Nitrogenio

SBCS, Viosa, 2007. Fertilidade do Solo, 1017p. (eds. NOVAIS, R.F., ALVAREZ V., V.H., BARROS,N.F., FONTES, R.L.F., CANTARUTTI, R.B. & NEVES, J.C.L.).

VII - NITROGNIO

Heitor Cantarella1/

1/ Centro de P&D de Solos e Recursos Ambientais. Instituto Agronmico IAC. Av. Baro deItapura 1481, Caixa Postal 28, CEP 13001-970 Campinas (SP).

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Contedo

INTRODUO ................................................................................................................................................................ 376

CICLO DO NITROGNIO ............................................................................................................................................ 376

DINMICA DO NITROGNIO NO SOLO FORMAS E PROCESSOS ......................................................... 379Mineralizao-Imobilizao do Nitrognio no Solo ............................................................................................. 382Nitrificao .................................................................................................................................................................... 388Desnitrificao .............................................................................................................................................................. 391

FIXAO BIOLGICA DO N2 ........................................................................................................................................................................................................................... 395

O NITROGNIO E O AMBIENTE .............................................................................................................................. 397

PERDAS DE NITROGNIO DO SISTEMA SOLO-PLANTA .............................................................................. 400Lixiviao de Nitrato .................................................................................................................................................. 400Volatilizao de Amnia ............................................................................................................................................ 405Perdas de Nitrognio Via Foliar ................................................................................................................................ 413Perdas de Nitrognio em Solos Inundados ............................................................................................................ 414

FONTES DE NITROGNIO .......................................................................................................................................... 416Adutos de Uria e Adio de Produtos Acidificantes ....................................................................................... 421Fertilizantes de Liberao Lenta ou Controlada ................................................................................................... 422Fertilizantes Estabilizados ......................................................................................................................................... 426

AVALIAO DA DISPONIBILIDADE DE NITROGNIO ............................................................................... 432

DEMANDA DE NITROGNIO PELAS CULTURAS ............................................................................................ 437

INTERAO DO NITROGNIO COM OUTROS NUTRIENTES ...................................................................... 438

EFICINCIA DE USO DO NITROGNIO DE FERTILIZANTES MINERAIS E ORGNICOS .................. 440

MANEJO DA ADUBAO NITROGENADA ....................................................................................................... 443

LITERATURA CITADA ................................................................................................................................................ 449

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FERTILIDADE DO SOLO

376 HEITOR CANTARELLA

INTRODUO

O N constituinte de vrios compostos em plantas, destacando-se os aminocidos,cidos nuclicos e clorofila. Assim, as principais reaes bioqumicas em plantas emicrorganismos envolvem a presena do N, o que o torna um dos elementos absorvidosem maiores quantidades por plantas cultivadas. Alm disso, o N apresenta grandeversatilidade nas reaes de oxirreduo e est presente em vrios estados de oxidao,desde formas bastante reduzidas (-3), como o NH4+, at oxidadas (+5), como o NO3-, o quelhe confere especial importncia nos ciclos biogeoqumicos e no metabolismo das plantas.Por exemplo, cerca de um quarto do gasto energtico dos vegetais est relacionado comas vrias reaes envolvidas na reduo de nitrato a amnio e a subseqente incorporaodo N s formas orgnicas nas plantas (Epstein & Bloom, 2005).

O ciclo do N no sistema solo-planta bastante complexo. A maior frao do N dosolo est na forma orgnica, presente na matria orgnica em diferentes molculas e comvariados graus de recalcitrncia, ou como parte de organismos vivos. Algumas formasou fraes de N tm meia vida de poucos dias, enquanto outras, de sculos. O N podeingressar no sistema solo-planta por deposies atmosfricas, fixao biolgica simbitica ou no, adubaes qumicas ou orgnicas. Por outro lado, pode sair por meiode remoo pelas culturas e variados mecanismos de perdas, que incluem lixiviao evolatilizao. O ciclo do N controlado por fatores fsicos, qumicos e biolgicos eafetado por condies climticas difceis de prever e controlar.

Este elemento empregado em grandes quantidades na agricultura moderna naforma de fertilizantes. Para a maior parte das culturas, representa o nutriente mais caro.Com o domnio dos processos industriais para a converso do N2 atmosfrico em NH3,no comeo do sculo XX, teve incio a fabricao de fertilizantes nitrogenados sintticos,que vm sendo utilizados em larga escala. Mais da metade dos fertilizantes nitrogenadossintticos foi usada no mundo unicamente nos ltimos 25 anos (Mosier & Galloway,2005). Acredita-se que o aumento da produo agrcola resultante do emprego defertilizantes nitrogenados permita sustentar cerca de 40 % da atual populao do planeta,o que no seria vivel sem esse insumo (Mosier & Galloway, 2005).

Os fertilizantes nitrogenados so produzidos principalmente a partir de combust-veis fsseis, no-renovveis. Quando utilizado em quantidades excessivas ou condiesdesfavorveis, o N pode ser perdido e, ao ser transferido para outros locais ou ecossistemas,converter-se em poluente de guas superficiais ou subterrneas e da atmosfera.

O entendimento das principais reaes que regem o comportamento do N no sistemasolo-planta , portanto, fundamental para o adequado manejo da agricultura moderna.

CICLO DO NITROGNIO

O ciclo do N no solo est ligado ao ciclo global do N na natureza. Dados compiladospor Stevenson (1982) indicam que a maior parte do N na terra est na litosfera (1,6 x 1011 Tg),

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 377

principalmente como constituinte de rochas gneas da crosta e do manto terrestre, doncleo do planeta e de sedimentos fsseis e marinhos. A poro nos solos terrestres, naforma de matria orgnica ou NH4+ fixado em argilas, relativamente modesta(2,4 x 105 Tg) comparada ao total da litosfera. Outro grande reservatrio de N no planeta a atmosfera, onde o N molecular (N2) compe 78 % dos gases: 3,9 x 109 Tg. O N2 temuma tripla ligao N N, bastante estvel, que torna esse gs muito pouco reativo. O Ncontido na hidrosfera, especialmente nos oceanos, de cerca de 2,3 x 107 Tg, dos quais oN2 representa mais de 95 % do total; outras fraes incluem NH4+, NO3

-, NO2- e matriaorgnica particulada ou dissolvida. As estimativas do estoque da biosfera so menosexatas, mas apontam para valores de cerca de 2,8 x 105 Tg (Stevenson, 1982).

Em escala global, o N importante por ser um elemento-chave para a produtividadede todos os ecossistemas. Algumas reas do mundo, tais como partes da frica, sia eAmrica Latina, no tm N suficiente para sustentar adequadamente suas populaes.Por outro lado, em outras, h excesso de N decorrente da baixa eficincia do uso desseelemento no sistema produtivo e da queima de combustveis fsseis, que podemtransformar o N em poluente. Em ambos os casos, leva-se em conta apenas o N reativo(Nr), que engloba as formas biologicamente ativas e fitoquimicamente reativas naatmosfera e biosfera, e inclui formas reduzidas (NH3, NH4+), inorgnicas oxidadas (NO3,HNO3, NOx, N2O) e compostos orgnicos (uria, aminas, protenas, etc.), mas exclui o N2atmosfrico (Galloway et al., 2004).

Os valores de produo global de Nr trazem grandes incertezas por serem muitosdados estimados com pouca acurcia (Quadro 1). O aporte de Nr em sistemas naturaisrepresenta mais da metade daquele de origem antropognica. A fixao biolgica de N2, de longe, a fonte mais importante nos sistemas naturais. O aporte de N contrabalanado por perdas, que retornam parte do N atmosfera como N2. As fontes deNr antropognicas podem, em princpio, afetar o equilbrio do sistema e causar poluiopontual (contaminao de guas) ou dispersa (eutroficao e apoxia em lagos,esturios e mares). As estimativas de fixao biolgica de N2 em regies tropicais,inclusive no Brasil, so relativamente precrias, especialmente aquelas que ocorrem empastagens, cana-de-acar e em outros processos no-simbiticos em gramneas, almdaquelas que ocorrem em sistemas naturais (Filoso et al., 2006). As estimativas de adioantropognica de N ao ambiente no Brasil so de cerca de 10 Tg ano-1, mas a fixaobiolgica natural de N2 da mesma ordem de grandeza (Quadro 1). Esta no inclui o N2fixado na produo de soja, estimada em 3,2 Tg ano-1 de N, equivalente aproximadamentea um tero do N adicionado ao ambiente por ao do homem, e superior quantidadede N adicionada como fertilizante (Filoso et al., 2006).

Comparado com as mdias mundiais (Quadro 1) e com a dos pases desenvolvidos,o Brasil contribui relativamente pouco com fontes antropognicas de Nr para o ecossistemaglobal. O aporte de N pela fixao simbitica em reas cultivadas excede em muitoaquele feito como fertilizantes sintticos. A quantidade de N proveniente de combustveisfsseis tambm relativamente pequena graas matriz energtica brasileira; suacontribuio localizada apenas nas regies industriais do Centro-Sul (Filloso et al.,2006).

FERTILIDADE DO SOLO


Do ponto de vista agrcola, o ciclo do N no solo o mais importante. O N no solo estpredominantemente na forma orgnica mais de 95 % do N total. As fraes inorgnicasso compostas principalmente por NH4+ e NO3

-, mas pequenas concentraes de NO2-

podem ocorrer em algumas situaes. Em menores propores, ocorrem N2 e outrosgases NOx na atmosfera e na soluo do solo. A despeito da grande quantidade de Nestocado na espessa camada da crosta terrestre, a contribuio do N dos minerais para aformao do N do solo foi muito pequena, pois a concentrao de N reativo em rochas eno material de origem dos solos baixa. A maior parte do N do solo provm do ar, pordeposies atmosfricas de formas combinadas de N (NH4+, NO3

-, NO2-) e da fixao

biolgica de N2, tanto em sistemas no-simbiticos quanto simbiticos, por meio debactrias formadoras de ndulos em razes de leguminosas (Stevenson, 1982). As formasreativas ou combinadas de N na atmosfera so formadas com a quebra da ligao N Na partir de descargas eltricas ou fotoquimicamente, ou provm do prprio solo ou deoceanos, no processo de ciclagem do N. A queima de combustveis fsseis tambmcontribui para o fornecimento de N reativo que se deposita no solo a partir da atmosfera.

O N que retorna ao solo por deposio area vem na forma de chuva ou poeira eprovm de N emitido como NH3 ou NOx por ao antrpica ou no. A deposio area deN (NH3 + NOx) varia de 3 a 5 kg ha-1 ano-1 de N em reas agrcolas, quantidades essasque podem ser consideradas normais em ambientes no poludos (Lagreid et al., 1999),mas podem chegar a 10 a 40 kg ha-1 ano-1 em algumas regies da Europa. Nmerossimilares so fornecidos por Groffman (2000), indicando que as deposies de NO3

-

atmosfrico, produzido a partir de xidos de N emitidos em combustes, variam de 5 a20 kg ha-1 ano-1. Parte desse N faz parte da chuva cida (HNO3).

Brasil MundoAporte de N

2002 1995

___________________________ Tg ano-1 de N_________________________

Sistemas Naturais

Relmpago 0,5 5

FBN(2) terrestre 10,9 107

FBN oceanos - 121

Subtotal 11,4 233

Origem antropognica

Fertilizantes 2,5 100

FBN reas cultivadas 7,3 32

Queima de combustveis fsseis 0,7 24

Subtotal 10,5 156

Total 21,9 389

Quadro 1. Aporte de nitrognio(1) reativo no Brasil e em escala global

(1) N reativo: engloba todas as formas biologicamente ativas e fitoquimicamente reativas na atmosfera e biosferae inclui formas reduzidas (NH3, NH4

+), inorgnicas oxidadas (NO3-, HNO3, NOx, N2O) e compostos orgnicos

(uria, aminas, protenas, etc.). (2) FBN: fixao biolgica de nitrognio.Fonte: Filoso et al. (2006), para o Brasil e Galloway et al. (2004), para o Mundo.

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 379

Altas doses de N (40 a 50 kg ha-1 ano-1) podem ser depositadas no solo, na forma deNH4+, em reas vizinhas a grandes confinamentos (Groffman, 2000), visto que cerca de30 % do N na urina e nas fezes dos animais podem ser perdidos por volatilizao de NH3(Lagreid et al., 1999). O N proveniente de deposies areas pode ajudar a suprir asnecessidades da plantas em sistemas agrcolas, mas, em quantidades excessivas, podecausar problemas como a acidificao de solos ou alterao na composio botnica embosques e florestas. A carga crtica para deposies de N atmosfrico na Europa(quantidade mxima de aporte de N que pode ser tolerada por espcies vegetais maissensveis) de 10 a 20 kg ha-1 ano-1 de N.

As reaes envolvendo o N ligado matria orgnica do solo (MOS) so predomi-nantemente mediadas por microrganismos e, portanto, afetadas por condies ambientaise climticas (Figura 1). Assim, dependendo da combinao de fatores (umidade, tempe-ratura, pH, etc.), o N pode ser conservado e se tornar disponvel para as plantas, ou serperdido para as guas superficiais e do subsolo, ou para a atmosfera. A importncia dasreaes que ocorrem no solo para o balano de N corroborada pelo fato de cerca de 95 %do N reciclado na pedosfera interagir no sistema solo-microrganismos-plantas superio-res e apenas 5 % passar pela atmosfera e hidrosfera (Hauck & Tanji, 1982).

DINMICA DO NITROGNIO NO SOLO FORMASE PROCESSOS

O grande estoque de N no solo ocorre em forma orgnica, como parte da MOS, cujarelevncia para a fertilidade do solo bem estabelecida. A mineralizao da matria

Figura 1. Ciclo resumido do nitrognio no solo.

FERTILIDADE DO SOLO


orgnica (MO) libera N inorgnico, o qual constitui a principal fonte de N para as plantasem muitos sistemas agrcolas.

A MOS no um material uniforme. Portanto, o N de compostos orgnicos pode serencontrado em formas relativamente lbeis, de ciclagem rpida, ou de molculas bastan-te umificadas e recalcitrantes, havendo um gradiente entre esses extremos (veja captuloVI). A frao do N total do solo que participa do ciclo de reaes de mineralizao-imobilizao que, em algum momento, resulta em formas disponveis para as plantas,varia com o tipo de solo e o manejo. Sistemas tais como o plantio direto, com alto aportede material vegetal fresco, contendo carbono orgnico disponvel como fonte de energia,tendem a apresentar maior reciclagem do N do que sistemas mais pobres em fornecimento deresduos vegetais (veja captulo XV). Como as reaes de mineralizao-imobilizao pas-sam pela biomassa microbiana, esta serve como um indicador da velocidade de ciclagemde N e de outros nutrientes. A poro ativa do N orgnico do solo compreende cerca de10 a 15 % do N total em solos agrcolas, incluindo a biomassa microbiana. O restantecorresponde frao passiva, que tem uma ciclagem mais lenta (Stevenson, 1982).

As quantidades de N na biomassa microbiana so bastante variveis, uma vez quedependem do manejo do solo e das condies edafoclimticas. Valores entre 40 e496 kg ha-1 de N na biomassa microbiana tm sido relatados, com valores mdios de 101a 108 kg ha-1 na camada superficial dos solos, conforme dados compilados por Moreira& Siqueira (2002). A meia-vida do N da biomassa microbiana varia de 2 a 6 meses, oupouco mais em solos inundados (Bird et al., 2001), mostrando que grandes quantidadesdeste nutriente so recicladas anualmente no solo, com implicaes claras para adisponibilizao de N para as plantas. Por outro lado, a meia-vida do N do solo foiestimada em cerca de 180 anos (Hauck & Tanji, 1982), podendo as fraes de N orgnicoprotegidas por material coloidal ter meia-vida de at 1.000 anos (Moreira & Siqueira,2002). Fica evidente, por estes dados, que a maior parte do N orgnico do solo encontra-se em formas qumicas resistentes ao ataque microbiano.

Vrios mecanismos tm sido propostos para explicar a estabilidade do N orgnicono solo, incluindo a reao de componentes proteinceos com ligninas, taninos e outroscompostos orgnicos no solo; a adsoro de compostos orgnicos de N a minerais deargila; a formao de complexos com ctions polivalentes; ou simplesmente a proteofsica fornecida por pequenos poros no solo, que podem tornar os compostos orgnicosinacessveis aos microrganismos ou at a enzimas extracelulares (Stevenson, 1982). evidente que a maior proteo do N orgnico e, portanto, seu maior acmulo no solo, estrelacionada com solos com maior teor de argila. Assim, o estoque de N orgnico no solovaria com a textura e pode atingir de 800 a 6.000 kg ha-1 na camada superficial (20 cm)em solos minerais (Quadro 2).

Fracionamentos qumicos baseados no tratamento do solo com cidos a quente parahidrolisar os compostos nitrogenados foram utilizados para conhecer as formas de Norgnico do solo no incio dos anos 60 (Quadro 3). As duas principais fraesidentificveis quimicamente so as de N ligadas a aminocidos e aquelas de acaresaminados, que podem representar quase 50 % do N total no solo. Chama a ateno o fato

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 381

de grande parte do N do solo estar em fraes no caracterizadas quimicamente(hidrolisado desconhecido e N insolvel em cido). O N recuperado como NH3 provmde NH4+ inorgnico (pequena parte do N total do solo), bem como da hidrlise deaminocidos e acares aminados.

O interesse principal por esse tipo de fracionamento correlacionar as classes decompostos obtidos com alguma caracterstica de interesse agronmico, como adisponibilidade de N para as plantas. O N ligado a acares aminados despertouinteresse como provvel fonte de N facilmente mineralizvel, que ainda hoje tem recebidoateno de pesquisadores (Mulvaney et al., 2001; Barker et al., 2006). Recentemente, ummtodo de anlise de solo que determina o N de acares aminados foi proposto comondice de disponibilidade de N no solo (Mulvaney et al., 2001). Porm, os resultados tmsido controvertidos. J na dcada de 60, Keeney & Bremner (1964) observaram que ocultivo de solos provocava o decrscimo no contedo de N de todas as fraes. Baseadonos resultados de vrios autores, Stevenson (1982) concluiu que o fracionamento qumicodo N do solo aps hidrlise cida era de pouco valor prtico para prever a disponibilidadede N para as culturas.

Solo Matria orgnica Estoque de N total(1)

___________________________________ g kg-1 __________________________________ kg ha-1

Argissolo 6 a 30 0,4 a 0,7 800 a 1.400

Latossolo Vermelho 8 a 30 0,5 a 1,0 1.000 a 2.000

Latossolo Vermelho 16 a 60 0,9 a 2,4 1.800 a 4.800

Latossolo Vermelho eutrofrrico 17 a 100 0,8 a 3,0 1.600 a 6.000

(1) Assumindo 2.000.000 kg na camada de 020 cm dos solos minerais e 1.400.000 kg no solo orgnico.Fonte: Brasil (1960).

Quadro 2. Estoque de nitrognio na camada superficial de diferentes tipos de solos brasileiros

Frao Faixa de variao

% do N do solo

N-NH3 2035

N-amino cidos 3045

N-acares aminados 510

N-hidrolisado desconhecido 1020

N-insolvel em cido 2035

Quadro 3. Fraes de nitrognio do solo obtidas por hidrlise cida

Fonte: Stevenson (1982).

FERTILIDADE DO SOLO


Mineralizao-Imobilizao do Nitrognio no Solo

A disponibilizao de N orgnico do solo para as plantas passa pelo processo demineralizao, definido como a transformao do N da forma orgnica para a inorgnica(NH4+ ou NH3). O processo realizado por microrganismos heterotrficos do solo, queutilizam os compostos orgnicos como fonte de energia.

A mineralizao realizada por um grupo variado de microrganismos por ser osubstrato a MOS ou os resduos de culturas extremamente heterogneo e por muitosmicrorganismos serem especializados e s atuarem sobre determinados substratos.Inmeras enzimas agem em diferentes fases do processo para quebrar ligaes deprotenas, peptdeos, amidas, aminas, aminocidos, cidos nuclicos, etc. (Stevenson,1982; Norton, 2002a; Moreira & Siqueira, 2002). A reao abaixo ilustra uma das possveisseqncias do processo de mineralizao.

NH3 + H+ NH4+

em que R um radical orgnico e E a energia liberada na reao.

A mineralizao do N orgnico geralmente resulta em aumento do pH do meiograas ao consumo de prtons, como mostra a reao acima.

As condies timas para a mineralizao do N orgnico do solo so aquelas quefavorecem a atividade dos microrganismos: pH de 6 a 7, condies aerbias, umidade emtorno de 50 a 70 % da capacidade de reteno de gua pelo solo, temperatura entre 40 e60 C (Moreira & Siqueira, 2002). Tais condies so tambm favorveis ao crescimentodas plantas. No entanto, graas variedade de organismos envolvidos, as reaes demineralizao ocorrem em ampla gama de condies de acidez, temperatura e umidade.

Geralmente, a taxa de mineralizao aumenta 2 a 3 vezes a cada 10 C de elevaode temperatura no intervalo de 10 a 40 C, o que mostra ser o processo bastante sensvela variaes de temperatura. A mineralizao diminui com a reduo da umidade, maspode continuar ocorrendo mesmo quando o solo seca alm do ponto de murcha (-1,5 MPa),o que sugere que pode haver um acmulo de N inorgnico no solo durante perodos deseca. Alm disso, o molhamento do solo seco parece estimular a mineralizao e provocarum pico de liberao de N disponvel (Foth & Ellis, 1996), o que explica o estmulo aocrescimento das plantas aps as chuvas que ocorrem depois de um perodo seco.

A mineralizao tende a decrescer medida que a umidade do solo se aproxima doponto de saturao. Em solos saturados, continua ocorrendo mineralizao por meio demicrorganismos aerbios facultativos ou pela microflora anaerbia, que passa a atuar.No entanto, em condies de limitada disponibilidade ou ausncia de O2, a decomposioda matria orgnica incompleta e o rendimento energtico menor, resultando emtaxas de mineralizao mais baixas do que as observadas em condies aerbias.

proteaseProtena + H2O R-NH2 + CO2 + E + outros produtos

aminocido desidrogenaseR-NH2 + 2 + R + NH3 + E

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 383

A imobilizao do N um processo que ocorre concomitantemente com amineralizao, porm no sentido inverso. A imobilizao definida como atransformao do N inorgnico em N orgnico. Os responsveis so microrganismosque incorporam o N inorgnico disponvel no solo s suas clulas. Ao morrerem, o Nassimilado pode voltar a ser mineralizado ou ser incorporado s clulas de outrosmicrorganismos e seguir o caminho da sntese de compostos nitrogenados mais complexosque, gradualmente, formam a MOS.

A assimilao de N inorgnico do solo por plantas e a fixao de N2 da atmosferapor microrganismos do solo tambm representam imobilizao de N inorgnico, masso excludas da definio de imobilizao utilizada na ciclagem de N do solo.

Os processos de mineralizao-imobilizao representam um subciclo dentro dociclo do N no solo. A prevalncia de um sobre o outro, ou seja, o resultado lquido deprocessos concorrentes, define se o solo ter maior ou menor disponibilidade de Ninorgnico para as plantas.

Adies de materiais orgnicos ao solo, tais como restos culturais, adubos verdes eorgnicos, afetam o equilbrio entre mineralizao e imobilizao do N no solo. A direopara onde os processos de mineralizao-imobilizao tendem depende da relao C/Ndo material.

A relao C/N uma aproximao da relao energia (E)/N, que regula a direodas reaes. Esta aproximao, porm, nem sempre adequada. Por exemplo, substratoscom muita lignina e pouco N tm uma relao C/N alta, mas podem no resultar emsubstancial imobilizao do N do solo por ser a lignina uma fonte pobre de energia paraos microrganismos (Jansson & Persson, 1982). A relao lignina/N tambm tem sidousada como um indicador para a mineralizao de substratos orgnicos, porm a relaoC/N tem-se mostrado mais til para tal (Seneviratne, 2000). A decomposio de resduosvegetais por microrganismos no solo depende mais do teor de N nos resduos do que deseu teor de lignina (Kennedy et al., 2004). Para atender s necessidades dosmicrorganismos decompositores sem precisar recorrer ao N do solo, o resduo deve terpelo menos 15 a 17 g kg-1 de N, o que corresponde a uma relao C/N de 25 a 30 (Silgram& Shepherd, 1999).

A condio de equilbrio, na qual a mineralizao aproximadamente igual imobilizao, ocorre quando a relao C/N do substrato est na faixa de 20 a 30. Nessecaso, a disponibilidade de N inorgnico do solo no afetada. No entanto, a adio aosolo de materiais orgnicos pobres em N, como resduos de gramneas (relao C/N de50 ou mais, podendo atingir 100 em palha de cana-de-acar), faz com que osmicrorganismos recorram ao N inorgnico disponvel no solo para sustentar ocrescimento da populao, promovido pela abundncia de C orgnico lbil, ou, em ltimaanlise, de energia. Com isso, a imobilizao do N do solo predomina. Nesta fase, asplantas apresentaro deficincia de N, visto que os microrganismos, numerosos e maisbem distribudos no solo, competem com vantagens pelo N disponvel.

medida que o substrato metabolizado, o C orgnico oxidado e liberado naforma de CO2 no processo respiratrio para gerar energia. Com isso, a relao C/N

FERTILIDADE DO SOLO


gradualmente se estreita at que os microrganismos no mais precisem recorrer ao Ninorgnico do solo (C/N de 20 a 30). Com a continuao do consumo de substrato, arelao C/N abaixa ainda mais e passa a faltar energia para manter a populao demicrorganismos, ou seja, sobra N no sistema. Nessa fase, ocorrerem a mineralizaolquida e a liberao de N inorgnico no solo. A atividade dos microrganismos e avelocidade de degradao do substrato decrescem, medida que a relao C/N seaproxima de 10 a 12, tpica da matria orgnica estvel do solo.

A magnitude e a durao da imobilizao microbiana do N do solo acarretamconseqncias agronmicas importantes pois afetam a disponibilidade de N para asculturas, com implicaes no modo, poca e dose de fertilizante a ser aplicado. Porexemplo, o sistema plantio direto pode provocar alteraes na dinmica do N ao promoverum incremento no aporte de resduos orgnicos na forma de palha, com menor contatocom o solo e ao determinar o no-revolvimento mecnico deste (veja captulo XV). Asimplicaes para o manejo sero discutidas em outra seo.

Medidas do N mineralizado a partir da frao orgnica do N do solo so de interesseagronmico, uma vez que a matria orgnica o grande reservatrio de N utilizado pelasplantas. H vrias maneiras de avaliar a capacidade do solo de fornecer N inorgnico.Alguns procedimentos envolvem mtodos de incubao de solo em condies aerbiasou anaerbias em laboratrio, que determinam ndices de mineralizao relativos(Stanford & Smith, 1972; Keeney, 1982), no necessariamente extrapolveis para permitira quantificao do N liberado por unidade de massa ou volume de solo em condies decampo. H mtodos que envolvem a incubao de solo no interior de tubos inseridosdiretamente no campo a fim de evitar os efeitos de revolvimento do solo e de variaesartificiais de temperatura e umidade (Raison et al., 1987).

O potencial do solo para fornecer N tambm pode ser estimado pela extrao de Npor culturas no adubadas, desde que se tenha uma medida do N disponvel no solo noincio do ciclo. Todos esses procedimentos avaliam a mineralizao lquida, ou seja, adiferena entre o N mineralizado e o imobilizado em determinado perodo de tempo(Norton, 2002b).

A literatura geralmente aponta que cerca de 2 a 3 % do N orgnico do solo mineralizado anualmente (Foth & Ellis, 1996). Tais nmeros, embora representem umageneralizao arriscada, permitem inferir sobre a ciclagem de N no solo. Para os solosdo quadro 2, isso significaria a liberao de 16 a 180 kg ha-1 de N inorgnico por ano. Nacompilao feita por Camargo et al. (1999), o N mineralizado em condies de laboratrioem um perodo de 12 a 32 semanas, em vrios estudos realizados no Brasil, foi em mdiade 131 mg kg-1 de N no solo, ou 5 % do N orgnico mineralizado por ano. Porm, osdados de mineralizao lquida no do idia da dinmica das reaes de mineralizao-imobilizao que acontecem continuamente nos solos.

Tcnicas desenvolvidas para a avaliao da mineralizao bruta do N do solo queexcluiu a imobilizao do N liberado tm permitido melhor avaliao das taxas detransformao de N que ocorrem no solo. Barraclough (1995) e Barraclough & Puri(1995) utilizaram a marcao do pool de N inorgnico do solo com diminutasquantidades de fertilizante altamente enriquecido com o istopo 15N para medir o NH4+

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 385

mineralizado em um intervalo de tempo curto o suficiente para minimizar a nitrificaoou a imobilizao do N mineralizado. Essa tcnica vem sendo utilizada por vriospesquisadores e tem mostrado mineralizaes brutas de 2 a 3 mg kg-1 dia-1 de N (Addiscott,2004).

Resultados semelhantes foram obtidos no Brasil por Gava (2003), bem como emvrios trabalhos da literatura internacional reunidos por Norton (2000b). Tomando porbase os resultados mdios citados por Addiscott (2004), a mineralizao bruta de N emdiversos solos corresponde, aproximadamente, a 5 kg ha-1 dia-1 de N. Extrapolando essenmero para um perodo de 200 dias por ano, nos quais h condies de umidade etemperatura suficientemente elevadas para sustentar processos microbianos intensosno solo, o valor da mineralizao bruta atinge cerca de 1.000 kg ha-1 ano-1. Valoresigualmente altos tm sido relatados para a nitrificao bruta (Norton, 2000a). Embora osresultados de mineralizao ou de nitrificao bruta devam ser vistos com cuidado emvirtude das restries metodolgicas, os altos valores mostrados nesses estudos indicamque as taxas de transformao e ciclagem do N nos processos de mineralizao-imobilizao so bastante elevadas, sendo os substratos e produtos continuamentereprocessados pelos microrganismos do solo (Norton, 2000b).

A magnitude dos valores de N que ciclam continuamente no solo tambm ajuda acompreender o fato de plantas geralmente absorverem mais N do solo do que oproveniente de fertilizantes, mesmo em culturas intensamente adubadas. Sistemasagrcolas que promovem o aporte e a reciclagem de resduos orgnicos no solo, taiscomo o plantio direto, reas com adubo verde, etc., intensificam a atividademicrobiana e a intermediao dos microrganismos do solo no processo de fornecimentode N s plantas.

A mineralizao do N orgnico do solo estimulada pela adio de material orgnicofresco, rico em energia, ou de fertilizantes nitrogenados. Esse efeito conhecido comopriming ou efeito do N adicionado. O aporte de energia ou nutriente estimula a floramicrobiana a atacar a MOS de modo que o N mineral produzido exceda aquele que serialiberado sem a adio desses insumos. O efeito prtico que adubaes qumicas ouorgnicas podem aumentar a disponibilidade de N do solo proveniente da mineralizaoda matria orgnica. As alteraes na mineralizao resultantes do efeito primingso, geralmente, pequenas em comparao atividade biolgica normal do solo, incluindoo ciclo de mineralizao-imobilizao do N. Segundo Jansson & Persson (1982), o efeitodo N adicionado tem sido supervalorizado na literatura cientfica e, em muitos casos,confundido com outros processos normais do solo. Por exemplo, a adio de N podeestimular o crescimento do sistema radicular: a absoro extra de N do solo, nesse caso,no se deve ao aumento da mineralizao do N orgnico, mas, sim, da explorao de umvolume maior de solo. O efeito priming medido em experimentos em que se adicionafertilizante com N marcado (15N) pode tambm ser superdimensionado em funo dassubstituies isotpicas entre o 15N do fertilizante e o N do solo.

O sentido predominante das reaes de imobilizao e mineralizao determina,em longo prazo, o acmulo ou a reduo do estoque de N orgnico no solo, o qual estestreitamente relacionado com o estoque de C orgnico.

FERTILIDADE DO SOLO


O estoque de N orgnico do solo relativamente estvel em curto prazo graas estabilidade da maior parte dos compostos orgnicos do solo. Sistemas naturais, comoflorestas, campos nativos, Cerrados, etc., apresentam certo equilbrio entre entradas esadas de N e de C nos processos internos de ciclagem. Variaes importantes, porm,podem ser observadas a mdio e longo prazo quando esses sistemas em equilbrio soconvertidos em agricultura. Geralmente, o revolvimento do solo e as extraes e perdasde nutrientes inerentes aos sistemas agrcolas implicam queda do estoque de N orgnicoao longo do tempo, at que novo equilbrio seja atingido (Figura 2). Parte do Nmineralizado aproveitado pelas plantas, razo das baixas respostas adubaonitrogenada nos primeiros anos de cultivo em solos recm-abertos para a agricultura.

Estudos clssicos realizados em ensaios de longa durao, iniciados, em 1876, naUniversidade de Illinois, nos EUA (Odell et al., 1984), e, em 1852, em Rothamsted,Inglaterra (Stevenson, 1982), mostraram que a velocidade e o patamar do estoque de N nanova situao de equilbrio dependem do tipo de solo, clima, plantas cultivadas e doaporte de fertilizantes qumicos e orgnicos, incluindo restos de cultura. No estudo deIllinois, parcelas cultivadas continuamente com milho perderam metade (Stevenson,1982) do N orgnico gradualmente ao longo de vrias dcadas, e os solos tornaram-sepouco produtivos. Por outro lado, as parcelas com rotao de cultura, incluindoleguminosas, calagem e adubao, aproximaram-se de novo equilbrio com um estoquede N orgnico muito superior ao do sistema com milho contnuo e posteriormentemantiveram a fertilidade (Odell et al., 1984).

Figura 2. Esquema representativo da diminuio no estoque de N orgnico do solo (ou do teorde N ou de matria orgnica) com o tempo, aps uma rea com vegetao natural serconvertida em agricultura. A escala de tempo expressa em dcadas. Local A: solo resistente degradao ou cultivo em condies que manejo que no aceleram a degradao (calagem,adubaes adequadas, rotao de culturas, etc.); Local B: solo pouco resistente degradao,altas temperaturas, manejo pouco adequado. Manejo conservacionista: sistema plantiodireto e, ou, adubaes verdes ou orgnicas, rotao de culturas, calagem e adubaoadequadas, etc. O manejo conservacionista (Local B) pode no ser suficiente para revertera queda do estoque de N, mas apenas reduzir a taxa de decrscimo.

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 387

Nas condies tropicais, com solos intemperizados e altas temperaturas durantetodo o ano, as taxas de mineralizao e de queda do estoque de N podem ser muitomaiores do que as observadas em solos de clima temperado, mas faltam estudos de longoprazo no Brasil.

Sistemas conservacionistas, tais como o plantio direto e a colheita de cana semdespalha a fogo, promovem o aporte de grandes quantidades de resduos vegetais aosolo, alm de minimizarem o revolvimento do solo, mas a estabilizao da tendncia dequeda ou, idealmente, o aumento no teor de matria orgnica e do estoque de N orgnicorequerem grandes quantidades de materiais orgnicos e de N. Alm disso, novo equilbrios atingido a mdio e longo prazo.

Para aumentar o teor de matria orgnica em 5 g dm-3 na camada de 020 cm, necessria a adio de aproximadamente 5.800 kg ha-1 de C. Assumindo um coeficientede humificao de cerca de 13 % (Lovato et al., 2004), para incorporar aquela quantidadede C matria orgnica, o aporte de C no sistema deve ser de cerca de 44.600 kg ha-1. Amatria orgnica humificada no solo tem relao C/N de aproximadamente 12:1, ouseja, alm do C, preciso garantir o aporte de N, que mais caro e limitante. A percentagemdo N adicionado que fica retida na frao orgnica do solo, segundo estimativa de Lovatoet al. (2004), em estudo realizado no Rio Grande do Sul, variou de 21 a 50 %. Assumindoum valor mdio de 36 %, a quantidade de N necessria para garantir o acrscimo de 5 gdm-3 de matria orgnica ao solo seria de 5.800 12 0,36 1.343 kg ha-1 de N.

Em outros solos ou situaes, os coeficientes podem ser diferentes dos empregadosneste exemplo, mas os nmeros obtidos indicam claramente as dificuldades para elevaro estoque de C e de N orgnico no solo. A necessidade de grandes quantidades de N parafixar o C e elevar o teor de MOS implica que a rotao de culturas deve incluir leguminosasfixadoras de N2, uma vez que a adio de N somente na forma de fertilizantes podetornar o processo economicamente invivel.

A rpida degradao da palha em sistema plantio direto no Brasil, decorrente das altastemperaturas, tem levado preferncia por gramneas como culturas de cobertura. Se,por um lado, essa opo prolonga a proteo fsica do solo, por outro, limita a adio deN ao sistema.

Em estudo no Estado do Rio Grande do Sul, Teixeira et al. (1994) observaram aumentono teor de N orgnico no solo na camada at 17,5 cm aps 10 anos de plantio direto comrotao, incluindo leguminosas ou culturas capazes de reciclar N no inverno. Resultadossemelhantes foram relatados por Lovato et al. (2004). Esses autores partiram de um solodegradado e s conseguiram elevar o estoque de N orgnico acima do valor inicial depoisde 13 anos com rotaes que incluam leguminosas (aveia + ervilhaca-milho + caupi).Para obter o mesmo resultado com rotao aveia-milho, foi necessria a aplicao de139 kg ha-1 ano-1 de N por 13 anos. O estoque de N semelhante ao do campo nativo (cercade 900 kg ha-1 de N superior ao do solo no incio do experimento) s foi atingido em plantiodireto, na rotao com leguminosas acrescido da aplicao de 139 kg ha-1 ano-1 de N.

As grandes quantidades de resduos deixadas sobre o solo em cana cultivada semdespalha a fogo (cerca de 12 a 15 t ha-1 de matria seca) no tm resultado em aumentosexpressivos, em curto prazo, no teor de C ou de N orgnico no solo. provvel que o

FERTILIDADE DO SOLO


baixo teor de N do material (relao C/N de cerca de 100:1) limite a incorporao desseselementos matria orgnica.

Estudos de Luca (2002) mostram que, aps quatro anos de manejo com cana semqueima, aumentos significativos no teor de N no solo ocorreram apenas na camada de05 cm em solo arenoso (Neossolo Quartzarnico); o teor de N no foi alterado no LatossoloVermelho e no Argissolo; aps 12 anos de cana sem queima em Latosssolo Vermelho,acrscimos significativos nos estoques de N e de C ocorreram apenas nas camadas de05 e de 010 cm, respectivamente.

O mais antigo ensaio planejado para comparar os efeitos de cana queimada com osda cana sem queima realizado desde 1939 na frica do Sul (Graham et al., 2000).Medies feitas aps 59 anos mostraram que as alteraes significativas nos teores de Ce de N totais no solo ocorrem apenas na camada superficial de 010 cm (Graham et al.,1999, 2000), indicando a dificuldade de se aumentar o teor de matria orgnica no solo.De fato, mesmo com o aporte de grandes quantidades anuais de palha, o teor de matriaorgnica da rea de cana decresceu em relao ao pasto nativo, tomado como referncia(Graham et al., 2000). Apesar das alteraes relativamente pequenas nos teores totais deC e de N abaixo de 10 cm de profundidade no solo das reas com cana sem queima,outros atributos do solo indicadores da melhoria da qualidade foram positivamenteafetados pela manuteno da palhada: aumento da biomassa microbiana e respiraobasal (Graham et al., 1999, 2002a), aumentos nos teores de C e de N facilmentemineralizveis (Graham et al., 2002b).

Nitrificao

A nitrificao uma seqncia do processo de mineralizao. A nitrificao, ouoxidao do N amoniacal a nitrato, realizada no solo por bactrias quimioautotrficasque obtm energia no processo e que podem sintetizar todos os seus constituintes celularesa partir do CO2. Organismos heterotrficos tambm podem converter formas reduzidasde N em NO2

- ou em NO3-, porm, pouco provvel que desempenhem papel relevante

para a nitrificao em ambientes naturais (Schmidt, 1982).

Geralmente, o N amoniacal no solo rapidamente absorvido por microrganismos eincorporado biomassa microbiana se houver C disponvel. No entanto, mais comumque haja, em solos, limitao de C e de energia; nessas condies, o NH4+ consumidopelos nitrificadores e rapidamente oxidado a NO2

- e, posteriormente, a NO3-, de modo

que o N-ntrico predomina nos solos em condies aerbias. O N-ntrico tambm passvel de reduo assimilatria e, desse modo, pode ser imobilizado pormicrorganismos e retornar forma orgnica, no ciclo de mineralizao-imobilizao.

A nitrificao ocorre em duas etapas. Na primeira, o NH4+ convertido em NO2-:

Embora existam vrios grupos de bactrias quimiolitotrficas capazes de realizar aoxidao do NH4+ no solo (Norton, 2000a), as bactrias do gnero Nitrosomonas so

-6eNH4

+ + 1,5 O2 NO2- + H2O + 2H

+ (F = -65 kcal)

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 389

consideradas as mais importantes para o processo. Porm, pesquisas recentes, utilizandotcnicas de biologia molecular, evidenciam que bactrias do tipo Nitrospira so maisnumerosas em solos agrcolas (Addiscott, 2004), embora as Nitrosomonas sejam maisativas (Firestone, 1982). Os principais nitrificadores quimiolitrotrficos so listados notexto de Norton (2000a).

Na segunda etapa, o NO2- oxidado a NO3

- por bactrias do gnero Nitrobacter:

A reao de nitrificao envolve a transferncia de oito eletrons e a valncia do Npassa de -3 (NH4+) para +5 (NO3

-). Para cada mol de NH4+ oxidado, h a liberao de doismoles de H+. Essa reao representa importante contribuio para a acidificao desolos agrcolas, especialmente aqueles adubados com fertilizantes nitrogenadosamoniacais.

O baixo ganho energtico da oxidao do NO2- a NO3

- (17,8 kcal mol-1), comparadocom 65 kcal mol-1 para a oxidao do NH4+ a NO2

-, mostra que as bactrias do gneroNitrobacter tm de processar maior quantidade de substrato para sobreviver. Isso explica,em parte, o fato de a velocidade de oxidao do NO2

- ser maior do que a do NH4+. Dessemodo, o NO2

-, que txico para a maioria dos organismos do solo, raramente se acumulaem solos agrcolas. Porm, em condies que favorecem a presena de NH3 livre (pHelevado, baixa CTC, solos com adubao localizada com uria, aquamnia ou amniaanidra), pode haver acmulo de NO2

- pois as Nitrobacter so sensveis a NH3 (Firestone,1982). Clark et al. (1960) observaram a presena de nitrito em 14 de 41 solos tratados com400 mg kg-1 de N-uria e, em sete desses solos, o teor de N-NO2

- excedeu 100 mg kg-1. Poroutro lado, Pang et al. (1975) no detectaram nitrito em colunas de solo que receberam oequivalente a 100 kg ha-1 de N-uria, mas notaram acmulo acentuado de NO2- quandoas doses de uria aplicada se elevaram para 200 e 800 kg ha-1 de N. Sintomas defitotoxidez em plntulas de milho foram atribudos ao acmulo de NO2

- em solo adubadocom uria (Court et al., 1964). No entanto, situaes que favorecem a formao epersistncia de NO2

- no so muito comuns, especialmente em solos cidos e adubadoscom quantidades moderadas de N.

Durante a oxidao de NH4+ a NO2-, pode haver pequena produo de xido nitroso

(N2O) por dismutao qumica do nitroxil (NOH) ou por ao da redutase de nitrito(Schimdt, 1982; Bremner, 1997)

O N2O normalmente produzido no solo em condies anaerbias no processo dedesnitrificao; porm, nesse caso, sua formao pode ocorrer tambm em condiesaerbias, durante a nitrificao. A importncia desse processo como mecanismo deperda de N do solo por volatilizao ainda no est bem estabelecida, mas parece ser oprincipal meio pelo qual N2O produzido em solos aerbios adubados com fertilizantesamoniacais (Bremner, 1997).

NH4+ NH2OH [NOH] NO2

-

N2O

-2e NO2

- + 0,5 O2 NO3- (F = -17,8 kcal)

FERTILIDADE DO SOLO


A taxa de nitrificao afetada pela disponibilidade de N-amoniacal, de O2, pelaacidez e temperatura do solo. A nitrificao acontece em condies de solo, temperaturae umidade bastante mais variadas do que as previstas com base na biogeoqumica doprocesso e na fisiologia dos microrganismos envolvidos (Schmidt, 1982). possvel quea adaptao dos nitrificadores a diferentes ambientes e a ocorrncia de microrregiescom condies favorveis nitrificao sejam responsveis pelo processo em situaesteoricamente limitantes.

A nitrificao praticamente no ocorre em temperaturas abaixo de 4 C e maximizada entre 25 e 40 C, dependendo da regio e tipo de solo onde o estudo foirealizado (Schmidt, 1982). A nitrificao volta a cair com temperaturas mais elevadas(Keeney & Bremner, 1967), porm, nos solos tropicais da Austrlia, Myers (1975)encontrou produo de NO3

- at 60 C.

O fornecimento de CO2 no limitante para a atividade dos microrganismosnitrificadores, mas o suprimento de O2 . A nitrificao consome O2 e, portanto, ocorreapenas em condies aerbias. Em solos inundados ou em anaerobiose, o NH4+ oproduto final da mineralizao. H vrias situaes em que pode haver restries nadisponibilidade de O2 na soluo do solo, tais como: (a) a alta umidade dos solos, quereduz o espao poroso ocupado pelo ar; (b) alta temperatura, que diminui a solubilidadedo O2 na soluo do solo e provoca o aumento na demanda desse gs por parte dosmicrorganismos heterotrficos; e (c) disponibilidade de C oxidvel, que promove aatividade microbiana, gerando maior consumo de O2 (Schmidt, 1982). Essas restriespodem estar presentes em algumas pocas em solos tropicais manejados com altasquantidades de resduos, tais como nos sistemas plantio direto ou cana colhida semdespalha a fogo, etc. Condies limitantes para a nitrificao em bolses de solo mediantea falta de O2 podem resultar em acmulo localizado de NH4+, mas as conseqncias paraa disponibilidade de N para as plantas seriam pouco relevantes.

Alm do efeito sobre a disponibilidade de O2, a umidade tem efeito direto sobre aatividade de microrganismos. A taxa mxima de nitrificao geralmente ocorre quandoo solo apresenta umidade equivalente a 50 a 70 % da capacidade de reteno de gua,quando h gua suficiente para promover o desenvolvimento dos nitrificadores e, aomesmo tempo, espao poroso suficiente para a difuso de O2.

O pH do solo tambm afeta a nitrificao. Vrios autores tm observado aumentoslineares na taxa de nitrificao com o aumento do pH de 4,7 a 6,5 (Dancer et al., 1973) oude 4,9 a 7,2 (Gilmour, 1984). Um limite arbitrrio de pH 4 tem sido sugerido, abaixo doqual a nitrificao inibida (Schmidt, 1982).

O efeito da acidez sobre a nitrificao complexo. Weir & Gilliam (1986) relataramque houve apenas pequena influncia na nitrificao com o aumento do pH acima de 5nos vrios solos includos no estudo. Hayatsu & Kosuge (1993), utilizando amostras desolo do Cerrado brasileiro, observaram que a adio de calcrio estimulou a nitrificaoem solos adubados com uria, mas no naqueles que no receberam N, evidenciando queem solos com suprimento limitado de N a atividade de nitrificao no responde apenasao pH. Em outro estudo com solos brasileiros (BA e MG), Silva & Vale (2000) notaramque, de modo geral, a taxa de nitrificao aumentou com o aumento do pH e do teor de

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 391

matria orgnica (MO). Esta relao, no entanto, variou com o tipo de solo. Por exemplo,em um Latossolo Vermelho (56 g kg-1 de MO e 470 g kg-1 de argila) com pH 4,9, a produode nitrato foi superior observada em dois outros Latossolos com teores variveis de MO(7 e 40 g kg-1) e de argila (220 e 440 g kg-1), respectivamente, ambos corrigidos com calcriopara 70 % da saturao por bases. No LV com 7 g kg-1 de MO, a produo de nitrato foiinsignificante, mesmo quando a acidez foi corrigida e 200 mg kg-1 de N adicionados(Silva & Vale, 2000). provvel que diferenas na populao de nitrificadores nosvrios solos sejam to determinantes quanto o efeito dos atributos qumicos ou fsicosdos solos. Alm disso, parece haver algum grau de adaptao das bactrias a soloscidos, alm do que pode haver microrregies com condies de pH favorveis nitrificao mesmo em solos cidos (Schmidt, 1982).

A nitrificao tambm pode diminuir em solos cultivados com algumas gramneasforrageiras. Moore & Waid (1971), citados por Schmidt (1982), relataram decrscimo nanitrificao em solos tratados com extratos de razes de azevm. Extratos de gramneasforrageiras e de outras espcies, incluindo exsudatos concentrados de razes de milho etremoo, bem como taninos extrados de algumas espcies florestais, exibiram capacidadede inibir temporariamente a nitrificao (Gasser, 1970). Suspeita-se que o mesmo efeitopossa ser causado por braquirias, mas o assunto ainda merece ser investigado. Carmoet al. (2005) observaram que os teores de N-NH4+ eram superiores aos de N-NO3

- empastagens de braquiria na Amaznia, mas no em solos de floresta. A predominnciade N-NH4+ em solos sob pastagem ocorreu em vrios estudos realizados na regio erelatados por Carmo et al. (2005), que notaram ainda que o potencial de nitrificao dossolos de pastagem eram inferiores aos dos solos de floresta.

Desnitrificao

A desnitrificao definida como um processo respiratrio, que acontece na ausnciade O2, no qual xidos de N servem como receptores finais de eltrons. Essa definiosubstitui a tradicional, que considerava a desnitrificao como a reduo microbiana deNO3

- ou NO2- a formas gasosas de N, pois h vrios tipos de metabolismo microbiano

que resultam na produo de N2O ou N2, inclusive a nitrificao, que ocorre em condiesaerbias (Firestone, 1982; Bremner, 1997), j mencionada neste texto.

Existem vrios mecanismos de reduo de nitrato no solo, incluindo: (a) a reduoassimilatria, pela qual os microrganismos do solo incorporam o N s suas clulas (umadas formas de imobilizao de N); (b) quimodesnitrificao, que produz NO e N2 emcondies de elevada acidez e no depende de anaerobiose; (c) reduo dissimilatriapara NH4+, que depende de condies altamente redutoras e alta disponibilidade de Coxidvel, e pouco importante na maioria dos solos agrcolas (ocorre em rmen debovinos, digestores ativados de biosslidos, etc.); (d) desnitrificao respiratria oudesnitrificao. Detalhes dos vrios mecanismos de reduo de NO3

- podem ser obtidosnas publicaes de Firestone (1982) e de Moreira & Siqueira (2002).

A desnitrificao o principal processo biolgico pelo qual o N reativo retorna atmosfera na forma de N2. Do ponto de vista agrcola, a desnitrificao representa perda

FERTILIDADE DO SOLO


de um nutriente importante, mas esse processo parte crucial do ciclo global do N,especialmente porque representa uma das maneiras de despoluir sistemas com excessode NO3

- (Robertson, 2000).

A desnitrificao realizada por grande nmero de espcies de bactrias anaerbiasfacultativas, as quais, na ausncia de O2, utilizam o NO3- como receptor de eltrons. Hmais de 125 espcies de bactrias capazes de realizar a desnitrificao, incluindofototrficas, litotrficas e organotrficas, que utilizam luz, compostos inorgnicos e Corgnico como substrato, respectivamente; o grupo mais importante o das organotrficas(Bremner, 1997; Robertson, 2000).

2NO3- + 5H2 + 2H+ N2 + 6H2O

A desnitrificao consome prtons e alcaliniza o solo, revertendo parte da acidezproduzida durante a nitrificao.

O processo acontece em quatro etapas, com redues sucessivas do N. Os principaisgases resultantes so o N2O e o N2, cujas propores so variveis de acordo com ascondies do meio.

A desnitrificao ocorre em ampla gama de condies graas variedade deorganismos que podem realizar o processo. De modo geral, o pH timo para adesnitrificao varia de 6 a 8; em condies muito cidas (pH < 4), esta pode cessar. Atemperatura mnima para a ocorrncia da desnitrificao 5 C e a mxima em que foirelatada foi 75 C, sendo a tima em torno de 30 C (Firestone, 1982).

As bactrias desnitrificadoras so abundantes na natureza e a atividade dedesnitrificao persistente no solo, de modo que, quando um solo com NO3- torna-seanaerbio, o fator mais limitante para a ocorrncia da desnitrificao a disponibilidadede C oxidvel (Bremner, 1997).

As enzimas que realizam a reduo do N so ativas somente na ausncia de O2.Assim, a desnitrificao ocorre em condies anaerbias, a saber: solos inundados ebolses de solo saturados com gua (Figura 3). No entanto, sabe-se que ocorrem perdasde N nas formas de N2 e N2O em solos em condies aerbias, visto que mesmo nessessolos h stios anaerbios. A taxa de difuso do O2 no ar cerca de 10.000 vezes superior que acontece na gua. Portanto, a difuso de O2 em poros do solo ocupados com gua lenta. Sextone et al. (1985) mostraram que o interior de agregados de solo pode apresentarcondies de anaerobiose, enquanto a superfcie desses tem alta concentrao de O2.Esses autores observaram que a atmosfera na superfcie de um agregado com 12 mm dedimetro continha 21 % de O2 e que a concentrao diminua gradualmente at atingir0 % de O2 no interior do agregado. Portanto, em um solo no saturado, medida queaumenta o volume de poros ocupado com gua, aumentam os stios anaerbios.

(+5) (+3) (+2) (+1) (0)

NO3- NO2

- [NO] N2O N22e- e- e- e-

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 393

Em solos no saturados, a disponibilidade de C freqentemente limita adesnitrificao (Robertson, 2000). Sistemas conservacionistas, que preservam palha ourestos vegetais na superfcie dos solos, geralmente tm maiores perdas de N pordesnitrificao por manter o solo mido por mais tempo e por fornecer C, como o casode reas de cana-de-acar colhidas sem despalha a fogo (Weir et al., 1998; Dobbie et al.,1999). Por exemplo, Weir et al. (1998) relataram maiores perdas de N2 (21 %) e de N2O(47 %) em reas de cana-de-acar com palha do que naquelas onde a palha da superfciefoi queimada. A disponibilidade de C oxidvel pode contribuir para o aumento doconsumo de O2 por microrganismos do solo e acelerar o aparecimento de zonas anaerbias.O mesmo efeito pode ocorrer com a presena de razes que consomem O2 ao mesmo tempoem que liberam exsudatos que favorecem o desenvolvimento da flora heterotrfica.

Os dois principais produtos da desnitrificao so o N2O e o N2. H dvidas se oxido ntrico (NO) um intermedirio obrigatrio da oxidao do NO3

- e do NO2- ou um

subproduto, mas as evidncias so de que o NO no produzido em quantidades

Figura 3. Em solos em condies aerbias, a desnitrificao ocorre em stios anaerbios nointerior dos agregados do solo. A difuso do O2 na gua que preenche os poros ou envolveos grnulos de solo, 10.000 vezes menor do que no ar. Condies de anaerobiose nointerior dos agregados de solo so favorecidas pela lenta difuso do O2 e pelo consumo deO2 pela respirao dos microrganismos e das razes das plantas. Quanto maior o tamanhodo agregado, maior a chance de haver stios anaerbios em seu interior.

Fonte: Redesenhado com base em Addiscott (2004).

FERTILIDADE DO SOLO


significativas na desnitrificao. Como o N2O um gs importante para o efeito estufa eum intermedirio nas reaes que resultam na destruio do oznio na estratosfera, hinteresse em conhecer a quantidade emitida do solo durante a desnitrificao e ascondies que a favorecem (Grofman, 2000). Altas concentraes de NO3

- inibem quaseque totalmente a reduo do N2O para N2 e este efeito intensificado pela acidez. Assim,o aumento da relao N2O/N2 favorecido pelo aumento na disponibilidade de NO3

- epela acidificao do solo (Firestone, 1982; Bremner, 1997). Por outro lado, adisponibilidade de C reduz a relao N2O/N2 (Firestone, 1982). De modo geral, aproduo de N2, o mais reduzido dos gases gerados na desnitrificao, favorecidaquando h abundncia de substrato (C oxidvel) e limitao de receptor de eltrons. Namaioria das situaes, as quantidades de N2 emitidas durante a desnitrificao so muitosuperiores s de N2O.

O N2O estvel na atmosfera, mas instvel no solo, onde reduzido a N2 naseqncia de reaes de desnitrificao. Portanto, solos inundados ou encharcados,alm de fonte, funcionam tambm como dreno de N2O, que altamente solvel em gua(Grofman, 2000), mas pouco provvel que solos aerbios possam retirar e reduzirquantidades apreciveis de N2O da atmosfera (Freney, 1997).

As perdas de N-fertilizante por desnitrificao nos sistemas agrcolas soextremamente variveis e suas quantificaes pouco precisas e exatas. De modo geral,estima-se que variem de 5 a 30 % do N aplicado como fertilizante. A maior parte dasinferncias provm de ensaios em que so realizados os balanos do N aplicado e ocontabilizado, no final do ciclo da cultura, nos solos e nas plantas. A diferena, queinclui boa parte do erro experimental, atribuda a perdas gasosas, especialmente pordesnitrificao, mas tambm por volatilizao de NH3. Resultados de inmeros ensaiosde campo utilizando 15N como traador apontam para um dficit de 15 a 30 % ou mais doN aplicado (Firestone, 1982; Haysom et al., 1990; Coelho et al., 1991; Chapman et al.,1994; Trivelin et al., 2002a; Vitti et al., 2005; Fenilli, 2006), do qual parte substancial atribuda a perdas por desnitrificao, incluindo a que ocorre em stios anaerbios emsolos bem drenados.

Determinaes diretas das perdas de N2 e de N2O so complexas; exigemconfinamento do solo sob cmaras e envolvem a medio de pequenas quantidades deN2 volatilizado em atmosfera que naturalmente contm 78 % desse gs em sua composio.Os valores medidos em ensaios envolvendo a avaliao direta da desnitrificao podemser bastante variveis, mas, geralmente, apontam para nmeros menores do que osobtidos por diferena nos estudos onde feito o balano de N nos sistemas. Rozas et al.(2001) contabilizaram perdas de 5,5 e 2,6 % do N aplicado como uria (doses de 70 e210 kg ha-1 de N, respectivamente) em milho em sistema plantio direto. As perdas pordesnitrificao medidas por Weier et al. (1998) foram de 9,2 e 2,8 kg ha-1, nas formas deN2 e N2O, em cana-de-acar cultivada em solo coberto com palhada e fertilizada com160 kg ha-1 de N. Dados compilados por Freney (1997) indicam que as emisses naforma de N2O em solos adubados com fertilizantes nitrogenados so bastante variadas,de 0,001 a 6,8 % do N aplicado, com uma mdia de 1,25 %, estimada em grande nmerode experimentos de longa durao.

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 395

Bremner (1997) reuniu evidncias de que perdas de N2O em solos aerbios adubadoscom fontes de N-amoniacal, incluindo a uria, so provenientes, em parte, do processode nitrificao, durante a oxidao de NH4+ a NO2

-, e no da desnitrificao, pois aproduo de N2O fortemente inibida em solos tratados com inibidores de nitrificao eadubos amoniacais em condies aerbias.

As perdas por desnitrificao que ocorrem em solos inundados so discutidas naseo relativa a perdas de N.

FIXAO BIOLGICA DO N2

Nesta seo so discutidos apenas aspectos da fixao biolgica de N2 (FBN)relacionados com a qumica e fertilidade do solo. Reviso completa e detalhada sobrequestes microbiolgicas pode ser consultada em Moreira & Siqueira (2002).

A fixao biolgica de N2 (FBN) um processo essencial para transformar o N2, umamolcula estvel e abundante na atmosfera, que no pode ser utilizada pela maioria dosmicrorganismos e pelas plantas, na forma inorgnica combinada NH3, e, a partir da, emformas reativas orgnicas e inorgnicas vitais em sistemas biolgicos. A reao dereduo do N2 a NH3 realizada por microrganismos que contm a enzima nitrogenasee so conhecidos como fixadores de N2 ou diazotrficos.

A FBN desempenha papel importante no aporte de N nos sistemas agrcolas. Estima-se que, no mundo, a FBN em reas cultivadas contribua com 32 Tg ano-1 de N, quecorresponde a 30 % do N produzido na forma de fertilizantes. Porm, no Brasil, a FBN deorigem antropognica tem um peso relativo maior e de cerca de 7,3 Tg ano-1, quase trsvezes a quantidade de N fertilizante de origem industrial (2,5 Tg ano-1) (Quadro 1). S aFBN da cultura da soja representa cerca de 3,2 Tg ano-1 de N (Filoso et al., 2006).

H grande variedade de bactrias e cianobactrias capazes de realizar a FBN emsimbiose ou associadas a plantas, fungos e diatomceas. Actinomicetos do gnero Frankiapodem estabelecer simbiose com formao de ndulos com plantas de dezenas de gneros,que no incluem espcies relevantes para a alimentao humana, mas contemplamespcies arbreas importantes para a produo de madeira, lenha e carvo. Estimativasde FBN em espcies dos gneros Casuarina e Alnus so da ordem de 40 a 300 kg ha-1 ano-1

de N (Moreira & Siqueira, 2002).

A simbiose entre cianobactrias do gnero Nostoc ou Anabaena com Azolla permite afixao, em sistemas aquticos, de grandes quantidades de N, que podem atingir mais de120 kg ha-1 em perodos de 40 ou 50 dias. A biomassa de Azolla produzida, com teor deN de 40 a 50 g kg-1, pode ser incorporada ao solo e servir de adubo verde para cultivos dearroz, uma prtica adotada em larga escala em algumas regies da sia. A Azolla podetambm ser utilizada na alimentao de peixes, aves e sunos (Moreira & Siqueira, 2002).Apesar do potencial para fornecer N em lavouras de arroz, a utilizao de Azolla naChina tem decrescido em funo da disponibilidade de fertilizantes sintticos eredistribuio da fora de trabalho (Graham, 2000).

FERTILIDADE DO SOLO


A simbiose rizbio-leguminosa o mais importante sistema simbitico entremicrorganismos e plantas graas eficincia do processo de fixao de N2, amplitudee distribuio geogrfica dos hospedeiros e ao impacto econmico para a agricultura,uma vez que permite substancial economia de fertilizantes nitrogenados. A famliaLeguminosae abrange quase 20 mil espcies, incluindo espcies arbreas importantes eherbceas usadas como forrageiras, produtoras de matrias-primas ou diretamente naalimentao humana.

A taxa de fixao de N2 varia entre espcies de bactrias, cultivares de plantas,interao rizbio-planta, fertilidade do solo, ano agrcola, etc. Estimativas de fixaolistadas por Graham (2000) indicam valores de 100 a 300 kg ha-1 ano-1 de N emleguminosas forrageiras, 80 a > 200 kg ha-1 ano-1 de N em soja e 20 a 200 kg ha-1 ano-1 emoutras espcies de leguminosas.

O caso de maior sucesso a simbiose de Bradyrhizobium com soja no Brasil. Aprincipal leguminosa comercialmente cultivada no Brasil dispensa totalmente a adubaonitrogenada, uma vez que, em condies normais de cultivo, a FBN capaz de suprir asnecessidades de N da cultura (Hungria et al., 2006). H materiais inoculantes altamenteeficientes e adaptados para as diversas regies brasileiras. A inoculao eficaz e bemaceita pelos agricultores. Por outro lado, a FBN com outras leguminosas importantes,tais como o feijo e o amendoim, no consegue, com a tecnologia atualmente disponvel,suprir totalmente a demanda por N dessas culturas, mas permite reduzir as doses de Naplicadas como fertilizantes qumicos.

Um grupo potencialmente importante de diazotrficos composto de microrganismoscapazes de formar associaes (ou simbioses associativas), por meio de colonizaoradicular e dos tecidos internos das plantas, ou seja, estabelecer associaes endofticas.Dezenas de gneros de diazotrficos so conhecidos, incluindo Azospirilum, Azotobacter,Acetobacter, Herbaspirillum, dentre outros. Embora possam estabelecer associaes comdicotiledneas, as associaes mais comuns ocorrem com monocotiledneas. Pesquisaspioneiras no assunto vm sendo feitas no Brasil h mais de trs dcadas pelo grupo depesquisadores iniciado por Dobereiner, com o desafio de tornar vivel e desenvolvermeios prticos para substituir, total ou parcialmente, a adubao mineral com N porFBN em gramneas. A capacidade de fixao de N2 da associao de vrias espcies dediazotrficos com gramneas forrageiras, cereais e cana-de-acar foi demonstrada(Boddey & Dobereiner, 1988; Urquiaga et al., 1992; Boddey et al., 2003). No Brasil, h uminteresse especial na FBN associativa com a de cana-de-acar, decorrente da extensoda rea cultivada e do gasto com fertilizantes nitrogenados.

H evidncias diretas e indiretas da ocorrncia de FBN em cana-de-acar. Nmeroconsidervel de bactrias com capacidade de fixar N2 atmosfrico associadas cana-de-acar tem sido identificado e vrios autores tm destacando a fixao biolgica de N2em cana (Sampaio et al., 1988; Urquiaga et al., 1992), com estimativas de contribuio deat 210 kg ha-1 ano-1 de N (Urquiaga et al., 1992). Recentemente, nfase tem sido dada abactrias do gnero Herbaspirillum e Glucanobacter (Boddey et al., 2003).

As evidncias indiretas (Boddey et al., 2003) vm do fato de a cana-de-acarproduzir, em cultivos contnuos no Brasil, grandes quantidades de colmos com adubaes

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 397

nitrogenadas relativamente modestas. As quantidades de N exportadas pelos colmosso semelhantes ou at menores do que as doses de N aplicadas ao longo do ciclo, semcontar que h perdas de N no sistema. Mesmo assim, solos cultivados com essa culturadurante dcadas dificilmente mostram sinais de degradao qumica.

O assunto desperta controvrsia, pois no h evidncias, em condies de campo,de que a fixao biolgica de N2 possa garantir o suprimento de N para culturas demdia ou alta produtividade. Estudos realizados na frica do Sul e na Austrliaevidenciam que a fixao biolgica de N2 no uma fonte significativa deste nutrientepara a cana-de-acar (Biggs et al., 2002; Hoefsloot et al., 2005), embora bactrias fixadorasde N2 tenham sido isoladas no campo (Biggs et al., 2002; Hoefsloot et al., 2005).

Ainda no possvel usar inoculantes, visto que a populao de fixadores de N2 emcana-de-acar diversificada e no foi identificada, at o momento, uma espcie quepossa ser apontada como a principal responsvel pela fixao (Boddey et al., 2003).Alm disso, a capacidade de fixao de N2 revela ter grande dependncia da variedadede cana e favorecida por condies em que haja suprimento adequado de gua (Boddeyet al., 2003), o que nem sempre ocorre nas soqueiras que rebrotam durante o perodo maisseco do ano. Assim, a contabilizao do N proveniente da fixao biolgica em programasde adubao uma questo aberta.

O mesmo desafio apresenta-se para outras espcies de gramneas forrageiras oualimentcias, como o milho e o trigo. Os resultados de pesquisa nem sempre so positivos.Cerca de 60 a 70 % dos trabalhos publicados relatam aumentos de produo em resposta inoculao, geralmente da ordem de 5 a 30 %. Porm, no certo se a expectativa noest superestimada, considerando a tendncia de no se publicar resultados negativos(Moreira & Siqueira, 2002).

As bactrias diazotrficas apresentam tambm efeitos estimuladores do crescimentode plantas sem que ocorra incremento do teor de N (Boddey & Dobereiner, 1988). Estacaracterstica vem sendo explorada como outra possibilidade de utilizao da inoculaocom bactrias diazotrficas associativas em gramneas. Aumentos na produo em tornode 20 % em resposta inoculao seriam significativos para a adoo da tcnica, desdeque consistentes, de acordo com Bashand & Levanony (1990), citados por Sala (2006).Essa pesquisadora obteve resultados promissores em vrios experimentos de campo coma inoculao de Achromobacter insolitus e Zoogloea ramigera em plantas de trigo.

O NITROGNIO E O AMBIENTE

O N um nutriente de grande valor em praticamente todos os ecossistemas, maspode-se se tornar um poluente importante quando transferido de um ecossistema paraoutro (Groffman, 2000). O transporte de N nas formas amoniacais e como compostosorgnicos dissolvidos ocorre primordialmente na superfcie do solo, por meio de erosolaminar; os xidos ntrico (NO) e nitroso (N2O), por meio da atmosfera, e o NO3

-, por meiodas guas superficiais e lixiviao (Groffman, 2000).

FERTILIDADE DO SOLO


Processos biolgicos podem originar boa parte do NH3 e de xidos de N (NOx) naatmosfera. Trs espcies de NOx so importantes constituintes da atmosfera: N2O, NO eNO2 (Tabatabai et al., 1981). Desses, o N2O o mais abundante.

O N2O apresenta dupla ameaa ambiental. Ele o quarto mais importante gs doefeito estufa, depois do vapor de gua, CO2 e metano (CH4), e est envolvido na destruioda camada de oznio (Addiscott, 2004). O N2O constitui pequena percentagem dosgases na atmosfera e estratosfera, porm apresenta potencial de aquecimento globalequivalente a 296 vezes, em base molecular, ao do CO2, e representa 6 % do efeito estufade origem antropognica (Lagreid et al., 1999; IFA, 2001).

O N2O bastante estvel no ar e sua destruio ocorre somente na estratosfera pelaao dos raios ultravioletas. Porm, nesse processo, parte do N2O decomposto participade reaes que provocam a destruio de oznio (Addiscott, 2004):

O3 + hv O2 + O*N2O + O* 2NO

NO + O3 NO2 + O2em que hv representa a radiao ultravioleta e O* o singlete de O (oxignio com o eltrondesemparelhado).

O NO produzido no solo ou por atividades antrpicas pouco relevante nas reaescom o oznio, pois no chega estratosfera, uma vez que reage prontamente com osradicais livres abundantes na troposfera. O NO, relativamente instvel, convertido naatmosfera a NO2, que, por sua vez, reage com vapor de gua e forma HNO3 (Granli &Bockman, 1994); o tempo de residncia na atmosfera do NO e do NO2 de poucos dias,comparado com o perodo de 70 a 120 anos do N2O (Tabatabai et al., 1981; Griffith, 2005).Assim, o N2O tem papel relevante na destruio da camada de oznio, visto que consegueatingir a estratosfera, onde produzir o NO que reagir com o O3 (Addiscott, 2004).Estima-se que a contribuio da agricultura como fonte global de N2O seja da ordem de35 % (IFA, 2001).

As espcies NOx so componentes importantes das chuvas cidas, mas, neste caso,a maior contribuio para a gerao desses gases de atividades industriais ou de motoresa combusto.

O NO3- apresenta grande mobilidade no solo, podendo chegar s guas superficiais

e ao lenol fretico, com potencial de se tornar um contaminante do ambiente. AOrganizao Mundial de Sade (WHO, 1993) recomenda que a gua potvel no tenhamais do que 50 mg L-1 de NO3

- (ou 10 mg L-1 de N-NO3-) e este limite tem sido adotado por

muitos pases, que tm estabelecido legislao para controlar a concentrao de NO3-

nas guas superficiais (Addiscott, 2004; Howarth & Marino, 2006; Howarth et al., 2006),implicando que os agricultores devem adequar suas prticas de manejo de fertilizantesnitrogenados para atender a esse padro (Groffman, 2000; Wortmann, 2006). Em regiescom intenso uso de N e lenol fretico alto, as medidas de controle de NO3

- na gua tmprovocado mudanas de manejo, tais como o controle de adubaes nitrogenadas e orenovado interesse por mtodos de anlise de solo para prever a disponibilidade de N(Mulvaney et al., 2001; Martens et al., 2006; Wortmann, 2006).

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 399

O limite de 50 mg L-1 de NO3- nas guas para consumo humano atribudo a

pesquisas realizadas em meados do sculo XX, relacionando metaemoglobinemia emcrianas presena de NO3

- na gua ou na dieta. Posteriormente, passou-se a suspeitarque a presena de altas concentraes de NO3

- na dieta humana pudesse estar ligada ocorrncia de cncer de estmago, em virtude da produo de NO2

- a partir da reduode NO3

- no trato digestivo. As medidas para evitar o acmulo de altas concentraes deNO3

- na gua, implementadas nos EUA e na Comunidade Europia, tm tido um altocusto e tm sido questionadas. Addiscott (2004) revisou o assunto e argumenta, combase na literatura, que as evidncias da relao entre NO3

- e a metaemoglobinemia ou aocncer do estmago so parcas e inconsistentes. Ao contrrio, Addiscott (2004), umcientista que trabalhou por mais de trs dcadas em Rothamsted, Inglaterra, lista estudosrecentes mostrando que o NO3

- pode ter efeito benfico para a sade humana por seupapel no controle de gastroenterites bacterianas e concluiu que os atuais limites presenade NO3

- na gua so desnecessrios e podem ser contraprodutivos. Esse um assuntobastante controvertido.

Se a ligao entre o NO3- e danos sade humana pode estar sendo revista com base

em novas pesquisas, o problema do efeito do NO3- sobre a eutroficao de guas

superficiais permanece em evidncia, especialmente em pases do hemisfrio norte.Geralmente, o P o elemento mais limitante nas guas para promover o aumento daatividade biolgica em guas superficiais, lagos e esturios, mas o N tambm exercepapel relevante (Keeney, 1982; Howarth & Marino, 2006). A maior evidncia da relaodo N com a eutroficao vem do fato de o perodo de aumento explosivo da eutroficaoem guas costeiras coincidir com o perodo de maior aumento global na produo de Nreativo (Howarth & Marino, 2006).

A eutroficao refere-se excessiva produo primria de algas e plantas aquticascausada pela elevao do suprimento de nutrientes. A maior oferta de nutrientes podeter efeitos benficos em ambientes aquticos para o aumento da produtividade de peixese outras espcies exploradas economicamente; porm, nveis elevados de eutroficaoesto associados a efeitos prejudiciais, tais como: alterao na distribuio de espciesnos ambientes aquticos, aumento de algas txicas e decrscimo da concentrao de O2dissolvido em virtude da decomposio da matria orgncia produzida (Lagreid et al.,1999; Scavia & Bricker, 2006). Regies de hipoxia (concentrao de O2 abaixo de 2 mg L-1)tm-se formado no mar na costa americana no Golfo do Mxico, bem como em esturiosna Europa, especialmente na primavera e vero; em 2002, a rea com hipoxia no Golfo doMxico atingiu o recorde de 22.000 km2 (Scavia & Bricker, 2006). Uma comisso formadapelo governo norte-americano concluiu que a principal causa externa foi o aumento da cargade N nas guas do golfo: cerca de 74 % do NO3

- provm de fontes difusas relacionadas comatividades agrcolas, boa parte advinda de regies produtoras de gros no meio oesteamericano (Scavia & Bricker, 2006). Regulamentaes tm sido propostas nos EUA e naEuropa para limitar a carga de N e de P em guas superficiais e do subsolo (Howarth &Marino, 2006) com implicaes diretas sobre o manejo de fertilizantes pelos agricultores.

Poucos dados esto disponveis no Brasil sobre o impacto do uso excessivo de N noambiente. De modo geral, as doses de N utilizadas na agricultura comercial de largaescala (produo de gros e fruticultura) so pequenas e o lenol fretico, na maior parte

FERTILIDADE DO SOLO


das reas agrcolas, bastante profundo. O N proveniente da fixao biolgica em reascultivadas no Brasil supera muito o proveniente de fertilizantes (Filoso et al., 2006) graas grande rea ocupada com soja, que praticamente no recebe adubos nitrogenados.Alm disso, as avaliaes de lixiviao de NO3

- no tm apontado para perdassubstanciais (discutido em outra parte deste captulo), o que faz supor que a lixiviaode NO3

- no seja generalizada. Problemas localizados podem estar ocorrendo em reasprximas dos grandes centros urbanos, cultivadas com hortalias ou com culturas nasquais altas quantidades de adubos minerais e orgnicos so utilizadas.

PERDAS DE NITROGNIO DO SISTEMA SOLO-PLANTA

Lixiviao de Nitrato

O nion nitrato tem baixa interao qumica com os minerais do solo. Apredominncia de cargas negativas no solo, ou pelo menos nas camadas superficiaisnos solos tropicais, e a baixa interao qumica do NO3

- com os minerais do solo fazemcom que o NO3

- esteja sujeito lixiviao para as camadas mais profundas, podendoatingir guas superficiais ou o lenol fretico. Problemas associados ao excesso de NO3

-

no ambiente tm levado regulamentao e ao controle de prticas agrcolas nos EstadosUnidos e na Europa, com o estabelecimento de limitaes nas dosagens de adubosnitrogenados orgnicos e minerais em reas sensveis.

A lixiviao de NO3- tem estreita dependncia da quantidade de gua que percola

no perfil do solo. Estimativas da movimentao de NO3- tm sido apresentadas por

alguns autores. Wild (1972) observou que a lixiviao de NO3- atingiu a taxa de

0,5 mm mm-1 de chuva em um Alfissol bem estruturado da Nigria; para um solo arenosoda Carolina do Norte (EUA), a taxa variou de 1 a 5 mm mm-1 de chuva (Terry & McCants,1970). Valores encontrados no Brasil variaram de aproximadamente 1 mm mm-1 de chuva(Reichardt et al., 1982) a 1,5 mm mm-1 em um solo argiloso do Cerrado (Suhet et al., 1986).Esses valores do uma idia de quanto a chuva ou a irrigao podem provocar a lixiviaodo NO3

-, porm essa relao entre caminhamento do N e quantidade de chuva ou degua que passa pelo perfil do solo no to simples, porque a gua e o soluto no semovem uniformemente por causa das interaes fsicas e qumicas com o solo e, se o soloestiver seco, parte da gua ficar retira na matriz do solo. Alm disso, no leva em contao intervalo de ocorrncia da chuva pois parte da gua retorna atmosfera pelaevapotranspirao. A textura do solo tambm afeta a lixiviao, que maior em solosarenosos, que, por apresentarem menor microporosidade, tm movimentao mais rpidada gua no sentido descendente.

O NO3- no retido em solos com predominncia de cargas eletronegativas, mas

muitos solos tropicais tm horizontes subsuperficiais com cargas positivas, que podemretardar consideravelmente a lixiviao do nitrato (Raij & Camargo, 1974).

A maior parte da gua que percola no flui atravs dos agregados do solo, mas aoredor deles; a gua no interior dos agregados permanece praticamente imvel. Assim, a

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 401

gua ao redor dos agregados tem mobilidade maior do que aquela no interior dos mesmos.O NO3

-, e outros solutos se movem por difuso entre o interior dos agregados e a soluoexterna (Addiscott, 2004). A velocidade da difuso do NO3

- maior em solos arenososcom pouca agregao e menor em solos argilosos ou com agregados de maior tamanho afeta a taxa de lixiviao. Quanto menor a taxa de difuso e maior o tamanho dosagregados, menor a lixiviao. Isso, porm, ocorre quando a maior parte do NO3

- est ou produzida no interior dos agregados, como o caso do N mineralizado a partir da MOSou o N do fertilizante que esteve em contato com o solo por um tempo longo o suficientepara atingir algum equilbrio e migrar para o interior dos agregados. Nesse caso, o NO3

-

lixiviado mais lentamente. Por outro lado, o NO3- pode ser rapidamente lixiviado e

caminhar uma distncia maior do que a altura da coluna de gua da chuva, mesmo emsolo argiloso, se em alta concentrao na soluo do solo (regio adubada, por exemplo)e ocorrer uma chuva de mdia ou grande intensidade que desce rapidamente por fissurasou ao redor dos grnulos do solo de modo que impossibilite a difuso do on para seuinterior (Figura 4).

Com o secamento do solo na superfcie ou a absoro de gua pelas plantas, opotencial de gua no solo nas camadas superficiais pode tornar-se muito inferior ao dosubsolo de modo que ocorra ascenso capilar, cujo efeito o inverso da lixiviao. onspresentes na soluo podem ascender no perfil do solo. Esse fenmeno recebe poucaconsiderao, mas pode contribuir para manter o N disponvel prximo do sistemaradicular. Porm, as condies para ascenso capilar nem sempre esto presentes, visto

Figura 4. Fluxo de gua e de nitrato entre e intra-agregados. O fluxo entre agregados rpido provoca a lixiviao apenas do nitrato em soluo na gua de percolao. O equilbrioentre o nitrato na soluo que percola entre os agregados e a soluo interna dos agregadosse d por difuso e um processo lento.

Fonte: Redesenhado com base em Addiscott (2004).

FERTILIDADE DO SOLO


que, alm de manter a continuidade da coluna de gua nos poros, preciso vencer ogradiente gravitacional. A altura com que a gua se eleva por capilaridade inversamenteproporcional ao menor dimetros dos poros intercomunicantes.

No Brasil, so poucos os casos de altas perdas por lixiviao relatados na literatura.O quadro 4 apresenta um resumo de trabalhos publicados em que a lixiviao de NO3

-

foi medida, com o uso de traador 15N. De modo geral, nos experimentos listados, asquantidades de N lixiviadas foram pequenas. Aparentemente, no houve restrio degua, uma vez que as quantidades de chuva no ciclo das culturas foram suficientes paraprovocar movimentao de gua para os horizontes subsuperficiais.

As maiores quantidades de N lixiviadas aconteceram nos ensaios de Coelho et al.(1991) e de Camargo (1989) e nesses, como nos demais, a maior parte do N lixiviadoproveio da mineralizao da MOS e no do fertilizante aplicado. As doses de Nrelativamente baixas, a textura argilosa da maioria dos locais e o parcelamento daadubao nitrogenada, no qual a maior parte do N aplicada no perodo de ativa absorode N pelas plantas, ajudam a explicar as limitadas perdas de N observadas nos estudosrealizados no Brasil (Quadro 4). A imobilizao pela microbiota do solo de parte do Ntambm colabora para reduzir a lixiviao (Coelho et al., 1991).

A lixiviao do N proveniente da MOS ocorre geralmente no incio do ciclo da cultura,quando as plantas tm poucas razes para absorver o N mineralizado antes do plantio,s vezes estimulado pelo preparo mecnico do solo, pois a maior parte desses estudos feita sob sistema de cultivo convencional.

N-lixiviado

Solo Fertilizante Dose de N Cultura Ciclo PrecipitaoTotal N-fertilizante

Ref(2)

kg ha-1 dia mm ____________ kg ha-1____________

Nitossolo UR 120 Feijo 120 661 6,7 traos 1

Nitossolo SA 100 Feijo 365 1.382 15,0 1,3 2

Nitossolo SA 42 Feijo 86 423 traos traos 3

Nitossolo UR 100 Milho 150 620 32,4 11,0 4

LE UR 60 Milho 170 1.100 84,6 2,3 5

LVA SA 80 Milho 150 717 9,2 0,4 6

LE UR 100 Cana 102 667 87,0 34,0 7

LE Aquamnia 100 Cana 102 667 29,0 7,0 7

Neossolo quartzar. UR (lismetro) 90 Cana 330 2.015 4,5 traos 8

Nitossolo UR 125 Milho 128 339 1,2 traos 9

Nitossolo UR 250 Milho 128 339 1,1 traos 9

LVA SA 120 Milho 120 615 15,4 0,7 10

Nitossolo SA 280 Caf 366 1.323 29,6 6,5 11

(1) Com base na seleo inicial feita por Urquiaga & Zapata (2000). (2) 1: Libardi & Reichardt (1978); 2: Meirelles etal. (1980); 3: Urquiaga et al. (1986); 4: Araujo (1982); 5: Coelho et al. (1991); 6: Reichard et al. (1979); 7: Camargo(1989); 8: Oliveira et al. (2002); 9: Gava (2003); 10: Fernandes et al. (2006); Fenilli (2006).

Quadro 4. Resumo de trabalhos(1) em que a lixiviao de nitrato foi medida em campo, com ouso de adubos marcados com 15N

FERTILIDADE DO SOLO

VII - NITROGNIO 403

H intensa competio por N no solo entre plantas e entre plantas e microrganismos,a qual pode prevenir as perdas por lixiviao, pelo fato de os nitrificadores geralmenteno levarem vantagem na disputa com as plantas e com outros microrganismos peloNH4+ (Groffman, 2000). Assim, somente os solos que recebem doses de N em excesso emrelao s necessidades das plantas e dos microrganismos so fontes de NO3

- para oambiente. Isso pode ocorrer tambm em solos revolvidos por araes e gradagens, ou emperodos em que as plantas no absorvem grandes quantidades de N, como aps ascolheitas, estdios iniciais de crescimento, etc.

Coelho et al. (1991) estudaram o balano de N aplicado em cobertura na cultura domilho (uria 15N, 60 kg ha-1 enterrada) e observaram que a maior parte do N fertilizanteresidual no solo aps a colheita (72 a 89 % do N residual), mesmo nas camadas maisprofundas, estava na forma orgnica, ou seja, havia sido imobilizada por microrganismosdo solo. Apenas 4 % do N fertilizante foi encontrado abaixo de 90 cm de profundidadeno final do ciclo do milho. A baixa dose de N empregada no experimento no foi,provavelmente, suficiente para exceder a demanda por N do sistema.

Fernandes et al. (2006) tambm mostraram baixas perdas de N por lixiviao em umsolo arenoso (840 g kg-1 de areia) em Piracicaba, cultivado por dois ciclos com milho,recebendo 120 kg ha-1 de N na forma de sulfato de amnio, marcado com 15N. No primeiroano, as perdas de N (nitrato encontrado a 80 cm) atingiram cerca de 22 kg ha-1 de N nofinal do ciclo do milho. Durante o ciclo, 530 mm de chuva atingiram 80 cm deprofundidade no perfil do solo, mas provvel que o solo j tivesse algum estoque degua armazenado, visto que o ensaio teve incio quase dois meses aps o comeo daestao chuvosa, no final de dezembro. No entanto, apenas 0,3 kg ha-1 do N provinha dofertilizante. O N que lixiviou era oriundo da mineralizao da MOS e pode ter ocorridoaps a incorporao do calcrio e antes da semeadura do milho. Nos perodos em que osolo permaneceu sem cultivo ou com a cultura de cobertura, no outono-inverno, a lixiviaofoi insignificante. No ciclo seguinte do milho, novamente adubado com 120 kg ha-1 de N,as perdas de NO3- tambm foram baixas, atingindo apenas 6,4 kg ha-1 de N-NO3

-. Aschuvas durante os ciclos do milho variaram de 615 a 656 mm.

As perdas por lixiviao durante o perodo seco de inverno so geralmente baixas,como observaram Boaretto et al. (2004), cultivando trigo irrigado em um solo argiloso emCampinas: as perdas foram de menos de 1 % do N aplicado (135 kg ha-1 de N).

A lixiviao de NO3- foi estudada por Primavesi et al. (2006) no Brasil em pastagemde coastcross com manejo intensivo, em solo de textura mdia. As doses de N aplicadasvariaram de 125 a 1.000 kg ha-1 de N, parceladas em cinco vezes. Ao final do primeiroano, quantidades relativamente altas de N-NO3

- (68 e 60 kg ha-1) foram encontradas nascamadas de 0,4 a 0,8 m e de 0,8 a 2,0 m, respectivamente, apenas nas parcelas que receberam1.000 kg ha-1 de N, uma dose alm da necessria para a obteno da mxima resposta dagramnea. No segundo ano, parcelas tratadas com at 500 kg ha-1 de N tiveram o teor deNO3

- no solo monitorado semanalmente. De modo geral, os teores de N-NO3- abaixo de

60 cm de profundidade foram inferiores a 8 mg kg-1. Os autores concluram que os riscosde contaminao do lenol fretico so pequenos em pastos de gramneas tropicais se asadubaes, mesmo altas, no excederem a capacidade de ciclagem das forrageiras(Primavesi et al., 2006).

FERTILIDADE DO SOLO


Em culturas que recebem N acima da dose para mxima resposta, pode haveracmulo de N inorgnico no subsolo. Cantarella et al. (2003b) observaram, no final daestao das chuvas, a presena de cerca de 80 kg ha-1 de N na camada de 2060 cm desolo em um pomar de laranja adubado com 180 e 240 kg ha-1 de N. Pelo menos partedesse N pode ser lixiviado para camadas fora do alcance do sistema radicular daslaranjeiras no incio da estao das chuvas subseqentes.

Da mesma forma como ocorre no Brasil, na regio tropical da maioria dos pases emdesenvolvimento na sia ocidental e central, bem como na frica, especialmente noscultivos de sequeiro, o uso de doses moderadas de N nas adubaes no tem constitudorisco de poluio de guas subterr

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