1

Ciclagem de nutrientes

(com aspectos microbiológicos)

José Miguel Reichert

(Celso Aita & Sandro José Giacomini)

3. Fluxo de nutrientes

em ecossistemas florestaisLiberação de nutrientes pelas rochas (intemperismo)

Retenção e liberação de nutrientes pelo solo

Absorção de nutrientes pelas plantas

Ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais

Biologia e microbiologia do solo florestal

Ciclos do carbono e do nitrogênio

DesenvolvimentoDesenvolvimento

Microrganismos e decomposição de materiais orgânicos

Microrganismos e ciclos biogeoquímicos do carbono, nitrogênio,

enxofre e fósforo

Ciclo do carbono e matéria orgânica do solo

Ciclo do Nitrogênio

Mineralização e imobilização

Desnitrificação

Nitrificação

Fixação biológica de N (FBN)

Ciclo do fósforo

Ciclo do enxofre

- BACTÉRIAS

G-

G+

Bacillus

-BACTÉRIAS- PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM

Decomposição (aeróbica, anaeróbica)

Degradação de moléculas orgânicas complexas(Pseudomonas sp.)

Transformações de nutrientes (Solubilização de fosfato, mineralização)

Interações mutualísticas (FBN – simbiótica e assimbiótica)

-FUNGOS

Saccharomyces sp.Agaricus sp.

* eucariotos, uni e multicelulares, aeróbios e fermentativos, quimiorganotróficos

2

-FUNGOS- PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM

-Decomposição (aeróbica e fermentação por leveduras)

-Degradação de moléculas orgânicas complexas (Basidiomicetos – lignina)

-Produção de antibióticos (Penicillium - penicilina)

- Solubilizadores de fosfato (Aspergillus)

- Micorrizas

-Agregação do solo

Arbúsculos

Vesículas

Raiz colonizada

EctomicorrízasGlomus clarumGlomus etunicatum Pisolithus, Rhizopogon

Scleroderma

- CIANOBACTÉRIAS

Oscillatoria Nostoc Anabaena Synechococcus

* clorofila, unicelular a filamentosos

-CIANOBACTÉRIAS- PROCESSOS EM QUE PARTICIPAM

- FBN ex.: Anabaena e Nostoc

- Fotossíntese

Microrganismos e decomposição de materiais orgânicosPalha: energia + nutrientes

POLÍMEROSCelulose, amido, proteínas, lipídios,lignina

CÉLULA MICROBIANAtem uma estrutura tridimensional

Fries & Aita (2002)

Decomposição de materiais orgânicosDecomposição de materiais orgânicos

ABCDE

( )( )( )( )( )(O2

H2O

ATPATP

elétrons

SO4-2

CO2CO2

NADH2

NADPO4

-2

NH3

CATABOLISMO

DESVIO PARABIOSÍNTESE

MONÔMEROSGlicoseAminoácidosAcetil-s-CoaÁcidos graxos

PARTES DE MOLÉCULAS

acúmulo de fenóis

3

DecompositoresDecompositores Ciclo do carbono e matéria orgânica do solo

MATÉRIA ORGÂNICA=HÚMUS(ORIGEM E DESTINO)

CO2

RESÍDUOS ORGÂNICOS ESTRUMES

DECOMPOSIÇÃO POR MICRORGANISMOS NO

SOLO

NUTRIENTESN,P,S, MICRO

CO2 HÚMUS OU MATÉRIA ORGÂNICA

EXPORTAÇÃO DE GRÃOS(MATERIAL ORGÂNICO E NUTRIENTES)

Solo(decompositores)

Solo(decompositores)

CO2CO2C fixado

Nutrientes assimilados (N, P, S...)

MineralizaçãoMineralização Matéria orgânica do solo

Matéria orgânica do solo

Ciclo do nitrogênio

N2 , N N (gás) 78% DA ATMOSFERA

Fixação industrial

Fixação biológica simbiótica

Reserva de nitrogênio no solo (orgânico)Restos de tecido animal,vegetal e microrganismos.Principal fonte de nitrogênio, após a mineralizaçã,para gramineas e plantas semassociação simbiótica.

CICLO DO NITROGÊNIO (controlado por microrganismos)

Fixação biológica assimbiótica(bactérias de vida livre)

O=CNH2

NH2Uréia

+ H2O CO2+ 2NH3

NH3+H20 NH4+ + OH-

Imobilização por bactérias, fungos, actinomicetos do solo

NO2- NO3

-Mineralização

Nitrificação

Lixiviação

NH4+

Trocável-argilas

DesnitrificaçãoN2 ou N2O

GramíneasAbsorção de N- mineral

Volatilizaçãode amônia

Nitrogênio

Carbono

mineralização

mineralização

assimilação

assimilação

CO2

imobilização

N mineralSolo remineralização

Nitrogênio

Carbono

Relação entre dinâmica do C e do NRelação entre dinâmica do C e do N

Mary et al. (1996)

Resíduo incorporado

AgregadosOxigênioNutrientesMicrorganismos

Resíduo em superfície

Adaptado de Fruit et al. (1999) e Abiven (2001)

Preparo do solo x contato solo-resíduoPreparo do solo x contato solo-resíduo

4

Microrganismos heterotróficos

N-orgânico NH4+ NO2

- NO3-

Imobilização

N mineral

amonificação

(dejetos de animais,matéria orgânica do solo,resíduos vegetais, etc..)

RCHNH2

COOH

NH3mineralização

Mineralização e imobilizaçãoNitrificaçãoNitrificação

N-orgânico NH4+ NO2

- NO3-

Nitrificaçãoamonificação

(dejetos de animais,matéria orgânica do solo,resíduos vegetais, etc..)

RCH

NH2

COOH

NH3mineralizaçãoNitrosomonas Nitrobacter

Bactérias quimioautotróficas

Ar

Lixiviação

EUTROFIZAÇÃOEUTROFIZAÇÃO

DesnitrificaçãoDesnitrificação

N-orgânico NH4+ NO2

- NO3-

Nitrificaçãoamonificação

(dejetos de animais,matéria orgânica do solo,resíduos vegetais, etc..)

RCH

NH2

COOH

NH3mineralizaçãoNitrosomonas Nitrobacter

Bactérias heterotróficasanaeróbias facultativas

N2

N2O

Clima

Bioma

Textura solo

Plantas

Precipitação

H2O

MOS

Plantas

PerturbaçãoFísicaCompetição

Respiração

NH4+

H2O

O2

NO3-

C

Comunidade

NO3-

N2Global Celular

Escala de fatores que regulam o processoEscala de fatores que regulam o processoDesnitrificaçãoDesnitrificação Fixação biológica de NFixação biológica de N

N-orgânico NH4+ NO2

- NO3-amonificação

(dejetos de animais,matéria orgânica do solo,resíduos vegetais, etc..)

RCHNH2

COOH

NH3mineralização

N2

N2O

FBN

2NH3 + 16 ADP + H2 + 16PiN2 (gás) + 8e- + 8H+ + 16 ATP nitrogenase

5

Os sistemas simbióticosRizóbio - Leguminosa

- Rhizobium- Bradyrhrizobium

Frankia (actino) vs não leguminosas

Alnus sp.

Azolla vs Anabaena

Acetobacter diazotrophicus vs cana-de-açúcar

Fixação assimbiótica de NFixação assimbiótica de N

Azospirilum vs milho, trigo, arroz

P solução do solo

Po rápido

Po Lento

PROTOZOÁRIOS

FUNGOS BACTÉRIAS

Pi rápido

Pi Lento

Pi alta energia

Ciclo do PCiclo do P

Fonte: Rheinheimer & Gatiboni (2002)

Biomassa microbiana

P-orgânico PO42-

30 kg P ha-1 (lábil)

Bactérias, fungos, actino

Fosfatases

(dejetos de animais,matéria orgânica do solo,resíduos vegetais, etc..)

Fitases

Ciclo do PCiclo do P

Heterotróficos

Fosfatos de Al, Fe, Ca PO42-Pseudomonas, Bacillus

Aspergillus

Solubilização (H+)

6

Ciclo do SCiclo do S

Animal

Resíduos de plantas e animais

Pesticidas

Gás (H2S)

Indústrias

Queima de carvão e

combustíveis

Minerais do solo

Quebra microbiana

Compostos orgânicos

Sulfetos (S-2)

Enxofre (S)

Argilas

Adsorção

Sulfatos (SO4

-2)

PolissulfatosTiossulfatosBissulfatos

Fertilizantes

SO2

Minerais do solo

MOS

NPK

NUTRIENTES residuais

N2 (FBN) CO2

MO

Adubação orgânica