FLUTUAÇÃO SAZONAL DA BIOMASSA MICROBIANA E TEORES DE NITRATO E AMÔNIO DE SOLO COBERTO COM Paspalum notatum EM UM AGROECOSSISTEMA

SEASONAL CHANGES IN MICROBIAL BIOMASS AND NITRATE AND AMMONIUM CONTENTS OF SOIL COVERED BY Paspalum notatum IN AN AGROECOSYSTEM

RESUMO

O trabalho foi conduzido em uma área da Baixada Fluminense cultivada há cerca de 40 anos com Paspalum notatum Flugge cv. Batatais, com o objetivo de avaliar a produção sazonal de fitomassa e a flutuação da biomassa microbiana e os teores de nutrientes do solo da rizosfera dessa gramínea perene. Ao longo de um ano, foram coletadas amostras de parte aérea, sistema radicular e solo rizosférico em cada estação do ano. Foram detectadas flutuações sazonais na produção de matéria seca de Paspalum notatum e na acumulação de N, P e K, acompanhadas de alterações nos teores de NH₄⁺ e NO₃^- e na biomassa microbiana do solo.

Palavras-chaves
Biomassa microbiana; gramíneas; nitrogênio

ABSTRACT

This study was carried out in a cultivated area of 40-year-old Paspalum notatum Flugge cv. Batatais located in Fluminense Lowland, Rio de Janeiro State, Southeast of Brazil, to evaluate seasonal plant production of this species and its effect in microbial biomass and nutrient contents of the soil. During a year, shoot, roots and rhizospheric soil samples were collected seasonally. Seasonal changes of dry matter production and N, P and K accumulation in plant tissues were detected. Alterations in NH₄⁺ and NO₃^- contents and soil microbial biomass were also observed.

Key words
Microbial biomass; grasses; nitrogen

INTRODUÇÃO

A população microbiana do solo apresenta um papel fundamental na dinâmica de nutrientes em diferentes ecossistemas, afetando as transformações de C, N e P (DIAZ-RAVIÑA et al., 1993). Dentre os indicadores do solo capazes de representar a população microbiana, a biomassa microbiana destaca-se devido a sua relação com matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e fluxo de energia (DE-POLLI & GUERRA, 1999). Funcionalmente, a biomassa atua como um reservatório de nutrientes, imobilizando-os temporariamente e reduzindo perdas por lixiviação, o que possibilita seu uso posterior pelas plantas.

Por meio da quantificação da biomassa microbiana, torna-se possível avaliar as mudanças iniciais no conteúdo de matéria orgânica do solo oriundas do manejo agrícola. No entanto, seus resultados devem ser associados a outras variáveis como a respiração do solo e os teores de C orgânico e N total para que se possa avaliar a dinâmica da matéria orgânica (GAMA-RODRIGUES et al., 1997).

O tamanho da biomassa microbiana influencia a quantidade de nitrogênio disponível no solo para as plantas (DUXBURY & NKAMBULE, 1994), uma vez que os microrganismos são responsáveis pela transformação do N orgânico em íons amônio e nitrato. Essas formas de N mineral podem então ser absorvidas pelas plantas. Além da biomassa microbiana, outros fatores capazes de influenciar a mineralização do nitrogênio são as características químicas de substratos orgânicos adicionados ao solo (NADELHOFFER et al., 1991) e as variações de temperatura e umidade (FISK & SCHMIDT, 1995).

Através da utilização de plantas de cobertura em sistemas agrícolas, torna-se possível adicionar ao solo quantidades de resíduos vegetais capazes de afetar a biomassa microbiana do solo e, consequentemente, alterar o processo de mineralização do nitrogênio e outros elementos. Contudo, efeitos diferenciados sobre a biomassa microbiana têm sido observados em função do tipo de resíduo adicionado ao solo (ALMEIDA, 1991).

A gramínea Paspalum notatum Flugge cv. Batatais é uma planta largamente encontrada na região da Baixada Fluminense. ESPINDOLA et al. (1998) relatam a elevada produção de raízes e rizomas dessa espécie, o que lhe permite adicionar quantidades expressivas de matéria orgânica ao solo. Além disso, sua associação com a bactéria diazotrófica Azotobacter paspali é capaz de enriquecê-la com N derivado da fixação biológica (GILLER & WILSON, 1991). Essas características tornam P. notatum uma espécie promissora para a utilização como cobertura perene para a conservação do solo. Apesar das vantagens descritas, há poucas informações disponíveis sobre os efeitos nas características químicas e biológicas dos solos cobertos com essa espécie.

Os objetivos do presente trabalho foram monitorar as flutuações sazonais na produção de fitomassa e estoque de nutrientes na parte aérea e raízes de P. notatum e o impacto sobre os conteúdos de C e N microbianos em um Planossolo.

MATERIAL E MÉTODOS

Descrição da área e delineamento experimental

O trabalho foi conduzido em área pertencente à Embrapa Agrobiologia, cultivada com Paspalum notatum Flugge cv. Batatais há cerca de 40 anos, localizada no município de Seropédica (43^o41’W e 22^o45’S), na região da Baixada Fluminense (RJ). As características climáticas da área durante a avaliação experimental encontram-se mostradas na Tabela 1.

O delineamento experimental adotado foi o de blocos ao acaso com cinco repetições. Cada parcela constituiu-se de uma área de 4 m² em solo classificado como Planossolo. Foi escolhida aleatoriamente uma área de 0,25 m² por parcela ao longo de cada estação do ano, onde coletaram-se amostras de raízes, parte aérea e solo rizosférico durante o verão, outono, inverno e primavera de 1994 e verão de 1995. As raízes foram coletadas na profundidade de 0 a 10 cm, sendo a escolha dessa profundidade justificada porque nela encontra-se a maior parte do sistema radicular de Paspalum notatum.

Produção de matéria seca e análise de nutrientes acumulados nas raízes e parte aérea

Amostras de raiz e parte aérea de P. notatum foram secas em estufa à temperatura de 65^oC até alcançarem massa constante. Posteri-ormente, as amostras foram finamente moídas e analisadas quanto aos teores de N, P e K. As análises de N foram feitas empregando-se o método Kjeldahl (BREMNER & MULVANEY, 1982). Após digestão nítrico-perclórica, os extratos foram analisados quanto a P (por colorimetria) e K (por fotometria de chama) conforme EMBRAPA (1979).

Análise de nutrientes em solo rizosférico

As amostras de solo rizosférico foram caracterizadas quanto aos teores de C orgânico, N total, Ca + Mg e K trocáveis e P disponível (EMBRAPA, 1979). A extração de NH₄ ⁺ e NO₃ ^- foi realizada com KCl 2 mol L^-1, realizando-se sua estimativa como proposto por ALVEs et al. (1994). P foi analisado colorimetricamente, K por fotometria de chama e Ca e Mg por titulação com EDTA. Os valores de pH foram determinados por leitura em potenciômetro.

Determinação de biomassa microbiana e respiração do solo

Foi adotado o método de fumigação-extração para medir o carbono da biomassa microbiana (TATE et al., 1988). Três subamostras de cada amostra de solo rizosférico foram fumigadas em dessecador com clorofórmio por 24 h. Outras três subamostras foram deixadas sem fumigação. A umidade do solo foi determinada secando-se outra subamostra numa estufa a 105^oC por 24 h. A extração foi feita com K₂SO₄ 0,5 mol L^-1, procedendo-se então conforme previamente descrito para a determinação de C orgânico.

A determinação do nitrogênio da biomassa microbiana foi realizada dosando-se NH₄⁺ e NO₃^- extraídos em K₂SO₄ 0,5 mol L^-1 de subamostras de solo fumigadas e não fumigadas (BROOKES et al., 1985).

A respiração do solo foi estimada após cinco dias de incubação. O CO₂ produzido pela respiração do solo foi capturado em frascos contendo 20 ml de NaOH 1 mol L^-1, procedendo-se então a titulação do excesso de hidróxido de sódio com HCl. O cálculo do quociente metabólico (qCO₂) foi feito por meio da divisão da quantidade de CO₂ liberado por hora pelo C da biomassa microbiana.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A produção de matéria seca de P. notatum apresentou flutuações sazonais tanto para as raízes quanto para a parte aérea. Em ambos os casos, os maiores valores foram obtidos durante os meses de verão (Tabela 2). De forma similar, observaram-se flutuações sazonais no conteúdo de nutrientes acumulados na fitomassa, sendo as quantidades de N, P e K na parte aérea e de P e K nas raízes maiores no verão. Considerando-se os incrementos relativos entre os períodos de inverno e de verão para, respectivamente, raízes e parte aérea de 68 e 363 % para massa seca; 68 e 462 % para N; 229 e 666 % para P; 149 e 514 % para K, nota-se que as variações na parte aérea são bem mais elevadas do que nas raízes. Tais variações podem ser entendidas a partir das características climáticas da região, como a temperatura e a distribuição de chuvas durante o ano. A queda nas taxas de precipitação pluviométrica (Tabela 1), com conseqüente redução nos teores de umidade do solo medidos durante o inverno (Tabela 3), podem reduzir a fotossíntese e afetar o crescimento das plantas (TAIZ & ZEIGER, 1991). Além disso, a redução dos teores de umidade do solo observada durante o inverno diminui a absorção de nutrientes, principalmente daqueles que chegam até as raízes por difusão e fluxo de massa (BRADY, 1989).

Quantidades expressivas de carbono foram retiradas da atmosfera e alocadas na forma de matéria seca de parte aérea e sistema radicular das plantas ao longo de todo o ano. Considerando-se o somatório dos cortes, verifica-se que P. notatum acumulou 13 t de matéria seca ha^-1, além de 134 kg de N e 90 kg de K ha^-1 durante o período de amostragem. Os dados relativos à produção de matéria seca mostraram-se consideravelmente superiores àqueles relatados para outras gramíneas (Berdahl et al., 2001; ODHIAMBO & BOMKE, 2001), evidenciando a eficiência de P. notatum como planta de cobertura do solo. Assim, a manutenção da cobertura viva com essa espécie permitiu adicionar carbono ao solo, além de reciclar nutrientes que são depositados sobre a superfície do solo após cada corte da parte aérea. Outras vantagens da utilização de cobertura vegetal sobre o solo, destacadas por DE-POLLI et al. (1996), são a redução das perdas de água por evaporação, o auxílio no controle da erosão e a formação de um ambiente mais favorável para os organismos benéficos do solo.

Tabela 1
Temperatura média do ar e precipitação pluviométrica da área em estudo durante o período de avaliação.

Mês	Temperatura Média do Ar
	oC
Janeiro/94	24,3
Fevereiro/94	27,9
Março/94	24,3
Abril/94	22,9
Maio/94	22,2
Junho/94	18,9
Julho/94	19,2
Agosto/94	18,9
Setembro/94	20,8
Outubro/94	23,0
Novembro/94	24,0
Dezembro/94	25,6
Janeiro/95	26,6
Média	23,0
Total	___

Tabela 2
Variação sazonal na produção de matéria seca e conteúdo de nutrientes na parte aérea e raízes de Paspalum notatum cultivar Batatais.

Estação do ano	Matéria seca		N acumulado		P ac Parte R
	Parte	Raízes	Parte	Raízes
	Aérea		Aérea		Aérea
------------------------ kg ha-1--------------------
Verão/94 (Janeiro/94)(1)	3.890 a(3)	4.890 ab	41,5 a	24,5 a	4,5 a
Outono/94 (Abril/94)	3.260 ab	3.180 ab	29,7 ab	16,2 a	3,2 ab
Inverno/94 (Julho/94)	840 c	3.060 b	7,4 c	15,6 a	0,6 c
Primavera/94 (Outubro/94)	1.590 bc	4.370 ab	21,9 b	26,1 a	1,8 bc
Verão/95 (Janeiro/95)	3.730 a	5.150 a	33,1 ab	26,3 a	3,7 ab
C.V. (%)(2)	36,81	24,93	23,66	25,80	49,69

• ⁽¹⁾
  Mês de amostragem;
• ⁽²⁾
  C.V. = Coeficiente de variação;
• ⁽³⁾
  Médias seguidas de letras iguais, na mesma coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05).

Assim como foi observado para a fitomassa, os teores de alguns nutrientes do solo rizosférico também apresentaram flutuações sazonais (Tabela 4). Em relação aos teores de amônio e nitrato, observou-se um pico de NH₄⁺ durante o outono, seguido pelo aumento do teor de NO₃^- durante o inverno. Esses resultados são evidências de que a máxima mineralização do N do solo deve ter ocorrido entre o outono e o inverno. A importância disso para o agroecossistema estudado relaciona-se ao fato de parte do N mineralizado ser posteriormente imobilizado por microrganismos do solo ou absorvido pelas plantas (ROY & SINGH, 1995). As alterações descritas para os teores de NH₄ ⁺ e NO₃^- foram acompanhadas de redução progressiva no teor de umidade do solo no período entre o verão e o inverno (Tabelas 3 e 4). De acordo com KEENEY & SAHRAWAT (1986), a alternância de ciclos com maior e menor umidade no solo, como observado na área coberta com P. notatum, é responsável pelo aumento na taxa de mineralização do N.

Foram também observados maiores valores de C orgânico e N total nas amostragens realizadas no verão e no outono, com posterior redução no inverno (Tabela 4). Os teores de P disponível também foram mais baixos no inverno, com elevação na primavera e no verão. A observação dos teores de C orgânico e N total ao longo das diferentes estações passa a impressão de que a matéria orgânica do solo manteve-se estável ao longo do ano, com exceção da queda observada nos meses de inverno. No entanto, DE-POLLI & GUERRA (1996) destacam que nem sempre esses parâmetros se mostram índices sensíveis a mudanças sofridas no conteúdo da matéria orgânica do solo quando comparados à biomassa microbiana.

Tabela 3
Variação sazonal dos parâmetros biológicos e da umidade avaliados no solo.

Estação do		Biomassa microbiana do solo(1)
ano	Cmic	Nmic	Respiração
	mg kg-1		mg CO2 kg-1 m
Verão/94	202,8 b(4)	78,4 ab	224,7 a
(Janeiro/94)(2)
Outono/94	370,2 a	89,0 a	152,7 b
(Abril/94)
Inverno/94	188,1 b	52,0 b	154,0 b
(Julho/94)
Primavera/94	370,7 a	62,1 ab	175,2 ab
(Outubro/94)
Verão/95	193,9 b	51,7 b	216,9 a
(Janeiro/95)
C.V. (%)(3)	28,17	22,57	15,56

_micmic2
• ⁽²⁾
  Mês de amostragem;
• ⁽³⁾
  C.V. = Coeficiente de variação;
• ⁽⁴⁾
  As médias seguidas de letras iguais, na mesma coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5%.

As mudanças detectadas nos conteúdos de C e N da biomassa microbiana do solo encontram-se na Tabela 3. O C microbiano apresentou valores que variaram em até 97 %, sendo os picos observados no outono e na primavera, que diferiram significativamente dos valores encontrados no verão e no inverno. Em relação ao N microbiano, foi observada variação percentual de até 72 %, sendo o pico observado no outono, decrescendo nos meses de inverno. Em concordância com os resultados aqui observados, flutuações sazonais da biomassa microbiana do solo têm sido relatadas em ecossistemas florestais (DIAZ-RAVIÑA et al., 1995) e agrícolas (PATRA et al., 1995). Contudo, deve-se destacar que a flutuação no C e N microbianos não obedeceu o mesmo padrão observado para produção de fitomassa de P. notatum.

A interpretação dos resultados observados em relação à variação sazonal da biomassa microbiana pode ser entendida a partir das condições climáticas dominantes no local e seus efeitos sobre a decomposição dos resíduos de P. notatum. A elevação nos conteúdos de C e N microbianos no outono estariam associados à grande quantidade de fitomassa formada no verão e, posteriormente, adicionada à superfície do solo na forma de resíduo após o corte da parte aérea de P. notatum. O pico do C microbiano também observado na primavera pode ser entendido pela elevação concomitante da temperatura do ar e da precipitação pluviométrica nessa época do ano, o que acarreta condições favoráveis ao aumento da biomassa microbiana do solo. Segundo GAMA-RODRIGUES (1999), tais elevações conferem função de reserva à biomassa microbiana, acumulando grandes quantidades de nutrientes.

Tabela 4
Valores de pH, teores de C e N total, Ca + Mg e K trocáveis e P, NH₄ ⁺ e NO₃^- disponíveis no solo.

Estação do ano		Elementos n
		Total		Trocável	--
	pH	C N		Ca+2+ Mg+2 K+
		g kg-1		mmolc dm-3---
Verão/94 (Janeiro/94)(1)	5,3 a(3)	17,6 a	1,7 a	36 a	5
Outono/94 (Abril/94)	5,6 a	16,7 a	1,7 a	38 a	5
Inverno/94 (Julho/94)	5,7 a	9,4 b	0,9 b	34 a	3
Primavera/94 (Outubro/94)	5,0 a	13,2 ab	1,4 a	41 a	6
Verão/95 (Janeiro/95)	5,6 a	17,6 a	1,6 a	34 a	5
C.V. (%)(2)	4,16	15,55	12,17	13,35

• ⁽¹⁾
  Mês de amostragem;
• ⁽²⁾
  C.V. = Coeficiente de variação;
• ⁽³⁾
  Médias seguidas de letras iguais, na mesma coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey (p<0,05).

A respiração e o quociente metabólico do solo também sofreram flutuações sazonais, como demonstrado na Tabela 3. Os dados relativos à respiração do solo apresentaram variação percentual de 47 % na evolução de CO₂ kg¹ de solo, com valores máximos detectados no verão. Com relação ao quociente metabólico, houve variação de 116 % na evolução de CO₂ kg^-1 de C microbiano h^-1. De forma semelhante à respiração do solo, os maiores valores foram encontrados no período de verão.

A respiração e o quociente metabólico do solo variaram de acordo com a temperatura do ar e a taxa de precipitação pluviométrica, mostrando-se intimamente associados com o teor de umidade do solo (Tabela 3). Maiores níveis de atividade microbiana têm sido relatados com o aumento da temperatura e da umidade do Solo (SANTRUCKOVA & STRASKRAVA, 1991; ALVAREZ et al., 1995), implicando em redução no conteúdo de C microbiano.

Os dados relativos à biomassa microbiana, respiração e quociente metabólico do solo assumem importância dentro do contexto ambiental na medida que permitem uma melhor compreensão da ciclagem de nutrientes em áreas cultivadas com Paspalum notatum. A redução dos valores de C microbiano durante os meses de verão, associada ao aumento da respiração e do quociente metabólico, indica que a biomassa microbiana estaria liberando nutrientes para a solução do solo. Tais nutrientes poderiam então ser absorvidos por P. notatum ou por outra espécie vegetal consorciada. Por outro lado, os picos de C microbiano e os baixos valores de quociente metabólico durante os meses de primavera e outono sugerem que a biomassa microbiana funciona como um compartimento de reserva de nutrientes nesses períodos, evitando perdas através de processos como a lixiviação.

Dessa forma, o entendimento das variações sazonais na produção de fitomassa de P. notatum e o seu impacto sobre parâmetros químicos e biológicos do solo pode revelar-se uma estratégia importante em agroecossistemas com condições edafoclimáticas semelhantes às observadas na Baixada Fluminense. Isso porque o conhecimento de tais variações auxilia na elaboração de estratégias de manejo dessa gramínea como planta de cobertura do solo, visando o fornecimento adequado de nutrientes para outras espécies consorciadas.

CONCLUSÃO

Flutuações sazonais na produção de fitomassa aérea e subterrânea de Paspalum notatum, decorrentes de variações nos atributos climáticos ao longo do ano, são acompanhadas de flutuações nas quantidades de N, P e K acumulados na fitomassa, e nos teores de NO₃ ^- e NH₄ ⁺, conteúdo e atividade da biomassa microbiana do solo.

LITERATURA CITADA

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  15 Jan 2024
• Data do Fascículo
  Jan-Dec 2001