica e pela vida na Terra. O oxigênio representa cerca de 21% do ar

atmosférico, sendo de vital importância para os seres vivos, quer usado nos

processos energéticos, quer nos processos respiratórios.

As únicas fontes que convertem o CO2 em O2 (oxigênio) são os

vegetais clorofilados realizadores de fotossíntese.

Desse O2 livre produzido, uma parte é absorvida pelos seres

vivos através do processo da respiração e devolvida à atmosfera sob a forma

de CO2 e h2O, isto é, oxigênio combinado. Outra parte é dissolvida nas águas

que também possuem O2 livre proveniente da atividade fotossintetizadora de

algas e de outros vegetais aquáticos. Quando a temperatura da água se eleva

ou ocorre saturação de O2, ela começa desprendê-lo, retornando à atmosfera

parte desse oxigênio dissolvido.

O fosforo é o movimento do fósforo pela litosfera, hidrosfera e

biosfera. A atmosfera não possui um papel significativo no movimento do

fósforo porque o fósforo e componentes fosfóricos são normalmente sólidos

nos níveis mais comuns de temperatura e pressão na Terra. O fósforo constitui

um importante componente da substância viva, além de estar ligado ao

metabolismo respiratório e fotossintético. Daí seu uso com adubo.

Na natureza é um elemento encontrado em pequena quantidade

em relação às necessidades dos seres vivos e seu grande reservatório são as

rochas fosfatadas.

A erosão do solo pelas águas ou pelos ventos desagrega essas

rochas e esses fósforo mineral é levado para os oceanos. Uma grande parte é

sedimentada nas profundezas e não será aproveitada. A pequena parte

aproveitada pelos seres marinhos, entre eles certas aves marinhas, é restituída

ao solo, de onde pode novamente ser retirado pela plantas.

O organismo animal entra no ciclo ao se alimentar desses

vegetais. Após sua morte ou por excreções (fezes, urina) lançadas por esses

organismos durante sua vida, os compostos contendo fósforo retornam ao solo

onde são decompostos por bactérias e fungos, fechando assim seu ciclo.

O ciclo do enxofre é um ciclo que envolve um estágio sólido e um

gasoso onde os organismos (especialmente os micro-organismos), que obtêm

energia a partir da oxidação química de compostos inorgânicos, exercem

papéis fundamentais. Processos geoquímicos e meteorológicos tais como

erosão, lixiviação (arraste por lençóis freáticos) e ação da chuva são

importantes na recuperação do enxofre dos sedimentos mais profundos.

Quando as plantas e os animais mortos são decompostos pelos

micro-organismos saprófitos aeróbios e anaeróbios, destes últimos desprende-

se gás sulfídrico (h2S). Parte desse gás é reconvertida em sulfato por bactérias

sulfurosas especializadas. A outra parte é transformada em enxofre (S) por

certas bactérias que obtêm sua energia a partir dessa transformação química.

Assim, os ciclos biogeoquímicos se combinam para formar um

mecanismo de controle complexo que mantém condições favoráveis à vida.

REFERENCIA

 Ciclo do Carbono. Disponível em:

<http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./agropecuario/

index.html&conteudo=./agropecuario/artigos/ciclocarbono.html>. Acesso em: 19

de novembro de 2010.

 Ciclo do Oxigênio. Disponível

em:< http://www.brasilescola.com/biologia/ciclo-do-oxigenio.htm>. Acesso em:

19 de novembro de 2010.

Importância da Compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o

desenvolvimento Sustentável. Disponível

em: <http://www.iqsc.usp.br/iqsc/servidores/docentes/pessoal/mrezende/

arquivos/EDUC-AMB-Ciclos-Biogeoquimicos.pdf>. Acesso em: 21 de novembro

de 2010.

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em: <http://www.meioambiente.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?

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Disponivel em:

<http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2004/

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Disponível em: <http://www.scribd.com/doc/2994637/IMPORTANCIA-DOS-

MICRORGANISMOS-DO-SOLO> Acesso em: 21 de novembro de 2010.

Disponível em: <http://www.colegioweb.com.br/biologia/a-importancia-das-

bacterias.html> Acesso em: 21 de novembro de 2010.

Disponível em: <http://www.scribd.com/doc/2644100/O-NITROGENIO-E-O-

CICLO-DO-NITROGENIO> Acesso em: 21 de novembro de 2010.

Disponível em: <http://www.scribd.com/doc/6729495/Controle-

Microorganismos> Acesso em: 21 de novembro de 2010.