Caracterização e distribuição das formas do nitrogênio orgânico em três solos da Amazônia Central

Characterization and distribution of organic forms of nitrogen in three soils of Central Amazônia

AGRONOMIA

Caracterização e distribuição das formas do nitrogênio orgânico em três solos da Amazônia Central

Characterization and distribution of organic forms of nitrogen in three soils of Central Amazônia

S. S. Alfaia

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA), Rua André Araújo, 2938 - Caixa Postal 478, CEP 69083-000, Manaus (AM). E-mail: [e-mail]

RESUMO

As formas orgânicas do nitrogênio em solos são determinadas mediante a identificação e quantificação dos compostos orgânicos liberados, quando os solos são tratados com ácido a alta temperatura. Ainda não se conhecem na literatura trabalhos sobre a natureza química do N orgânico nos solos da Amazônia. O presente trabalho teve como objetivos identificar e quantificar a transformação do nitrogênio proveniente de fertilizantes marcados com ¹⁵N nas frações orgânicas nitrogenadas de três solos da Amazônia Central: dois solos de terra firme, classificados como Latossolo Amarelo e Podzólico Vermelho Amarelo e um solo de várzea, classificado como Glei Pouco Húmico. Foram utilizadas amostras de solos de um ensaio de adubação desenvolvido em condições de casa de vegetação, onde, após cultivo, procedeu-se o fracionamento do N orgânico do solo por meio da hidrólise ácida. Foram determinadas as seguintes frações: N-solúvel em ácido e destilado (NSAD), N-solúvel em ácido e não destilado (NSAnD) e N-não hidrolisado (NnH). Nos solos de terra firme, o N orgânico foi encontrado principalmente na forma de N solúvel em ácido e não destilado (NSAnD). Entre 63 a 66% (Latossolo) e 69 a 73% (podzólico) do ¹⁵N imobilizado no solo foram encontrados na fração NSAnD. Esses resultados demonstram a importância da imobilização microbiana do N nesses solos. No solo de várzea, ao contrário, houve pouca diferença entre os teores de ¹⁵N do fertilizante imobilizado nas frações NSAnD e NSAD. Entre 46 e 53% do total de ¹⁵N imobilizado foram encontrados na fração NSAnD, enquanto que 42 a 52% ficaram na fração NSAD. Nesse solo, a presença de argila tipo 2:1 pode ter contribuído para o alto estoque de ¹⁵N orgânico incorporado na fração NSAD, devido à fixação de íons NH₄⁺.

Palavras-chave: imobilização, fracionamento do N-orgânico do solo, hidrólise ácida, fertilizantes nitrogenados.

ABSTRACT

The organic N forms in soil are determined by identification and quantification of organic compounds released by acid hydrolysis. There are no available data on the chemical nature of organic N in the Amazon soils. The objective of this study was to identify and quantify the transformation of ¹⁵N-labeled nitrogen fertilizers to different organic nitrogen fractions in three soils of Central Amazonia: an Oxisol, an Ultisol and a Low-Humic Gley (LHG). The soils were sampled after cultivation in greenhouse experiment. The chemical fractionation of soil organic nitrogen, as acid-hydrolysable and distillable N (NSAD), acid-hydrolysable non-distillable N (NSAnD) and non-hydrolysable N (NnH), was performed. In the Oxisol and Ultisol, 63 to 66% and 69 to 73%, respectively, of fertilizer N applied was incorporated in the NSAnD fraction. This suggests that N immobilization of microbial origin is important in these soils. In the LHG, there was equal immobilization in both NSAnD and NSAD fractions: 46 to 53% of N applied was immobilized in NSAnD, while 42 to 53% was immobilized in NSAD. In this soil, the presence of 2:1 type clays probably contributed to the high stock of ¹⁵N incorporated in the NSAD fraction, due to fixation of NH₄⁺.

Key words: immobilization, fractionation of organic-N, acid hydrolysis, nitrogen fertilizers.

INTRODUÇÃO

O nitrogênio encontra-se no solo essencialmente na forma orgânica (aproximadamente 98%). A outra pequena parte encontra-se nas formas minerais de amônio, nitrato e nitrito. A mineralização é a transformação biológica do N orgânico do solo em N inorgânico, executada pelos microrganismos heterotróficos do solo. A imobilização refere-se ao processo inverso, ou seja, é a transformação do N inorgânico em orgânico. Os microrganismos do solo assimilam as formas inorgânicas de N para formar os constituintes orgânicos de suas células e tecidos. Os compostos sintetizados pelos microrganismos podem ser parcialmente mineralizados e tornar-se disponível para as plantas. Estudos sobre os mecanismos relacionados com a imobilização e mineralização de fertilizantes nitrogenados têm sido relatados por diversos autores (Broadbend & Taylor, 1962; Vong et al., 1990, Jacquin et al., 1992, Sulce et al., 1996).

Como conseqüência dos processos de mineralização e imobilização, uma parte não negligenciável (20 a 50%) do N dos fertilizantes aplicada ao solo é imobilizada e incorporada nas estruturas das substâncias húmicas, tornando-se pouco disponível para as plantas (Jacquin et al., 1992). Os experimentos com ¹⁵N têm mostrado que aproximadamente 1/3 do N dos fertilizantes aplicados permanece no solo na forma orgânica após o primeiro cultivo, e somente uma pequena fração (< 15%) é aproveitada pela planta em um cultivo subseqüente (Kelley & Stevenson, 1995).

As formas orgânicas do nitrogênio em solos são determinadas mediante a identificação e quantificação dos compostos orgânicos liberados, quando os solos são tratados com ácido a alta temperatura. Qualitativamente se podem distinguir as seguintes formas de N orgânico do solo: 1) N solúvel em ácido e não destilável (NSAnD), fração constituída essencialmente pelos aminoácidos, representa o compartimento biológico onde se estabelecem os processos de imobilização e mineralização (Vong, 1987); 2) N solúvel em ácido e destilável (NSAD), forma de N essencialmente de natureza amoniacal e 3) N não hidrolisável (NnH), que corresponde a fração do N resistente à hidrólise ácida de natureza não protéica (Schnitzer, 1981). Ainda não se conhecem na literatura trabalhos sobre a natureza química do N orgânico nos solos da Amazônia. Somente com a utilização de ¹⁵N é possível avaliar as transformações que sofre o N dos fertilizantes no solo, além de possibilitar uma melhor caracterização das frações do N orgânico que são susceptíveis a mineralização microbiana, em formas aproveitáveis pelas plantas.

O presente trabalho teve como objetivo caracterizar e avaliar a dinâmica da transformação do nitrogênio dos fertilizantes marcados com ¹⁵N, nas frações orgânicas nitrogenadas em três solos da Amazônia Central.

MATERIAL E MÉTODOS

Foram utilizadas amostras coletadas na profundidade de 0-30 cm de dois solos de terra firme da região de Manaus, classificados como Latossolo Amarelo textura muito argilosa e Podzólico Vermelho Amarelo textura areno/argilosa, e de um solo de várzea classificado como Glei Pouco Húmico (GPH) do Careiro, localizado em uma ilha situada após a confluência do rio Solimões e Rio Negro na região da Amazônia Central. As principais propriedades químicas e a granulometria desses solos são: a) Latossolo - pH em água, 4,6; N total, 1,4 g kg^-1; C, 17,8 g kg^-1; CTC, 54 mmolc kg^-1 e, 110, 50 e 840 g kg^-1 de areia, silte e argila, respectivamente; b) podzólico - pH em água, 4,7; N total, 0,51 g kg^-1; C, 10,9 g kg^-1; CTC, 24 mmolc kg^-1 e, 640, 60 e 300 g kg^-1 de areia, silte e argila, respectivamente; c) GPH - pH em água, 6,4; N total, 0,73 g kg^-1; C, 8,9 g kg^-1; CTC, 96 mmolc kg^-1 e 500, 390 e 110 g kg^-1 de areia, silte e argila, respectivamente. O C e o N foram determinados por cromatografia gasosa, utilizando um auto-analisador CHN (Carlo-Erba 500), o pH, a CTC e a granulometria foram determinados segundo a metodologia da EMBRAPA (1997).

As amostras de solos utilizadas nesse estudo foram provenientes de um ensaio de adubação desenvolvido em condições de casa de vegetação, submetidos a três tratamentos, constituídos pela testemunha (sem aplicação de N), e 60 mg kg^-1 de N na forma de uréia e de sulfato de amônio, respectivamente com 34,5 e 40% de átomos em excesso de ¹⁵N. Em seguida esses solos foram cultivados com azevém da Itália (Lolium multiflorum L.), por um período de 63 dias. O delineamento experimental foi de blocos casualizados com quatro repetições, sendo que após o cultivo tomaram-se duas repetições de cada tratamento e procedeu-se o fracionamento do N orgânico do solo. A significação dos dados foi determinada pela análise de variância e teste de Tukey a 5% de probabilidade. Neste trabalho são abordados apenas os resultados do fracionamento, uma vez que os dados referentes ao balanço do ¹⁵N no sistema solo-planta, foram estudados por Alfaia (1995; 1997).

O método de determinação das frações orgânicas de nitrogênio correspondeu a uma técnica simplificada do processo proposto por Stewart et al. (1963). O equivalente a 10 g de solo seco (após extração do N mineral com KCl 1M) foi submetido a extração sob refluxo, com 100 ml de HCl 6M durante 16 horas (Bremner, 1965). Após resfriamento, a solução do hidrolisado foi filtrada e o solo residual foi seco ao ar. Nesse solo, o N que corresponde à fração de N-não hidrolisado (NnH), foi determinado pelo processo de digestão ácida a quente Por destilação de uma alíquota da solução hidrolisada na presença de NaOH 10M, obteve-se a fração do N-solúvel em ácido e destilado (NSAD). Pela digestão ácida a quente do hidrolisado obteve-se a fração correspondente ao N-hidrolisado total. O valor de N-solúvel em ácido e não destilado (NSAnD) foi obtido pela diferença entre o N-hidrolisado total e o NSAD. As análises isotópicas de ¹⁵N das amostras de solos foram efetuadas por espectrometria de massa (Fiedler & Proksch, 1975).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nos três solos observa-se que o N orgânico encontra-se principalmente na forma de NSAnD (Tabela 1), cujos teores foram significativamente mais elevados do que os observados nas outras formas. O teor de NSAD variou entre 24,2 e 25,7% no Latossolo e de 21,2 a 27,6% no Podzólico, enquanto que no GPH os valores foram um pouco mais elevados e situou-se entre 29,3 a 33,2%. Essa forma de N orgânico de natureza amoniacal representa, normalmente, de 18 a 32% do N total (Schnitzer, 1981). O teor de NnH variou entre 22,3 e 26,7% no Latossolo, 12,2 a 15,4% no Podzolico e de 24,3 a 26,2% no GPH. Essa fração corresponde teoricamente ao N heterocíclico resistente à hidrólise ácida, sendo a fração mais estável das substâncias húmicas presentes no solo. Segundo Kelley & Stevenson (1995), esta fração representa cerca de 25 a 35% do N total do solo.

Existem grandes variações na composição do N orgânico nos solos. Essas variações normalmente têm sido atribuídas às propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. Nos três solos estudados o teor de N orgânico foi significativamente mais elevado no Latossolo, seguido do GPH e Podzólico.

DISTRIBUIÇÃO DAS DIFERENTES FORMAS ORGÂNICAS DO ¹⁵N DO FERTILIZANTE IMOBILIZADO

O ¹⁵N dos fertilizantes imobilizado no solo após o cultivo foi determinado sem considerar o N mineral restante no solo, devido aos baixos valores de N-NH₄⁺ e N-NO₃^- encontrados (Alfaia, 1997), mostrando que durante o seu desenvolvimento a planta absorveu o N mineral disponível no solo. No entanto, o N do fertilizante imobilizado no solo variou em função do tipo de solo e da forma do adubo aplicado. Nos Podzólico e Latossolo a imobilização foi significativamente mais elevada na presença de uréia do que na de sulfato de amônio, variando de 10,1 a 15,4% no Podzólico e de 13,0 a 16,2% no Latossolo (Figura 1). No GPH a diferença entre os dois fertilizantes foi menor e variou de 19,4 a 19,6%. A importância dessa imobilização é que esta representa uma forma de estoque de N no solo relativamente estável, podendo contribuir para a manutenção desse nutriente no solo em longo prazo (Jacquin & Vong, 1989). O conhecimento das formas orgânicas nitrogenadas e análise de sua estabilidade podem-se constituir em um critério útil de avaliação do N orgânico do solo que é susceptível a mineralização (Egoumenides, et al., 1987).

Os valores da distribuição do N orgânico do fertilizante, imobilizado no solo, nas três frações estudadas não apresentaram grandes variações em relação aos tratamentos (Tabela 2). Alguns trabalhos demonstraram que a aplicação de fertilizante por um longo tempo não afetou significativamente a distribuição das formas de N no solo (Khan, 1971; Giddens et al., 1971). No Latossolo, a distribuição do ¹⁵N do fertilizante nas diferentes frações orgânicas de N é semelhante à observada no Podzólico, para as duas formas de fertilizantes aplicados. Nesses solos houve um importante estoque de ¹⁵N-fertilizante na fração NSAnD para ambas as formas de fertilizantes, enquanto que no GPH houve pouca diferença entre os teores de ¹⁵N imobilizado nas frações NSAnD e NSAD. Por outro lado, nos três solos estudados foram observados baixos valores de ¹⁵N do fertilizante imobilizados na fração mais estável (NnH).

A Figura 2 mostra que no Latossolo, 63% (uréia) a 66% (sulfato de amônio) do total de ¹⁵N imobilizado no solo foi encontrado na fração NSAnD. No Podzólico, 69% (uréia) a 73% (sulfato de amônio) do total de ¹⁵N imobilizado, também ficou retido na fração NSAnD. Esses resultados demonstram a importância da imobilização de origem microbiana do N nesses solos. Jacquin et al., (1992) observaram que a fração NSAnD foi a forma predominante de ¹⁵N imobilizado, sendo também a mais alterada pelo cultivo e apresentando-se como a mais rapidamente disponível às plantas. Vong et al. (1990) encontraram correlação altamente significativa entre a fração NSAnD e a biomassa microbiana do solo, sendo que no solo cultivado um aumento mais acentuado da atividade biológica foi observado, induzindo uma maior porcentagem da fração NSAnD presente no solo. Sulçe et al. (1996) também mostraram a fração NSAnD como sendo a mais ativa do solo. Entre 26 a 27% do total de ¹⁵N imobilizado no Latossolo foi encontrado na fração NSAD, enquanto que no Podzólico, a taxa de imobilização nessa fração variou de 25 a 29%. De acordo com Vong (1987), essa fração de natureza amoniacal não apresenta contribuição importante em relação ao estoque e transformação de N de origem microbiana. Tal fração obtida por destilação direta, é muito lábil e seus teores apresentam pequena variação ao longo do tempo. Segundo o referido autor, a fração NSAD corresponderia a formas de N de transformação muito rápida e representaria um ponto de passagem para outras formas de N.

A figura 2 mostra que do total de ¹⁵N imobilizado no GPH, entre 46 e 53% foram encontrados na fração NSAnD, nos tratamentos com sulfato de amônio e uréia, respectivamente, enquanto que 42% (uréia) a 52% (sulfato de amônio) do total de ¹⁵N imobilizado ficou na fração NSAD. Nesse solo a presença de argila tipo 2:1 pode ter contribuído para o alto estoque de ¹⁵N imobilizado na fração NSAD, devido à fixação de NH₄⁺ (Alfaia & Nogueira, 1985). Segundo Kelley & Stevenson (1995), os ions amônio fixados nas argilas podem contribuir em grande parte para a elevação dos teores de N-orgânico na forma amoniacal. Os compostos nitrogenados retidos nas estruturas de latice dos minerais de argila podem ser particularmente resistentes ao ataque de microrganismos. Em um estudo sobre a mineralização do ¹⁵N do fertilizante imobilizado nas diversas frações orgânicas do solo, Jacquin et al. (1992), observaram que ao contrário da fração NSAnD, a porcentagem de ¹⁵N presente na fração NSAD decresceu muito pouco durante o cultivo. Por outro lado, Vong et al. (1990), relataram que nenhuma correlação significativa foi observada entre a fração NSAD e a biomassa microbiana do solo.

O teor de ¹⁵N imobilizado no solo na fração NnH para os três solos foi baixo, variando de 8 a 10% no Latossolo, 2 a 5% no GPH, e permaneceu em torno de 2,5 % no Podzólico, para ambas as formas de fertilizantes.

CONCLUSÕES

Os resultados mostraram que a taxa de imobilização do N do fertilizantes no solo variou em função do tipo de solo e da forma do adubo aplicado. A determinação da forma orgânica do N do fertilizante imoblizado mostrou que nos Latossolo e Podzólico a imobilização foi principalmente de origem microbiana. Nesses solos, entre 63 a 66% (Latossolo) e 69 a 73% (Podzolico) do ¹⁵N imobilizado no solo foi encontrado na forma de N solúvel em ácido e não destilado (NSAnD).

No solo GPH houve pouca diferença entre os teores de ¹⁵N imobilizado nas frações NSAnD e N solúvel em ácido e destilado (NSAD). Entre 46 e 53% do ¹⁵N imobilizado ficou na fração NSAnD e entre 42 a 52% ficou na fração NSAD. O alto estoque de ¹⁵N imobilizado na fração NSAD pode estar relacionado com as características mineralógicas desse solo de várzea.

BIBLIOGRAFIA CITADA

Recebido em 26/05/2003

Aceito em 21/02/2006

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Ago 2006
• Data do Fascículo
  2006

Histórico

• Aceito
  21 Fev 2006
• Recebido
  26 Maio 2003