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INTER-RELAÇÕES BIOMASSA MICROBIANA e GASES DO SOLO CEN-5750 CENTRO DE ENERGIA NUCLEAR NA AGRICULTURA Abril 2005.

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1 INTER-RELAÇÕES BIOMASSA MICROBIANA e GASES DO SOLO CEN-5750 CENTRO DE ENERGIA NUCLEAR NA AGRICULTURA Abril 2005

2 BIOMASSA MICROBIANA GASES DO SOLO Quais são as principais relações ? biomassa microbiana decomposição da MOS imobilização de nutrientes mineralização de nutrientes produção/oxidação de gases efeito estufa CO 2 N2ON2O CH 4 fatores ambientais trocas solo/atmosfera

3 "Soil organisms contribute to a wide range of essential services to the sustainable function of all ecosystems, by acting as the primary driving agents of nutrient cycling, regulating the dynamics of soil organic matter, soil carbon sequestration and greenhouse gas emission; modifying soil physical structure and water regimes, enhancing the amount and efficiency of nutrient acquisition by the vegetation, and enhancing plant health. These services are not only essential to the functioning of natural ecosystems but constitute an important resource for the sustainable management of agricultural systems". Os organismos do solo contribuem com um amplo espectro de serviços em prol do funcionamento sustentável de todos os ecossistemas atuando como agentes reguladores da ciclagem de nutrientes, dinâmica da matéria orgânica do solo, seqüestro de carbono no solo e emissão dos gases do efeito estufa. Modificam a estrutura física do solo e o regime das águas, aumentando a eficiência de obtenção de nutrientes pelos vegetais e melhorando a saúde das plantas. Esses serviços são essenciais não somente para o funcionamento dos ecossistemas naturais, mas também constituem um recurso importante para o manejo sustentável dos sistemas agrícolas. "The nation that destroys its soil destroys itself" (Roosevelt 1937)

4 BIOMASSA MICROBIANA GASES DO SOLO 6. Interrelações biomassa microbiana/gases do solo 2. Vias de produção dos gases do efeito estufa e fatores condicionantes. 3. Princípios metodológicos para a quantificação 4. Importância ambiental dos gases do efeito estufa 5. Importância agrícola da biomassa microbiana 1. Componentes,funções e distribuição da biota do solo

5 Plantas superioresPlanta Nematoides, mites, milípedes, centípedes, vermes segmentados, colêmbolas, insetos alados Animalia Zygomycetos, fungosMycota Oomycetes, AlgaeChromista Ciliados, zooflagelados, amebasProtozoaEucariota Termófilas extremas, redutoras de enxôfreCrenarcheota Halófilas extremas, metanogênicasEuryarcheotaArchea Bactérias verdadeiras, bactérias verdes e púrpuras, actinomycetos, bacilos esporogênicos, cyanobacteria EubacteriaProcariota Organismos representativosReinosDomímio

6 Raízes 1,5 a 3,8 m (em culturas anuais) 38 a 76 m (em pastagens perenes) Bactérias a Actinomicetos a Protozoários a Número em g de solo Fungos Bactérias Ameba Cabeça de nematóide bacteriófago Protozoa cilicata Núcleo Parede celular da raiz Pelo da raíz Actinomicetos Fungos a Nematóides a Artrópodos 100 a Minhocas 0 a 2

7 EpigeicasEndogeicasAnécicas Ex: Minhocas Trato digestivo bactérias + polissacarídeos + argila fragmentação dos resíduos orgânicos transporte/incorporação da MO ao solo fragmentação/polimerização de compostos liberação de nutrientes redução de compactação aumento de permeabilidade e aeração estruturação do solo redução da erosão Macro e mesofauna

8 Biomassa Microbiana do Solo (BMS) Definição: Organismos menores do que 0,2 mm, predominando fungos, bactérias e actinomicetos em número, massa e capacidade metabólica. FungosBactérias

9 Rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (RPCPs) Rhizobium trifolii (eubacteria) Pseudomonas Azospirillum Rhizobium Arthrobacter Enterobacter Azotobacter Modos de ação de rizobactérias Suprimento de nutrientes (N, P e Fe) Supressão de patógenos (antibiose) Produção de sideróforos, Produção de hormônios de crescimento Detoxificação de xenobióticos Substituição de produtos químicos

10 Fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) Glomacea Acaulosporaceae Gigasporacea Gigaspora rosea (fungo) Modos de ação de fungos micorrízicos Suprimento de nutrientes (N, P, Zi, Cu e S) Aumento da capacidade de absorção de P Aumento do volume de solo explorado pelas raízes Substituição da fetilização fosfatada Aumento da resistência à seca Efeito agregador das partículas do solo

11 Relação específica de fungos/bactérias nos ecossistemas: EcossistemasRazão fungos/bactérias Floresta decídua20:1 (predominância de fungos) Florestas naturais10:1 (predominância de fungos) Arbustos, cipós e moitas5:2 (predominância de fungos) Gramíneas tardias e culturas anuais1:1 Hortaliças, gramíneas inermediárias0,75:1 (predominância de bactérias Gramíneas pioneiras0,30:1 (predominância de bactérias) Ervas daninhas0,10:1 (predominância de bactérias)

12 Plantas superiores GEE Energia solar Resíduos vegetais Nematóides Ácaros Minhocas Matéria orgânica Protozoários Bactérias e Actinomicetos GEE Humus Nutrientes minerais Fungos Produção primária Perda de energia calórica Colêmbolas Consumidores

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14 1-15 Mg.ha -1.ano -1 Biomassamicrobiana 7-10 Mg.ha -1.ano Mg.ha -1.ano -1 Floresta tropical Pastagem Cultura anual NH 4 + NO 3 - Humus CO 2 N2ON2O CH 4 NOx No solo Em solução Na atmosfera Ca + K+K+ PO 3 - Mg

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16 Biomassa Microbiana Biomassa Microbiana organismos com < 0,3 m 1-3% do C orgânico do solo 0,001% do volume do solo 0,17% da superfície da MOS 0,02% da superfície dos minerais até 50 kg ps.ha -1 Fase sólida do solo Fase sólida do solo partículas 2 mm Distribuição na matriz do solo Portanto, a distribuição dos microrganismos no solo não é nem ao acaso, nem uniforme, mas em numerosas pequenas comunidades, cada uma adaptada ao meio circundante.

17 Distribuição no perfil do solo Concentração decrescente de microorganismos com a profundidade, acompanhando a matéria orgânica do solo. Flutuações ocorrem devido a: presença de sistema radicular presença de substrato e oxigênio variações texturais em solos aluviais presença de lençol freático

18 Calcula-se que somente 0,2 a 0,4% do espaço poroso do solo seja ocupado por microorganismos. Fungos tendem a ficar restritos aos poros maiores, entre agregados, enquanto bactérias tendem a ocorrer dentro dos agregados. Células bacterianas estão envolvidas por fibrilas e mucigel (macromoléculas) que em contato com argilas iniciam a formação de agregados. Microagregados < 250 m de < Macroagregados poros 0,2-2,5 m poros m poros 0,2-2,5 m poros m Formação de macro e microagregados Microrganismos se concentram em: ) Poros pequenos (<5 m) retem água por mais tempo; evitam predadores; evitam efeitos antibióticos Fonte de nutrientes resíduos celulares; material fecal; MO amorfa

19 .. Foto 1b. Material aderente produzido por fungos ajuda a aglomerar partículas de solo em agregados. Foto 1a. Rede de hifas de fungos agregando partículas de solo.

20 Macroagregados permitem: aeração; entrada de água e drenagem; difusão de solutos; ocupação por microorganismos; colonização mais intensa do que o solo como um todo; locais de metabolismo mais intenso; maior conteúdo de nutrientes (C, N, S, P); maior conteúdo de açúcares de origem microbiana;

21 Associação com raízes de plantas População microbiana na rizosfera: cm -3 células esfoliadas da coifa; mucilagem; exsudatos solúveis; substâncias lisadas; raízes em decomposição. Abundância de substrato orgânico Desvantagens: amplas flutuações no pH na medida que diferentes íons são absorvidos pelas raízes; estresse hídrico, quando a planta está com alta taxa de evapotranspiração; alta pressão osmótica; alta taxa respiratória cria ambientes semi ou totalmente anaeróbicos

22 População rizosférica Distância da raíz, mm

23 Associação com a liteira vegetal Gêneros de fungos observados na liteira de gramíneas e na camada húmica subjacente. Invasores primários = organismos já presentes na filosfera. Chegando ao solo, aumenta a população invasora. A biota varia com a profundidade e o estágio de decaimento.

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25 Estimativa do carbono, nitrogênio e fósforo (média de 4 repetições ± dp) da biomassa microbiana presente na serapilheira e no solo de uma cronossequência floresta/pastagem.

26 Distribuição da Biomassa Microbiana do Solo nos ecossistemas Ecossistema C microbiano N Estoque global (Gt) CN Floresta tropical úmida ,680,43 Floresta tropical seca65365 Floresta temperada877931,480,20 Pastagem tropical342353,730,38 Pastagem temperada ,030,48 Terra cultivada (tropical)24048 Terra cultivada (temperado)33147 Terra cultivada (frio)46166 Total13,9 (1,4%) 1,83 (2,8%) ( g.g -1 solo)


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