EM SISTEMAS CONSERVACIONISTAS
DINMICA DA
Modelagem Matemtica e Mtodos Auxiliares
DO SOLO MATRIA ORGNICA
Dourados, MS
2006
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria
Embrapa Agropecuria Oeste
Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento
Editores: Renato Roscoe
Fbio Martins Mercante
Jlio Cesar Salton
EM SISTEMAS CONSERVACIONISTAS
DINMICA DA
Modelagem Matemtica e Mtodos Auxiliares
DO SOLO MATRIA ORGNICA
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Superviso editorial, Reviso de texto e Editorao eletrnica:
Eliete do Nascimento Ferreira
Normalizao bibliogrfica: Eli de Lourdes Vasconcelos
Foto da capa: Renato Roscoe
1 edio
(2006): online
Embrapa 2006
Roscoe, Renato
Dinmica da matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas:
modelagem matemtica e mtodos auxiliares / Editores: Renato Roscoe, Fbio
Martins Mercante, Jlio Cesar Salton. Dourados: Embrapa Agropecuria
Oeste, 2006.
304 p. : il. color. ; 21 cm.
ISBN 85-7540-014-2
1. Solo - Matria orgnica - Modelagem. 2. Matria orgnica - Solo -
Modelagem. I. Mercante, Fbio Martins. II. Salton, Jlio Cesar. III. Embrapa
Agropecuria Oeste. IV. Ttulo. V. Srie.
Alexandre Fonseca d'Andra
Eng. Agrn., Professor, Dr.,
Centro Federal de Educao Tecnolgica de Uruta,
Departamento de Desenvolvimento Educacional,
Coordenao Geral de Ensino,
Fazenda Palmital Km 2,5 , Zona Rural, 75790-000 - Uruta, GO.
Telefone: (64) 465-1900, Fax: (64) 465-1900
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Arminda Moreira de Carvalho
Eng. Agrn., Pesquisadora, Dra.,
Embrapa Cerrados,
Caixa Postal 08223, 73310-970 - Planaltina, DF.
Fone: (61) 388-9898, Fax: (61) 388-9879
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Beta Emke Madari
Eng. Agrn., Pesquisadora, Ph.D.,
Embrapa Arroz e Feijo,
Caixa Postal 179, 75375000 - Santo Antonio de Gois, GO.
Fone: (62) 3533-2110, Fax: (62) 3533-2100
E-mail: [email protected]
Bruno Jos Rodrigues Alves
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Agrobiologia,
Caixa Postal 74.505, 23851-970 - Seropdica, RJ.
Fone: (21) 2682-1500, Fax: (21) 2682-1230
E-mail: [email protected]
Autores dos Captulos
Carlos Alberto Silva
Universidade Federal de Lavras,
Departamento de Cincia do Solo,
Caixa Postal 3037, 37200-000 - Lavras, MG.
Telefone: (35) 3829-1122, Fax: (35) 3829-1100
E-mail: [email protected]
Cludia Pozzi Jantalia Sisti
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro,
Departamento de Fitotecnia,
BR 465, km 7, 23890-000 - Seropdica, RJ.
Telefax: (21) 2682-1353, Fax (21) 3787-3684
David V. de Campos
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro,
Departamento de Solos,
BR 465, km 7, 23890-000 - Seropdica, RJ.
Fone: (21) 2682-1308, Fax: (21) 2682-1308
Eduardo de S Mendona
Eng. Agrn., Ph.D., Professor Adjunto da
Universidade Federal de Viosa,
Departamento de Solos,
Avenida P. H. Rolfs s/n - Campus UFV, 36571-000, Viosa, MG.
Fone: (31) 3899-1047, Fax: (31) 3899-2648
E-mail: [email protected].
Fbio Bueno dos Reis Jnior
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Cerrados,
Caixa Postal 08223, 73310-970 - Planaltina-DF.
Fone: (61) 388-9898, Fax: (61) 388-9879
E-mail: [email protected]
Fbio Martins Mercante
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Agropecuria Oeste,
Caixa Postal 661, 79804-970 - Dourados, MS.
Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811
E-mail: [email protected]
Flvia Aparecida de Alcntara
Eng. Agrn., Pesquisadora, Dra.,
Embrapa Hortalias,
Caixa Postal 218, 70359-970 - Braslia, DF.
Fone: (61) 3385-9000 Fax: (61) 3556-5744
E-mail: [email protected]
Ida de Carvalho Mendes
Eng. Agrn., Pesquisadora, Dra.,
Embrapa Cerrados,
Caixa Postal 08223, 73310-970 - Planaltina, DF.
Fone: (61) 388-9898, Fax: (61) 388-9879
E-mail: [email protected]
Jlio Cezar Franchini dos Santos
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Soja,
Caixa Postal 231, 86001-970 - Londrina, PR.
Fone: (43) 3371-6000, Fax (43) 3371-6100
E-mail: [email protected]
Jlio Cesar Salton
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Agropecuria Oeste,
Caixa Postal 661, 79804-970 - Dourados, MS.
Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811
E-mail: [email protected]
Luiz Fernando Carvalho Leite
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Meio-Norte,
Caixa Postal 01, CEP 64006-220 - Teresina, PI.
Fone: (86) 3225-1141/3214-3000, Fax: (86) 3225-1142
E-mail: [email protected]
Mariangela Hungria
Eng. Agrn., Pesquisadora, Dra.,
Embrapa Soja,
Caixa Postal 231, 86001-970 - Londrina, PR.
Fone: (43) 3371-6000, Fax (43) 3371-6100
E-mail: [email protected]
Marx Leandro Naves Silva
Eng. Agrn., Dr.,
Universidade Federal de Lavras,
Departamento de Cincia do Solo, UFLA-DCS.
Caixa Postal 3037, 37200-000 - Lavras, MG.
Telefone: (35) 3829-1122, Fax: (35) 3829-1100
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Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado
Eng. Agrn., Pesquisadora, Ph.D.,
Embrapa Arroz e Feijo,
Caixa Postal 179, 75375000 - Santo Antonio de Gois, GO.
Fone: (62) 3533-2110, Fax: (62) 3533-2100
E-mail: [email protected]
Renato Roscoe
Eng. Agrn., Pesquisador, Ph.D.,
Embrapa Agropecuria Oeste,
Caixa Postal 661, 79804-970 - Dourados, MS.
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Robert Michael Boddey
Pesquisador, Ph.D,
Embrapa Agrobiologia,
Caixa Postal 74.505, 23851-970 - Seropdica, RJ.
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Rmulo Penna Scorza Jnior
Eng. Agrn., Pesquisador, Ph.D.,
Embrapa Agropecuria Oeste,
Caixa Postal 661, 79804-970 - Dourados, MS.
Fone: (67) 3425-5122, Fax: (67) 3425-0811
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Segundo Urquiaga
Eng. Agrn., Pesquisador, Dr.,
Embrapa Agrobiologia,
Caixa Postal 74.505, 23851-970 - Seropdica, RJ.
Fone: (21) 2682-1500, Fax: (21) 2682-1230
E-mail: [email protected]
A manuteno de sistemas agrcolas produtivos, garantindo o
suprimento de alimentos, fibras e energia para a sociedade, sem
prejudicar a capacidade de sustentao e sobrevivncia das geraes
futuras, representa grande desafio para a humanidade. Nesse contexto,
a conservao do solo e da gua ganha especial destaque, por
representarem os recursos bsicos da produo agrcola.
A matria orgnica est envolvida com os diversos processos
qumicos, fsicos e biolgicos relacionados com qualidade do solo. A
dinmica da matria orgnica do solo (MOS) determina o fluxo de
matria e energia no sistema solo, definindo entre a tendncia a
situaes sustentveis ou a processos de degradao. O entendimento
dessa funo reguladora da MOS fundamental na busca de sistemas
conservacionistas.
Diante de sua grande complexidade estrutural e dinmica, o
estudo da MOS exige a combinao de tcnicas especficas de anlise
e abordagens integradoras, atravs de ferramentas de modelagem
matemtica e simulao de sistemas. Essas abordagens vm sendo
empregadas em vrios ecossistemas, com destaque para a regio
temperada. Trabalhos em solos tropicais e subtropicais vm
aumentando significativamente nos ltimos anos, mas ainda no h
uma tentativa de sintetizar as informaes e conhecimentos obtidos at
o momento.
Apresentao
O presente livro, ao trazer informaes valiosas sobre a dinmica
da matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas, enfatizando
tcnicas modernas de anlise e de simulao de sistemas, uma
importante contribuio para a gerao de conhecimentos visando
manuteno de produtividades elevadas, ao mesmo tempo em que se
preservam os recursos naturais.
Neste sentido, a Embrapa Agropecuria Oeste, juntamente com
seus parceiros nessa importante publicao, espera que esse material
contribua para o uso sustentvel dos sistemas agrcolas tropicais e
subtropicais.
Mrio Artemio Urchei
Chefe-Geral
Embrapa Agropecuria Oeste
Este livro foi idealizado a partir do workshop Modelagem da
Matria Orgnica do Solo no Sistema Plantio Direto realizado na
Embrapa Agropecuria Oeste, em fevereiro de 2003, quando se notou a
falta de um material que sintetizasse os conhecimentos sobre matria
orgnica do solo (MOS) em ambientes tropicais e subtropicais.
Inicialmente, pretendia-se elaborar uma publicao que contemplasse
os diversos aspectos relacionados modelagem matemtica e
simulao de sistemas. Ao longo de trs anos, o material foi evoluindo e
ficou clara a necessidade de nivelamento do conhecimento sobre
alguns mtodos auxiliares utilizados na definio dos parmetros
essenciais aos simuladores. Desta forma, este livro foi organizado em
duas partes. Na Parte 1, quatro captulos discutem a dinmica da
matria orgnica do solo em sistemas conservacionistas, com nfase
modelagem matemtica e simulao de sistemas. Os dois primeiros
so de contextualizao e reviso conceitual, sendo os dois seguintes
voltados para a discusso sobre as ferramentas de modelagem e
simulao de sistemas.
O Captulo 1 concentra-se no embasamento terico sobre como
a dinmica da MOS est relacionada com a sustentabilidade dos
sistemas de produo e como o tipo de manejo pode influenci-la.
Discute-se, ainda, como a modelagem matemtica e a simulao de
sistemas podem auxiliar na melhoria desse entendimento.
No Captulo 2 discute-se a questo de mudanas climticas
globais e como o solo de sistemas agrcolas conservacionistas, a
exemplo do sistema plantio direto, pode servir de reservatrio para o
Prefcio
carbono atmosfrico, principal responsvel pelo aumento do efeito
estufa causado pela atividade antrpica. Utilizando o sistema plantio
direto como modelo, discute-se a viabilidade de contabilizar o seqestro
de carbono no solo como atividade mitigadora em tratados
internacionais. Destaca-se a necessidade de utilizao de simuladores
da dinmica da MOS para que tal mecanismo compensatrio seja
adequadamente monitorado e incorporado em inventrios de
emisses.
Uma discusso sobre as bases tericas da simulao de
sistemas complexos e as diferentes abordagens utilizadas pelas
ferramentas de modelagem matemtica feita no Captulo 3.
No Captulo 4, so apresentados os principais simuladores da
dinmica da MOS em uso atualmente, destacando as suas
caractersticas e pressupostos. Especial ateno dispensada ao
simulador Century, por se tratar do mais utilizado e com as melhores
perspectivas para adaptao a condies tropicais.
A Parte 2 do livro compreende seis captulos, organizados de
forma a revisar o estado da arte sobre importantes procedimentos
metodolgicos, fundamentais ao entendimento da dinmica da MOS e
correta parametrizao dos simuladores.
No Captulo 5 discutem-se as principais vantagens e
desvantagens de diferentes mtodos de fracionamento fsico da MOS.
Os reservatrios mensurveis so comparados aos tericos dos
simuladores da dinmica da MOS, discutindo-se as possibilidades de
padronizao de um esquema de fracionamento que permita a efetiva
validao dos reservatrios simulados.
13
As bases da utilizao do istopo estvel do C na definio de
parmetros da dinmica da MOS so revisadas no Captulo 6, sendo
apresentados vrios exemplos de aplicao da tcnica.
O Captulo 7 apresenta uma reviso sobre biomassa microbiana
do solo, englobando os principais estudos publicados para condies
brasileiras. Comparam-se as duas principais metodologias de
determinao da biomassa microbiana, destacando suas vantagens e
desvantagens, os principais pontos onde h necessidade de avano no
conhecimento e propondo um procedimento padro para os estudos de
MOS.
No Captulo 8 discutem-se os principais mtodos utilizados para
estimar as emisses de CO do solo, utilizando uma srie de exemplos 2
para diferentes sistemas de uso da terra, em condies brasileiras.
O Captulo 9 e o Captulo 10 discutem duas importantes tcnicas
de caracterizao estrutural da MOS, a ressonncia magntica nuclear 13
do C e a pirlise associada cromatografia gasosa e espectrometria
de massa. So revisados trabalhos realizados com solos brasileiros, os
quais contribuem para o entendimento do comportamento e da
dinmica da MOS, em ambientes tropicais e subtropicais.
Os trabalhos apresentados no presente livro demonstram que as
metodologias de anlise da MOS e as ferramentas de modelagem
matemtica e simulao de sistemas tm elevado potencial para
aumentar a compreenso de sua dinmica em solos tropicais e
subtropicais. H a necessidade, no entanto, de maior padronizao de
mtodos e um esforo concentrado na expanso dos trabalhos com
simuladores promissores, como o Century.
Os Editores
Sumrio
1. Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo
Renato Roscoe, Robert Michael Boddey, Jlio Cesar Salton
2. O Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto:
Possibilidades de Contabilizao
Renato Roscoe
3. Modelagem Matemtica e Simulao de Sistemas: uma
Importante Ferramenta na Pesquisa Agropecuria
Rmulo Penna Scorza Jnior
4. Modelagem Matemtica e Simulao da Dinmica da
Matria Orgnica do Solo
Eduardo de S Mendona, Luiz Fernando Carvalho Leite
17
43
63
75
PARTE 1.
Dinmica da Matria Orgnica do Solo em
Sistemas Conservacionistas:
Modelagem Matemtica e Simulao de Sistemas
PARTE 2.
Mtodos Auxiliares Utilizados no Entendimento
da Dinmica da Matria Orgnica do Solo
5. Fracionamento Fsico do Solo na Obteno de
Compartimentos Mensurveis para Uso em Simuladores da
Dinmica da Matria Orgnica
Renato Roscoe, Beta Emke Madari, Pedro Luiz Oliveira de
Almeida Machado
13
6. Emprego do Istopo Estvel C para o Estudo da
Dinmica da Matria Orgnica do Solo
Bruno Jos Rodrigues Alves, David V. de Campos, Cludia Pozzi
Jantalia Sisti, Segundo Urquiaga, Robert Michael Boddey
7. Biomassa Microbiana do Solo: Frao mais Ativa da
Matria Orgnica
Renato Roscoe, Fbio Martins Mercante, Ida de Carvalho
Mendes, Fbio Bueno dos Reis Jnior, Jlio Cezar Franchini dos
Santos, Mariangela Hungria
8. Emisses de CO do Solo: Mtodos de Avaliao e 2
Influncia do Uso da Terra
Alexandre Fonseca d'Andra, Marx Leandro Naves Silva, Carlos
Alberto Silva
13
9. Ressonncia Magntica Nuclear de C em Estudos de
Caracterizao Estrutural da Matria Orgnica do Solo
Flvia Aparecida de Alcntara, Arminda Moreira de Carvalho
10. Pirlise Associada Cromatografia Gasosa e
Espectrometria de Massa Aplicada a Estudos de Caracteri-
zao Qumica da Matria Orgnica do Solo
Flvia Aparecida de Alcntara
133
163
199
243
281
107
Resumo - A matria orgnica do solo (MOS) desempenha funes fundamentais para o adequado funcionamento do solo, estando envolvida em
processos fsicos, qumicos e biolgicos. Na degradao do solo, a perda de
MOS representa o ponto de partida, influenciando diversos outros atributos,
em uma reao em cadeia. O sistema plantio direto (SPD) tende a preservar a
MOS, principalmente por reduzir a sua taxa de decomposio e, quando
adequadamente adotado (incluindo a rotao de culturas), por promover uma
maior entrada de resduos no sistema. A integrao lavoura-pecuria (ILP), ao
incluir ciclos de cultivos de forrageiras no esquema de rotao, aumenta a
quantidade de resduos aportados ao SPD e, em conseqncia, aumenta a
MOS. O presente captulo tem como objetivo revisar os principais aspectos
relacionados ao papel da matria orgnica no fluxo de matria e energia para
o solo, e analisar as conseqncias do uso de diferentes sistemas de manejo,
sobre este fluxo. Discute-se como o manejo inadequado do solo pode
provocar a perda de MOS e promover a sua degradao, e como, por outro
lado, a utilizao de sistemas conservacionistas pode proporcionar um fluxo
adequado de matria e energia aos agroecossistemas, favorecendo
processos de ordenao e qualidade do solo. A partir de uma anlise dos
dados disponveis na literatura, observa-se que o plantio convencional tem o
potencial de reduzir os teores totais de MOS ou, em alguns casos, somente
Sistemas de Manejo e
Matria Orgnica do Solo
Renato Roscoe
Robert Michael Boddey
Jlio Cesar Salton
1
nos seus reservatrios mais dinmicos, mas sempre favorecendo a perda de
qualidade do solo. O SPD apresenta-se como uma alternativa para se evitar
perdas de MOS, podendo at mesmo promover o seu acmulo, o que
depende sobremaneira da utilizao de rotao de culturas. O sistema de
rotao deve conter culturas ou plantas de cobertura, que produzam elevada
quantidade de resduos e ao mesmo tempo proporcionem um balano positivo
de N no sistema. Um balano negativo de N parece impedir o acmulo de
MOS. A ILP representa uma alternativa interessante de manejo dos solos,
principalmente nas regies com ocorrncia de clima que impe dificuldades
para formao de massa seca para cobertura do solo no SPD.
18 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Abstract - Soil organic matter (SOM) has fundamental functions related to an adequate soil functioning, being involved in physical, chemical, and
biological processes. During soil degradation, losses of SOM represent the
starting point, affecting several parameters in a typical chain reaction. No-
tillage systems (NTS) tend to preserve SOM, mainly because they reduce
SOM decomposition rate and, when NTS is properly adopted (including crop
rotation), increase residue production in the system. Pasture and crop
integrated systems (PCI) include grass production in the rotation, increasing
the amount of plant residue to NTS. In this chapter, we reviewed the major
aspects related to organic matter role on matter and energy fluxes in soil, and
evaluated the consequences of different management systems on those
fluxes. We also discussed how the inadequate soil management can cause
SOM losses and promote soil degradation, and how, on the other hand, the use
of conservationist systems may provide an adequate organic matter flux in the
agro ecosystem, favoring ordination processes and soil quality. Analyzing
literature data, we observed that conventional tillage has the potential of
reducing total SOM or, in specific situations, only some of its more reactive
fractions, but always provokes soil quality losses. NTS represents a good
alternative to avoid SOM losses or even increase its content, which strongly
depends on crop rotation. The rotation system should include cash crops and
cover-crops with high residue production and should maintain a positive N
balance in the system. A negative N balance seems to limit SOM accumulation.
The PCI represents an interesting alternative of soil management, especially
in regions where climate conditions difficult the maintenance of soil mulching.
Management Systems and Soil
Organic Matter
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 19
Introduo
A importncia da matria orgnica do solo (MOS) para os diversos processos
fsicos, qumicos e biolgicos amplamente reconhecida na literatura. A MOS
desempenha diversas funes no ambiente, estando ligada a processos
fundamentais como a ciclagem e reteno de nutrientes, agregao do solo e
dinmica da gua, alm de ser a fonte bsica de energia para a atividade
biolgica. Sua perda pode interferir drasticamente nesses processos,
dificultando o desempenho das funes do solo, provocando desequilbrios no
sistema e, conseqentemente, desencadeando o processo de degradao.
Em decorrncia do grande impacto dos sistemas de uso do solo nas
condies ambientais, sistemas conservacionistas tm sido propostos com o
intuito de reduzir as modificaes no ambientes necessrias ao processo de
produo de alimentos, fibras e energia. Neste contexto, destaque tem sido
dado ao sistema plantio direto (SPD) e integrao lavoura-pecuria (ILP),
como alternativas de produo sustentvel para as regies tropical e
subtropical. Esses sistemas combinam a ausncia do revolvimento do solo e
elevado aporte de resduos, seja pela rotao de culturas anuais ou mesmo
pela combinao de lavouras com pastagens. Tratam-se de sistemas
extremamente conservacionistas, com efeitos diretos na reduo da eroso.
Devido a esse carter e s vantagens decorrentes dos menores custos de
produo e maior praticidade, a adoo do SPD tem crescido
exponencialmente no Brasil nos ltimos 30 anos. De uma rea inexpressiva
em 1975, estima-se que tenham sido cultivados no Brasil, na safra 2003/2004,
mais de 20 milhes de hectares sob SPD (Federao Brasileira..., 2005).
No SPD, os teores de MOS podem ser preservados, pois h uma reduo na
taxa de decomposio, em funo da no-fragmentao dos resduos e do
no-revolvimento do solo. Desta forma, os resduos permanecem na
superfcie, tendo uma menor rea de contato com o solo. Entretanto, no
somente a reduo na taxa de decomposio se faz importante, mas tambm
a capacidade do sistema em suprir carbono para o solo. Para que haja um
efetivo acmulo de MOS no sistema, deve-se ter uma taxa de entrada de C
superior taxa de decomposio. Buscam-se, portanto, esquemas de rotao
que resultem em elevada produo de resduos. Como em condies
tropicais essa elevada produo de resduos tem-se mostrado um problema,
cresce a utilizao de gramneas forrageiras com o intuito de formar cobertura
de solo, ao mesmo tempo em que possibilita a diversificao da produo
20 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
agrcola, inserindo animais no sistema. A ILP combina a vantagem de
fornecer grandes quantidades de resduos para formao de cobertura do
solo para a lavoura subseqente sob SPD. Ao mesmo tempo, perodos com
culturas anuais bem manejadas melhoram as condies das pastagens, com
aumento da fertilidade do solo, permitindo maior carga animal e produo de
biomassa.
O presente captulo tem como objetivo revisar os principais aspectos
relacionados ao papel da matria orgnica no fluxo de matria e energia para
o solo, e analisar as conseqncias do uso de diferentes sistemas de manejo
sobre esse fluxo. Discute-se como o manejo inadequado do solo pode
provocar a perda de MOS e promover a sua degradao, e como, por outro
lado, a utilizao de sistemas conservacionistas pode proporcionar um fluxo
adequado de matria e energia para os agroecossistemas, favorecendo os
processos de ordenao e a qualidade do solo.
O Sistema Solo e a Matria Orgnica
Adiscott (1995) descreve o solo como um sistema aberto, onde o fluxo de
matria e energia controlado por seus processos internos e, sobretudo, por
suas relaes com o ambiente externo (Fig. 1). As caractersticas atuais do
solo so resultantes de um longo processo de formao, no qual so
combinados os fatores: material de origem, clima, topografia, organismos e
tempo (Resende et al., 1997). O material de origem serve de base para a
formao da frao mineral, constituda por partculas de tamanho variado
(areia, silte e argila), contendo uma combinao de minerais primrios e
secundrios. Seguindo o processo de intemperismo, os minerais primrios
(aqueles encontrados nas rochas de origem) vo sendo gradativamente
transformados em minerais secundrios. Nos solos tropicais, a frao argila
dominada por minerais secundrios de baixa atividade, como argilas
silicatadas do grupo das caulinitas e xidos e hidrxidos de Fe e Al. A frao
areia, por sua vez, dominada por minerais primrios resistentes ao
intemperismo, como o quartzo, e por concrees ferruginosas (em solos
muito ricos em Fe). A frao silte tem uma composio intermediria. A
matria orgnica do solo (MOS) composta por todo o carbono orgnico
presente no solo, sendo considerados trs importantes reservatrios: a MOS
transitria, composta, sobretudo, por resduos de plantas e organismos do
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 21
solo de fcil decomposio e materiais orgnicos produzidos pela microbiota
e razes (cidos de baixo peso molecular e polissacardeos); a MOS
humificada, composta por materiais recalcitrantes, os quais passaram por um
processo intenso de transformao, como cidos hmicos e flvicos, alm de
matrias carbonizados; e a biomassa, formada pela meso e macrofauna, alm
da microbiota do solo (Roscoe, 2005).
Fig. 1. Representao esquemtica do processo de ordenao do solo, destacando os
principais sub-processos e fluxos de energia e matria.
Quando o fluxo de entrada de energia e matria no Sistema Solo resulta em saldo positivo, ocorre
a organizao do sistema em um nvel de ordem superior. Quando o fluxo reduzido e o saldo
negativo, ocorre o inverso, com organizao do sistema em um nvel de ordem inferior.
22 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
oxidao
Frao mineral
(areia, silte,argila)intemperismo
Sistema SoloSistema SoloMaterial
de
origem
C plexos
organo-minerais
macroagregados
MOSMOS
humificadahumificada
MOSMOS
transitriatransitria
eroso
lixiviao
gua
matria
energia tempo
tempo
CO2energia
matria
nveis
ordem
Matria
Energia
fotossntese
Biota do solo
decomposio
MOS
gua, CO2,
energia
tempo
oxidao
Frao mineral
(areia, silte,argila)intemperismo
Sistema SoloSistema SoloMaterial
de
origem
C plexos
organo-minerais
macroagregados
MOSMOS
humificadahumificada
MOSMOS
transitriatransitria
eroso
lixiviao
gua
matria
energia tempo
tempo
CO2energia
matria
nveis
ordem
Matria
Energia
fotossntese
Biota do solo
decomposio
MOS
gua, CO2,
energia
tempo
oxidao
Frao mineral
(areia, silte,argila)intemperismo
Sistema SoloSistema SoloMaterial
de
origem
Material
de
origem
Complexos
organo-minerais
macroagregados
MOSMOS
humificadahumificada
MOSMOS
transitriatransitria
eroso
lixiviao
gua
matria
energia tempo
tempo
CO2energia
matria
nveis
ordem
nveis
ordem
Matria
Energia
fotossntese
Biota do solo
decomposio
MOS
Matria
Energia
fotossntese
Biota do solo
decomposio
MOS
gua, CO2,
energia
gua, CO2,
energia
tempo
microagregadosde
microagregadosde
microagregadosdede
Como um sistema aberto, o solo interage com outros sistemas externos, como
as plantas e o clima (atmosfera e energia solar), conforme a Fig. 1. As plantas
so as responsveis em transformar a energia luminosa do sol e a matria
fornecida pela atmosfera na forma de CO e gua (proveniente das chuvas, 2
mas que deve ser armazenada no solo para o seu aproveitamento pelas
plantas), em energia qumica e compostos orgnicos, atravs da fotossntese.
O solo pode absorver diretamente energia solar, a qual extremamente
importante para regulao da temperatura e o processo de evaporao.
Entretanto, a principal fonte de energia e matria para a biota do sistema solo
vem da deposio de resduos de plantas e animais e de exsudatos
radiculares (Roscoe, 2005). Os diversos resduos que entram no solo so
gradativamente transformados em MOS, podendo interagir com a frao
mineral no processo de agregao do solo. Em uma primeira etapa, ocorre a
interao da frao mineral com MOS humificada, formando complexos
organo-minerais. Em uma segunda fase, com a incluso de mais MOS
humificada e parte de MOS transitria, h a formao de microagregados.
Finalmente, os ltimos so unidos uns aos outros, formando
macroagregados. A energia necessria para a formao desses agregados
maiores vem, sobretudo, do crescimento de razes e hifas fngicas e da ao
mecnica de organismos da macrofauna (formao de tneis, retrabalho em
mandbulas e trato intestinal), sendo que a estabilizao, por sua vez,
promovida por MOS transitria (principalmente polissacardeos). Nessa
reao em cadeia tem-se, como resultado, o incremento no grau de
ordenao do solo e de complexidade das relaes no Sistema Solo; tal
processo possibilita o surgimento de propriedades emergentes, que conferem
maior capacidade ao sistema resistir a perturbaes, como melhor infiltrao
e armazenamento de gua, maior aerao, menor resistncia ao crescimento
de razes, melhores condies para o desenvolvimento da biota do solo e das
prprias plantas (Bayer, 2004). O processo de ordenao do solo depende
diretamente da atividade biolgica, a qual a responsvel por intermediar o
fluxo de energia e matria no sistema, a partir da transformao dos resduos
orgnicos.
Processos dissipativos ocorrem, por sua vez, quando h um
comprometimento do fluxo de energia e matria ao sistema, com ruptura de
agregados e ao aumento na taxa de oxidao da MOS (Fig. 1). Como
conseqncia, tem-se uma reduo na energia armazenada e alteraes na
organizao dos componentes do sistema em um nvel inferior, culminando
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 23
em compactao, baixa resistncia eroso, menor infiltrao e reteno de
gua e, conseqentemente, menor produtividade do sistema vegetal
(Roscoe, 2005).
A Matria Orgnica do Solo e o Processo
de Degradao do Solo
Em ambientes tropicais, o processo de degradao dos solos encontra-se
intimamente relacionado dinmica da matria orgnica (Feller & Beare,
1997). Diversos autores tm ressaltado que a converso da vegetao nativa
em rea de produo agrcola pode reduzir drasticamente os teores de MOS,
devido ao menor suprimento de resduos e ao aumento na taxa de
decomposio, assim como a elevao nas perdas das camadas superficiais
do solo por eroso (Andreux, 1996; Feller & Beare, 1997; Bayer & Mielniczuk,
1999; Christensen, 2000, 2001; Carter, 2001). Desta forma, h uma reduo
no fluxo de matria e energia no solo, favorecendo processos dissipativos
(Fig. 1). Em virtude de suas importantes funes nos processos fsicos,
qumicos e biolgicos no solo, a perda de MOS retro-alimenta o processo de
degradao, promovendo a desorganizao do sistema (Fig. 1), resultando
em menores produes de biomassa e maiores perdas de nutrientes, gua e
solo (Fig. 2).
Os sistemas convencionais de cultivo, envolvendo arao e gradagem, so
considerados os de maior poder de degradao, resultando na maioria das
vezes na reduo dos teores de MOS (Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al.,
1999). Segundo Bayer & Mielniczuk (1999), as perdas da MOS so
favorecidas, principalmente, pelo revolvimento do solo e conseqente
destruio dos agregados, maior fragmentao e incorporao dos resduos
vegetais e diminuio da cobertura do solo, que resultam em alteraes na
temperatura, umidade e aerao do solo. Silva et al. (1994) trabalharam com
220 amostras de trs diferentes classes de solo da regio do Cerrado,
cultivados continuamente com soja e utilizando grade pesada. Os autores
observaram elevadas perdas de MOS em cinco anos de cultivo. As redues
foram de 80% em relao aos teores iniciais para Neossolos Quartzarnicos
(< 15% de argila), 76% para Latossolos Vermelho Amarelos textura mdia
(15-30% de argila) e 41% para Latossolos Vermelho Amarelos argilosos
(> 30% de argila). Entretanto, nem todos os estudos registram perdas de
24 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
MOS com o cultivo convencional. Freitas et al. (2000) no registraram perdas
de MOS aps 25 anos de cultivo de culturas diversas (hortalias, arroz, milho e
feijo), em um Latossolo Vermelho distrfico. Roscoe & Buurman (2003),
tambm em um Latossolo Vermelho distfico muito argiloso, observaram
estoques de carbono similares em reas sob vegetao nativa de cerrado
sensu-stricto e cultivadas com milho e feijo em sucesso por 30 anos. A alta
estabilidade da matria orgnica em Latossolos muito argilosos vem sendo
atribuda presena de altos teores de oxi-hidrxidos de ferro e alumnio, que
complexariam a MOS, estabilizando-a (Resende et al., 1997; Roscoe et al.,
Menor
aporte de C
(energia) ao solo
Monocultivo
Solo descoberto
Uso de grades de discos
Maior
escorrimento
superficial
Selamento
superficial
Manejo inadequado do Manejo inadequado do
agroagro--ecossistemaecossistema
Reduo da produtividade
das plantas
Menor cobertura do
solo
Menor suprimento de
Matria Orgnica
Reduo da
CTC
Menor formao
de agregados
Reduo da MO transitria
(MOP ou MO leve)
Reduo da estabilidade
dos agregados
Reduo da
infiltrao
Desagregao e
disperso do solo
Aumento no arraste
de partculas
Perda de
nutrientes
Perda de
nutrientes
ErosoEroso
Menor atividade
biolgica
Reduo da MO humificada
(MO em COM ou pesada)
Reduo da
permeabilidade e
aerao
Perda de guaPerda de gua
Fig. 2. Esquema representativo do processo de degradao do solo ligado perda de
matria orgnica. O uso do agro-ecossistema de forma inadequada reduz a
fotossntese e o aporte de carbono ao solo, resultando na perda de MOS e da cobertura
do solo. O solo descoberto recebe a ao direta das gotas de chuva, desencadeando o
processo de eroso e contribuindo para perda de gua e nutrientes. A reduo da MOS
afeta os processos de formao e estabilizao de agregados do solo, atividade
biolgica e ciclo de nutrientes, contribuindo para a perda de nutrientes, solo e gua.
Essas perdas, por sua vez, retro-alimenta o processo de degradao, reduzindo o
potencial produtivo do agro-ecossistema (este feedback positivo representado pelas
setas em semicrculo).
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 25
2000a). Isso pode ser evidenciado pelas altas percentagens de C nas fraes -3
pesadas (densidade > 1,7 g cm ), aquelas representadas pela MOS ligada
matriz mineral (Gregorich & Ellert, 1993). Geralmente, em torno de 90% do C
encontra-se nesta frao em Latossolos argilosos (Roscoe et al., 2001;
Roscoe & Machado, 2002).
Mesmo sem haver decrscimo acentuado nos teores de MOS, a ocorrncia de
redues em alguns de seus compartimentos pode desencadear o processo
de degradao. No estudo de Roscoe & Buurman (2003), embora no tenham
detectado alteraes nos teores totais de MOS aps 30 anos de cultivo, os
autores detectaram significativa reduo nos estoques de C na frao leve -3
livre (densidade < 1,7 g cm ) da MOS, ressaltando que a frao orgnica que
no estava ligada frao mineral (livre) foi a mais sensvel s alteraes no
ambiente. Segundo Roscoe & Buurman (2003), o erro experimental nas
medies dos teores totais de MOS foi, em termos absolutos, maior que as
variaes observadas nas fraes leves, mascarando o efeito de reduo do
C orgnico nessa frao especfica, na rea cultivada. Outros estudos
mostraram que o sistema de plantio convencional reduz significativamente a
biomassa microbiana e a atividade enzimtica do solo (Roscoe et al., 2000b).
A reduo de fraes mais ativas da MOS, como a frao leve livre e o C na
biomassa microbiana, pode afetar diversas de suas funes no solo. A
manuteno da produo de polissacardeos, por exemplo, fundamental
para a manuteno da agregao (Golchin et al., 1997), sendo que estes
compostos so transitrios no solo e so degradados rapidamente
(Stevenson & Cole, 1999). A manuteno de seus nveis depende da atividade
biolgica. Portanto, uma reduo nas fraes leve livre e C na biomassa
microbiana, que representam as fraes mais ativas da MOS, favoreceria a
desorganizao do sistema, deslocando-o para um nvel de ordem inferior,
resultando em uma menor estabilidade de agregados, desencadeando o
processo de degradao (Fig. 1 e 2).
Conforme observado, no somente os teores totais de MOS so importantes
para o entendimento dos processos de degradao do solo. Faz-se
necessrio o estudo detalhado de suas diferentes fraes, relacionando
alteraes quantitativas e qualitativas dessas fraes, aos distrbios
provocados em suas funes na manuteno da qualidade do solo. Quando
se faz tal anlise, pode-se concluir que os sistemas convencionais de cultivo
promovem degradao e perda de qualidade do solo, mesmo em Latossolos
ricos em oxi-hidrxidos de ferro e alumnio, nos quais so observadas
26 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
alteraes pequenas (ou mesmo nenhuma reduo) nos teores totais de
MOS.
Sistemas Conservacionistas como Alternativa Degradao
O sistema plantio direto (SPD) representa uma alternativa de manejo
altamente conservacionista, apresentando vantagens como o controle da
eroso hdrica e a melhoria na qualidade do solo e da gua. Por no revolver o
solo, deixando os resduos vegetais na superfcie, o SPD interfere menos na
taxa de decomposio da MOS, o que favorece a manuteno e at o acmulo
da mesma (Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al., 1999). Como a MOS est
relacionada a importantes atributos de qualidade do solo, como atividade
biolgica, ciclagem de nutrientes, agregao do solo, dinmica da gua,
resistncia eroso, etc., sua preservao, atravs do SPD, constitui-se em
uma das principais vantagens da adoo desse sistema.
Resultados de pesquisa, no entanto, no tm sido conclusivos quanto ao
acmulo de C no SPD. Enquanto em alguns trabalhos observaram-se
incrementos significativos nos teores de MOS, quando comparados a
sistemas convencionais (Bayer & Mielniczuk, 1997a,b; Tognon et al., 1997;
Bayer & Mielniczuk, 1999; Resck et al., 1999; Bayer et al., 2000a,b), em outros
estudos nenhuma diferena significativa foi observada entre os tratamentos
(Maria & Castro, 1993a,b; Freitas et al., 2000; Roscoe et al., 2000b; Roscoe &
Buurman, 2003). A discrepncia nos resultados de pesquisa vem sendo
atribuda s diferenas entre as condies experimentais e ao que se
convenciona chamar de SPD. Primeiramente, muitos trabalhos avaliam
sistemas com tempos de usos diferentes. O acmulo de MOS no SPD tende a
ocorrer lentamente, sendo necessrios alguns anos para que se mostrem tais
tendncias (Bayer & Mielniczuk, 1999). Outro fator o clima, sendo que os
resultados referentes Regio Sul do Brasil geralmente apresentam
incrementos significativos nos teores de C para SPD (Bayer & Mielniczuk,
1997a,b; 1999). Isso pode estar relacionado s condies climticas da regio
subtropical, onde as taxas de decomposio de C so menores, em
comparao com a regio tropical como ocorre no Cerrado a na Amaznia
(Feller & Beare, 1997; Bayer & Mielniczuk, 1999). Experimentos realizados na
regio do Cerrado, em geral, no apresentam teores significativamente
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 27
maiores de C para o SPD em comparao ao sistema convencional, o que
vem sendo atribudo maior intensidade do processo de decomposio da
MOS, em funo das altas temperaturas (Freitas et al., 2000; Roscoe et al.,
2000b; Roscoe & Buurman, 2003).
Outro fator a ser considerado para explicar os diferentes resultados obtidos
entre a Regio Sul e o Cerrado seria o histrico de utilizao das reas. A
produo de gros no Cerrado um fenmeno relativamente recente e,
freqentemente, as reas convertidas para lavouras substituram pastagens,
em sua maioria de Brachiaria spp. Existe ampla literatura cientfica, tanto na
Amaznia (e.g.; Koutika et al., 1997; Trumbore et al., 1995; Neill et al., 1997;
Bernoux et al., 1999) como nas regies da Mata Atlntica e do Cerrado
(Corazza et al., 1999; Freitas et al., 2000; Tarr et al., 2001; Boddey et al.,
2002), que mostra que as pastagens promovem a manuteno dos estoques
do MOS no solo, e no caso de pastagens mantidas produtivas com boas
prticas de manejo (adubao de manuteno e lotao animal apropriada),
s vezes superam queles originalmente observados no solo sob a vegetao
nativa. Em contraste, na Regio Sul, a maioria das reas onde foram
conduzidos esses estudos encontrava-se sob plantio convencional (PC) e os
estoques do C no incio dos estudos eram inferiores aos nveis encontrados no
solo sob a vegetao nativa. Quando os solos continuaram sob PC, os nveis
de MOS abaixaram numa taxa bem menor, em comparao com reas
recentemente desmatadas ou aps vrios anos de pastagem. Desta forma, a
implantao do SPD, em solos manejados sob PC h muitos anos tenderia a
acumular C mais rapidamente, enquanto em regies do Cerrado, onde as
reas estavam sobre vegetao nativa ou pastagens, seria mais demorado
para os estoques do C sob SPD superassem o da vegetao anterior.
Tambm importante considerar a produo de massa vegetal e aporte de
resduos. Na Regio Sul, os cultivos de outono/inverno, com espcies para
cobertura do solo, vm sendo utilizados com sucesso, devido ao regime de
chuvas mais bem distribudo, quando comparado regio do Cerrado. Nesta,
as culturas de safrinha so relativamente recentes e as semeaduras de
inverno viabilizam-se somente sob irrigao, na maior parte da regio. Isso
garante um maior potencial para a produo de resduos nos sistemas de
rotao da Regio Sul. No obstante, mesmo neste ambiente, tratamentos
que no incluam, no esquema de rotao de culturas, materiais com alto
aporte de resduos, tendem a apresentar incrementos discretos nos estoques
de C, ou mesmo ausncia de qualquer diferena em relao a sistemas
28 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
convencionais (Bayer & Mielniczuk, 1997a,b; 1999). importante considerar
tambm que nestas condies as taxas de decomposio dos resduos so
maiores, favorecidas pela presena de umidade no solo. Sendo assim, no
basta dispor uma cultura dentro do sistema de rotao com alto aporte de
resduos. Na realidade, o sistema de culturas como um todo que deve retornar
quantidades elevadas de resduos para o solo, de forma a possibilitar saldo
positivo no balano entre entrada e sada de C no solo. Bayer (1996) obteve
quantidades crescentes de material orgnico fornecidos por sistemas de -1 -1
rotao envolvendo aveia/milho (14 Mg ha ), aveia + trevo/milho (18 Mg ha ) e -1
aveia + trevo/milho + caupi (21 Mg ha ). Bayer & Mielniczuk (1997a) relataram
que, nas reas com esses tratamentos e sob SPD por 5 anos, houve aumento
no teor de MOS seguindo a mesma ordem. Comparando o tratamento com
menor aporte de resduos (sucesso aveia/milho), sob sistema convencional,
ao de maior aporte (rotao aveia + trevo/milho + caupi), sob SPD, os autores -1
observaram uma diferena de 6 Mg ha de carbono em favor do SPD, na
camada de 0-17,5 cm.
Entretanto, nem sempre maiores quantidades de resduos culturais
depositadas resultam em uma maior acumulao de MOS no solo. Por
exemplo, Maria et al. (1999) comparou os efeitos na acumulao de MOS (0-
30 cm) de 9 anos de milho ou soja no vero, ambos com aveia no inverno sob -1
SPD e PC. Apesar dos rendimentos de milho (5,6 a 5,7 Mg ha ) terem sido -1
mais do que o dobro dos rendimentos de soja (2,1 a 2,4 Mg ha ), esta
contribuio muito maior de resduos do milho no proporcionou uma
acumulao maior de MOS sob PC, nem sob SPD. Em ambas as sucesses
sob SPD e PC os nveis de MOS diminuram em todos os tratamentos.
Resultados recentes (Alves et al., 2002, 2003; Sisti et al., 2004) indicaram que
o balano de nitrognio no sistema um determinante crucial na acumulao
de MOS sob SPD. Os resultados de Alves et al. (2002) mostraram que, alm
de a soja manejada sob SPD ser capaz de acumular at 80 % do seu N da
fixao biolgica de nitrognio (FBN), a proporo do N da cultura exportada
, freqentemente, muito semelhante, deixando, no solo, baixas quantidades
de N para as culturas subseqentes. bvio que a MOS contm no somente
carbono, mas tambm outros nutrientes, sendo nitrognio quantitativamente -1
o mais importante. Para acumular 1 Mg ha de C no solo na forma de MOS -1
necessrio pelo menos 80 kg N ha (Alves et al., 2002). Como aps o cultivo
da soja o saldo praticamente nulo de N para a formao de MOS,
improvvel que o solo sob sucesses de soja/trigo ou soja/aveia acumule
MOS ao longo do tempo. Machado et al. (2001) e Freixo et al. (2002)
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 29
registraram resultados semelhantes na avaliao dos estoques de MOS sob
sucesses de soja/trigo manejadas com SPD em dois estudos de longo prazo
conduzidos na Embrapa Trigo (Passo Fundo, RS) e Embrapa Soja (Londrina
PR). Isso foi confirmado no mesmo experimento de longo prazo em Passo
Fundo por Sisti et al. (2004), mas em outros tratamentos no mesmo
experimento onde foi incorporada nas rotaes a leguminosa ervilhaca no
inverno, registrou-se uma diferena em estoque do C de 17 Mg C (0-100 cm)
em favor do SPD, quando comparado ao PC, em um perodo de 13 anos.
Quase todos os outros estudos feitos no Rio Grande do Sul (Bayer e
Mielniczuk, 1997; Bayer e Bertol, 1999; Amado et al., 1999, 2001; Bayer et al.,
2000a,b; Diekow et al., 2005), que registraram maiores estoques de MOS sob
SPD comparado a PC, uma leguminosa fixadora de N , alm da soja, estava 2
presente nas rotaes sob estudo. No caso do estudo de Maria et al. (1999)
mencionado anteriormente, uma das sucesses foi soja/aveia e a outra -1
milho/aveia. Mesmo tendo sido o milho adubado com 91 kg N ha , o N retirado -1 -1
no gro provavelmente foi mais de 70 kg N ha (5,6 Mg ha x 1,3% N);
portanto, assumindo que teriam algumas perdas de N do fertilizante ou da
mineralizao rpida dos resduos de soja (de baixa ralao C:N), em ambos
as sucesses o balano do N teria sido nulo. Isso sugere que, para uma maior
obteno de resduos e, conseqentemente, um acmulo de MOS, o sistema
de rotao deve incluir culturas com alto aporte de resduos (como as
gramneas) e outras que teriam a funo de inserir nitrognio no sistema (as
leguminosas). O que explicaria tal tendncia seria o fato de as gramneas
serem extremamente responsivas a nitrognio. Assim, tendo uma boa
quantidade de N entrando no sistema atravs das leguminosas, a produo
de biomassa das gramneas subseqentes estariam sendo favorecidas.
Em contraste Regio Sul, a menor durao da estao de chuvas da regio
do Cerrado raramente permite que sejam includas outras leguminosas alm
da soja no esquema de rotaes. Por esse motivo, muito pouco provvel que
as rotaes apresentem um balano anual de N positivo e portanto um
acmulo de MOS. Embora o SPD conserve mais a MOS do que o PC, espera-
se que, caso no sejam adicionadas via fertilizantes quantidades de N
superiores s exportadas nos gros, o SPD somente mantenha os nveis
existentes. No entanto, quando as quantidades de C aportadas so elevadas,
como no caso de pastagens de braquiria, expressivos aumentos no estoque
de C no solo foram verificados para Latossolos de Mato Grosso do Sul, com a
rotao soja-pastagem em PD (Salton et al, 2005).
30 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Os resultados anteriores sugerem que o aporte de resduos um componente
fundamental no processo de manuteno e acmulo de MOS no SPD.
Entretanto, limitado o que se sabe sobre o potencial produtivo de diferentes
espcies, em sistemas de rotaes/sucesses de cultura no SPD. So
poucas as informaes quantitativas e, sobretudo, qualitativas. Resultados
preliminares, obtidos em campos experimentais da Embrapa Agropecuria
Oeste (Dourados, MS), demonstraram que os teores de lignina e
hemicelulose na palhada de aveia podem variar significativamente entre o
sistema convencional (grade pesada), SPD e integrao lavoura
(SPD)/pastagem (Mercante et al., dados no publicados). Estudos adicionais
so necessrios para elucidar o potencial de produo dos diferentes
resduos e como os mesmos estariam influenciando a dinmica da MOS no
SPD.
Mesmo sem alterar os teores de C, o SPD pode alterar a distribuio relativa
de suas fraes ou reservatrios funcionais, interferindo na qualidade do solo
e nas produtividades das culturas. O fracionamento fsico da MOS possibilitou
a execuo de vrios trabalhos em diferentes ambientes, demonstrando entre
outras coisas a sensibilidade da frao lbil, que corresponde MO
particulada ou leve, respectivamente para os mtodos granulomtricos ou
densimtricos. Variaes no estoque desta frao podem detectar alteraes
na qualidade do sistema de manejo adotado, o que nem sempre perceptvel
ao avaliar apenas o estoque de COT no solo (Diekow et al., 2005; Salton,
2005).
Roscoe et al. (2000b) avaliaram, em um Latossolo Vermelho distrfico muito
argiloso, o efeito do sistema de preparo do solo no teor de MOS, atividade da
enzima urease, teores de nitrognio na biomassa, recuperao do N-uria
aplicado e produtividade de milho. Os autores observaram que, embora no
houvesse diferena no teor de matria orgnica entre os tratamentos, o SPD
apresentou os maiores valores para as demais variveis avaliadas, quando
comparado a dois outros sistemas convencionais (arado de disco e de
aiveca). A atividade da urease correlacionou-se positivamente com a
produo de matria seca total e produo de gros de milho, sendo que as -1
produtividades mximas de milho foram maiores para o SPD (6.177 kg ha ) do -1
que para os demais sistemas (4.640-5.045 kg ha ).
Estudos conduzidos na Embrapa Agropecuria Oeste, num Latossolo
Vermelho distrofrrico tpico, demonstraram teores de C da biomassa
microbiana mais expressivos no sistema natural (mata nativa), seguido pelo
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 31
sistema integrado lavoura-pecuria, SPD, pastagem contnua e sistema
convencional de cultivo. Anlises em trs pocas de avaliao (florescimento,
pr-plantio e plantio de culturas de inverno) evidenciaram uma reduo nos
teores de C da biomassa microbiana no sistema convencional em relao ao
SPD, em torno de 10%, 28% e 10%, respectivamente, embora nenhuma
alterao no teor total de C foi observada (Mercante et al., 2000). De maneira
similar, Balota et al. (1998) observaram, em solos do Paran, que o SPD
proporcionou maiores incrementos na biomassa microbiana, na respirao
basal e na relao entre o C microbiano e C orgnico total do solo.
Uma alternativa promissora para a regio tropical refere-se combinao de
ciclos de culturas anuais com pastagens (integrao lavoura-pecuria - ILP),
garantindo grandes aportes de resduo e elevada taxa de acmulo de MOS
(Vilela et al. 2003; Salton, 2005). Nas pastagens bem manejadas, as elevadas
produes de resduos, associadas ao no-distrbio do solo, favorecem o
processo de acmulo de MOS (Roscoe, 2005). A produtividade das pastagens
e, consequentemente, a sua produo de resduos, est associada a vrios
fatores como os inerentes prpria espcie, sistema radicular, nveis de
adubao, disponibilidade de N (Fagundes et al, 2005) e, principalmente, ao
manejo das pastagens (Schunke, 2000; Franzluebbers, 2005). Silva et al.
(2004), estudando o acumulo de carbono em pastagens sob diferentes tipos
de manejo em solos de Cerrado, observaram taxas de acmulo variando de -1 -1 -1 -1
negativas (-0,87 Mg ha ano de C) a altamente positivas (3 Mg ha ano de
C). Segundo os autores, pastagens bem manejadas, com adubao de
manuteno e consrcio com leguminosas, favorecem o acmulo de C no
solo, enquanto pastagens degradadas e superpastejadas tendem a perder
carbono. Na ILP, as culturas antecessoras pastagem podem favorecer a sua
produtividade, pois h uma tendncia de melhor aproveitamento dos
nutrientes residuais das adubaes pelas forrageiras (Machado et al., 1999).
Salton (2005), trabalhando com trs experimentos de longa durao em Mato
Grosso do Sul, obtiveram uma seqncia relativa ao acmulo de carbono no
solo, em funo de diversos sistemas de uso, partindo de valores negativos
para soja em sistema convencional, passando por valores neutros com a ILP e
culminando com valores superiores vegetao nativa para pastagens bem
manejadas (Fig. 3). Esse trabalho ilustra bem a possibilidade de elevao nos
nveis de carbono no solo atravs da adoo de sistemas de manejo
integrando lavouras e pastagens.
32 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Fig. 3. Valores relativos de estoques mdios de carbono orgnico (COT) no solo, em
sistemas de manejo ordenados em funo do aporte de C via fitomassa (fluxo de
energia), em experimentos de longa durao na regio Centro Oeste do Brasil.
Fonte: Salton, (2005).
Vegetao natural = 100%, as barras indicam o valor do desvio padro da mdia, quando
n>1. L-PC: soja em plantio convencional; L-PD: soja em plantio direto; S4P4: rotao soja por
4 anos pastagem (P. maximum) por 4 anos; S1P3: rotao soja por 1 ano pastagem (B.
brizantha) por 3 anos; S2P2: rotao soja por 2 anos pastagem (B. decumbens) por 2 anos; PP:
pastagem permanente (B. decumbens); e PP+L: pastagem permanente (B. decumbens)
consorciada com leguminosa.
Produo de fitomassa/Fluxo de energia
120
100
110
90
80
70
60
L-PC S4P4 S1P3 S2P2 PP PP + LL-PD
0
Sistemas de Manejo e Matria Orgnica do Solo 33
Consideraes Finais
O cultivo convencional promove uma significativa perturbao na dinmica e
no desempenho das funes da MOS, podendo reduzir os seus teores totais
ou, como em solos argilosos ricos em oxi-hidrxidos de Fe e Al, somente de
algumas de suas fraes mais dinmicas, como a leve-livre ou particulada e a
biomassa microbiana. Tal perturbao pode desencadear o processo de
degradao e de perda da qualidade do solo.
O sistema plantio direto, devido a sua caracterstica de no-revolvimento do
solo, tem o potencial de reduzir os efeitos danosos do sistema convencional,
preservando a MOS. Entretanto, esse potencial afetado por particularidades
do sistema de manejo adotado, as quais resultam no aporte e na qualidade
dos resduos adicionado ao sistema. Evidncias apontam para uma efetiva
manuteno da MOS em sistemas de rotao com elevado aporte de
resduos, envolvendo culturas de inverno. Os trabalhos avaliados sugerem,
ainda, que as maiores quantidades de resduos esto sempre relacionadas
presena de mais de uma cultura fixadora de nitrognio no esquema de
rotao. Sucesses contendo somente soja, seguida de aveia ou milho
safrinha, parecem no fornecer nitrognio suficiente para o sistema. Cabe
ressaltar que o balano positivo de N no sistema ir favorecer o acmulo de
MOS, no pelo maior aporte de resduos da prpria leguminosa fixadora, mas
sim pela maior produtividade das gramneas presentes no esquema de
rotao, visto que essas so extremamente responsivas ao N. Em esquemas
de rotao onde no ocorra o devido suprimento de N pela fixao biolgica
necessria a utilizao de fertilizantes minerais para a manuteno de
balano positivo de N no sistema.
A integrao lavoura pecuria surge como uma alternativa interessante para
reas onde h dificuldades de estabelecimento de sistemas de rotao de
culturas que sejam capazes de fornecer grandes aportes de resduos para o
solo, situao observada para a maior parte do Centro-Oeste do Brasil.
Entretanto, vale ressaltar que, mesmo nesses sistemas, o suprimento de
resduos dependente de um manejo adequado das pastagens.
34 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
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42 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Resumo - Nas ltimas duas dcadas, os ecossistemas terrestres vm sendo considerados to importantes quanto os oceanos na retirada e no
armazenamento de carbono da atmosfera, mitigando o efeito estufa. Embora
no seja considerado no mbito do Protocolo de Kyoto como uma atividade
elegvel para as compensaes de emisses, o sistema plantio direto vem
sendo apontado como uma alternativa promissora no seqestro de carbono
atmosfrico, ao promover a manuteno e o aumento da matria orgnica do
solo. Entretanto, existem ainda vrias restries metodolgicas para uma
efetiva contabilizao do seqestro de carbono no solo sob sistema plantio
direto. Uma das alternativas viveis para tal contabilizao a modelagem
matemtica e simulao da dinmica da matria orgnica do solo. Desta
forma possibilitaria a incluso do seqestro de carbono no solo sob sistema
plantio direto nos inventrios nacionais de emisses e a incluso de tal
alternativa mitigadora em acordos internacionais. No entanto, avanos so
ainda necessrios para adaptao dos simuladores para as condies
tropicais e subtropicais.
Renato Roscoe
Seqestro de Carbono no
Sistema Plantio Direto:
Possibilidades de Contabilizao
2
Abstract - In the last two decades, terrestrial ecosystems have been considered as important as oceans in fixing and accumulation atmospheric
carbon, mitigating greenhouse effect. Although not eligible as an activity for
emission compensation in the Kyoto Protocol, no-tillage system has been
considered as an promising alternative to atmospheric carbon sequestration,
since it promotes soil organic matter maintenance and increase. Nevertheless,
there are still several methodological restrictions for an effective assessment
of carbon sequestration under no-tillage system. Mathematical modeling and
simulation of soil organic matter dynamics has a great potential as a suitable
alternative for such a assessment, which would allow the inclusion of carbon
sequestration under no-tillage system in the national emission inventories.
This would allow the inclusion of such a mitigating alternative in international
agreements. However, improvements are still necessary for the adaptation of
models to tropical and subtropical conditions.
Carbon Sequestration on No Tillage
System: Accounting Possibilities
44 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Introduo
As mudanas no ambiente causadas pelas atividades humanas tm
provocado srios problemas ambientais, como a reduo da biodiversidade e
a degradao do solo e da gua. Mais recentemente, com o avano dos
conhecimentos cientficos, pesquisadores comearam a perceber que a
atividade humana tem afetado, ainda, a atmosfera. Estudos iniciados no final
da dcada de 70 e intensificados nos ltimos 20 anos acumularam evidncias
de que o homem vem causando alteraes significativas na composio da
atmosfera, emitindo quantidades crescentes de gases causadores de efeito
estufa (GEE). O aumento da temperatura na superfcie terrestre est
associado elevao da concentrao destes gases, o que gera alteraes
significativas no clima do planeta.
Dentre os GEEs emitidos pelas atividades antropognicas, o gs carbnico
responsvel por cerca de 70% do potencial de elevao da temperatura
terrestre. Nos ltimos 250 anos, a concentrao de CO na atmosfera 2
aumentou 31%, alcanando os atuais 366 ppm, mais alto nvel observado nos
ltimos 420 mil anos (Watson et al. , 2001).
O carbono emitido pelo homem vem, sobretudo, da queima de combustveis
fsseis e da mudana no uso da terra. O petrleo, carvo mineral e gs natural
representam a base da produo de energia na sociedade atual, respondendo
por dois teros de toda a energia consumida mundialmente. Por essa razo,
as emisses de CO provenientes da queima de combustveis fsseis 2
atingiram valores quatro vezes superiores quantidade emitida pela mudana
no uso da terra, nas ltimas duas dcadas. No obstante, ao longo da histria
da humanidade, a substituio de florestas por pastagens ou culturas anuais
foi responsvel por grandes redues nos estoques de carbono nos
ecossistemas terrestres, ao longo da histria da espcie humana. Como as
mudanas na matriz energtica tm um custo econmico extremamente
elevado, acredita-se que a recuperao dos estoques de carbono em
ecossistemas terrestres, que sofreram perda ao longo de sua histria de
utilizao, possa mitigar os efeitos das atividades humanas, re-absorvendo
carbono no solo e na vegetao. Adotando-se estratgias conservacionistas,
os ecossistemas terrestres poderiam armazenar o excesso de carbono
emitido para a obteno de energia, permitindo o desenvolvimento
tecnolgico e a substituio da matriz energtica por fontes renovveis.
Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto: Possibilidades de Contabilizao45
Neste contexto, tem-se avaliado o potencial de sistemas conservacionistas
em retirar o carbono da atmosfera, armazenando-o no solo. O sistema plantio
direto (SPD), por no promover o revolvimento do solo e a incorporao dos
resduos vegetais, tende a preservar a matria orgnica do solo, mantendo ou
at elevando os estoques de carbono neste reservatrio. Entretanto, existem
processos importantes envolvidos, os quais determinam ou no o acmulo de
carbono nos sistemas. O entendimento de tais processos, em um sistema
complexo como o solo, exige a integrao de conhecimentos em uma
abordagem sistmica.
Neste captulo, apresenta-se o ciclo global do carbono e os processos
envolvidos em seu balano nos ambientes terrestres. O objetivo foi o de
discutir o papel do sistema plantio direto no contexto da mitigao das
emisses de gases de efeito estufa, assim como, a importncia da
modelagem matemtica e simulao da dinmica da matria orgnica do solo
para o entendimento deste papel.
Ciclo Global do Carbono
As quantidades de CO na atmosfera resultam do balano entre fontes e 2
sumidouros nos seus principais reservatrios: os ecossistemas terrestres, os
oceanos e a litosfera (Fig. 1). O maior reservatrio de carbono na Terra
encontra-se nas rochas sedimentares, sendo estimado em 66 bilhes de Gt
de C (German Bundestag, 1989). Os fluxos de carbono entre a atmosfera e
esse imenso reservatrio ocorrem lentamente, com taxas anuais
extremamente baixas. O CO atmosfrico, por sua vez, pode ser absorvido 2
1
nos ecossistemas terrestres, principalmente, pela fotossntese e, nos
oceanos, atravs da fotossntese e da dissoluo na forma de carbonatos
(Schlesinger, 1997; Wigley & Schimel, 2000). Nos ecossistemas terrestres, o
CO fixado pela vegetao segue vrios caminhos, sendo parcialmente 2
consumido pela respirao dos prprios autotrficos e, posteriormente,
servindo de fonte bsica de energia para os demais sistemas heterotrficos.
Esses organismos consomem parte do carbono pela respirao e repassam
(1)
Solos alcalinos tambm podem fixar pequenas quantidades de CO atmosfrico na forma de 2
carbonatos. Porm este processo restringe-se a solos de regies semi-ridas e tem uma
contribuio irrisria quando comparado fotossntese.
46 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Fig. 1. Ciclo biogeoqumico do carbono: o C flui entre a atmosfera, oceanos,
sedimentos e ecossistemas terrestres (biomassa + solo). Em seu ciclo geoqumico, as
molculas de CO da atmosfera so dissolvidas nos oceanos na forma de carbonatos e 2
so lentamente depositadas como sedimentos, retornando naturalmente atmosfera
somente com a movimentao de placas tectnicas, no processo de subduco,
levando um tempo mdio de 400 milhes de anos. O C atmosfrico pode ainda ser
absorvido por plantas e algas pela fotossntese, entrando no ciclo biolgico do C, no
qual o tempo de ciclagem bem menor (100-1000 anos). As setas vermelhas
representam os fluxos criados pelo homem, pela mudana no uso da terra e pela
queima de combustveis fsseis. Valores em Gt (bilhes de toneladas) representam os -1
tamanhos dos reservatrios de C e, em Gt ano , os fluxos anuais na dcada de 90.
Fonte: Watson et al. (2001).
outra parte para os diferentes nveis trficos, terminando, finalmente, por ser
consumido pelo processo de decomposio, no qual, parte do carbono
acumula-se no solo, formando a matria orgnica do solo (MOS). A MOS
tambm decomposta, porm em taxas bastante lentas, o que permite que este
seja um importante reservatrio de C nos sistemas terrestres. Por essa razo,
calcula-se que as quantidades de carbono armazenadas nos solos sejam
quatro vezes superiores s encontradas na vegetao (Watson et al., 2000).
O tempo de permanncia do C nestes reservatrios terrestres varia entre dias
a alguns poucos milhares de anos (Wigley & Schimel, 2000).
Sedimentos/Litosfera
66.000.000 Gt
guas Superficiais 700 Gt
guas Profundas
38.000 Gt
Ecossistemas
Terrestres
2.000 Gt (Solos)
500 Gt (Biomassa)
Combustveis
Fsseis
5.000 Gt
Combustveis
Fsseis
5.000 Gt
-1
0,2 Gt ano
-1
- 2,3 Gt ano
-1
- 2,3 Gt ano
Atmosfera
760 Gt
-1
+ 1,6 Gt ano
-1
+ 6,3 Gt ano
-1
< 0,1 Gt ano
Oceanos
Seqestro de Carbono no Sistema Plantio Direto: Possibilidades de Contabilizao47
Nos oceanos, o CO pode seguir duas rotas principais, a orgnica, na qual 2
fixado pela fotossntese de algas, e a mineral, na qual se dissolve na forma de
cido carbnico, com posterior precipitao de carbonatos. O C fixado na
forma orgnica segue a mesma rota daquele dos ecossistemas terrestres,
passando por diferentes nveis trficos, sendo parcialmente perdido por
respirao e decomposio, em um ciclo relativamente rpido. Parte deste C
orgnico e, principalmente, os carbonatos (inorgnicos) vo sendo
lentamente acumulados no fundo dos oceanos, formando depsitos
sedimentares. Em condies naturais, o retorno para a atmosfera do carbono
aprisionado neste reservatrio sedimentar ocorre somente atravs de
emisses vulcnicas e hidrotrmicas, o que leva em mdia 400 milhes de
anos (Schlesinger, 1997).
Balano de Carbono
As emisses atuais de carbono para a atmosfera sofrem grande interferncia
da atividade antrpica. Os maiores fluxos so decorrentes da queima de
combustveis fsseis e da utilizao de rochas carbonatadas para a produo
de cimento. A queima de combustveis fsseis se refere utilizao de
petrleo, carvo e gs natural. Nas ltimas duas dcadas, a queima de
combustveis fsseis e produo de cimento contriburam com,
aproximadamente, 75% das emisses antropognicas (Fig. 1), ou seja, -1 -1
6,3 0,6 Gt C ano (Watson et al., 2001). O restante, 1,6 0,8 Gt C ano , vem
da mudana no uso da terra, principalmente em funo do desmatamento em
regies tropicais (Watson et al., 2001).
Fazendo um balano das emisses nos ltimos 150 anos, observa-se que as
emisses devido a mudanas no uso da terra (136 55 Gt C) foram, quase
que totalmente, equilibradas por processos de reabsoro pelos prprios
ecossistemas terrestres (Watson et al., 2000). Por outro lado, a queima de
combustveis fsseis e produo de cimento emitiu o dobro (270 30 Gt C)
para a atmosfera. Deste total, os oceanos conseguiram absorver cerca de um
tero, sendo o restante acumulado na atmosfera, elevando as concentrees
de CO de 285 ppm, antes da Revoluo Industrial, para os 366 ppm atuais 2
(Watson et al., 2000).
48 Dinmica da Matria Orgnica do Solo em Sistemas Conservacionistas
Mitigando as Emisses
Na ltimas duas dcadas, os ecossistemas terrestres vm funcionando como
um dreno de carbono to eficiente quanto os oceanos, em termos
quantitativos (Watson et al., 2000), o que vem sendo atribudo,
principalmente, ao crescimento de florestas em altas latitudes (Sarmiento,
2000). Entretanto, as respostas destes ecossistemas a alteraes no clima
podem afetar significativamente o seu potencial de seqestro de C no prximo
sculo (Sarmiento et al., 1998; Sarmie
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