Biomassa e atividade microbiana em solo sob diferentes sistemas de manejo na região fisiográfica Campos das Vertentes - MG

Soil biomass and microbial activity under different management systems in the physiographic region Campos das Vertentes - Minas gerais

SEÇÃO III - BIOLOGIA DO SOLO

Biomassa e atividade microbiana em solo sob diferentes sistemas de manejo na região fisiográfica Campos das Vertentes - MG(¹)

Soil biomass and microbial activity under different management systems in the physiographic region Campos das Vertentes - Minas gerais

Rubens Ribeiro da Silva^I; Marx Leandro Naves Silva^II; Evaldo Luis Cardoso^III; Fátima Maria de Souza Moreira^II; Nilton Curi^II ; Alessandra Mayumi Tokura Alovisi^IV

^IProfessor da Universidade Federal do Tocantis, Campus de Gurupi, Caixa Postal 66, CEP 77402-970 Gurupi (TO). E-mail: [e-mail]

^IIProfessor do Departamento de Ciência do Solo, Universidade Federal de Lavras - UFLA. Caixa Postal 37, CEP 37200-000 Lavras (MG). E-mails: [e-mail]; [e-mail], [e-mail]

^IIIPesquisador da Embrapa Pantanal. Caixa Postal 109, CEP 79320-900 Corumbá (MS). E-mail: [e-mail]

^IVProfessora da Faculdade Anhanguera de Dourados. Rua Rio Brilhante 667, CEP 79811-120 Dourados (MS). E-mail: [e-mail]

RESUMO

A biomassa e a atividade microbiana têm sido apontadas como indicadores adequados de alterações provocadas por diferentes sistemas de uso e manejo do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações na biomassa e na atividade microbiana de um Latossolo Vermelho-Amarelo ácrico típico, sob Cerrado nativo e diferentes sistemas de manejo, na região fisiográfica Campos das Vertentes, Minas Gerais. Os sistemas avaliados foram: cultivo convencional com batata (CCB); cultivo com batata, sucedido por aveia e rotação com milho (CBAM); cultivo convencional com milho (CCM); plantio direto com milho (PDM); cultivo convencional com eucalipto (CCE); e o Cerrado nativo (CN) como referência. Foram coletadas amostras de solo nas profundidades de 0-10, 10-20 e 20-30 cm, analisados o C microbiano (Cmic) e a respiração basal e calculados o quociente metabólico (qCO₂) e a relação Cmic/C orgânico. A biomassa e a atividade microbiana foram influenciadas pelos diferentes sistemas de manejo do solo, e as condições mais satisfatórias para a microbiota do solo ocorreram no Cerrado nativo. O manejo mais intensivo do solo e o uso frequente de agrotóxicos, característicos dos sistemas CCB e CBAM, determinaram redução nos teores de Cmic, menores valores da relação Cmic/C orgânico e maiores valores de qCO₂, indicando uma provável condição de estresse para a biomassa microbiana.

Termos de indexação: carbono microbiano, qualidade do solo, matéria orgânica.

SUMMARY

Biomass and microbial activity have been suggested as appropriate indicators of changes caused by different land use and management systems. The objective of this study was to evaluate alterations in biomass and microbial activity of a typic acric Red-Yellow Latosol (Oxisol), under native Cerrado and different management systems, in the physiographic region Campos das Vertentes, state of Minas Gerais. The evaluated systems were: conventional tillage with potato (CCB); potato followed by oat in rotation with corn (CBAM); conventional tillage with corn (CCM); no-till with corn (PDM); conventional tillage with eucalyptus (CCE); and native Cerrado (CN) as reference. Soil samples were collected in the layers 0-10, 10-20 and 20-30 cm. The microbial carbon (Cmic) and basal respiration were analyzed, and the metabolic quotient (qCO₂) and Cmic/organic carbon ratio were calculated. The biomass and microbial activity were influenced by the different soil management systems and the conditions for soil microbiota were most adequate under NC. The most intensive soil managements with frequent pesticide use, as in the CCB and CBAM systems, resulted in lower amounts of Cmic, lower Cmic/TOC ratio and higher qCO₂ values, indicating a probable stress condition for microbial biomass.

Index terms: microbial carbon, soil quality, organic matter.

INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas, a preocupação com a avaliação da qualidade do solo tem merecido destacada atenção, e a quantificação de alterações nos seus atributos, decorrentes da intensificação de sistemas de uso e manejo, tem sido amplamente realizada para monitorar a produtividade sustentável dos solos (Neves et al., 2007) e a conservação dos recursos naturais.

A manutenção da produtividade dos ecossistemas agrícolas e florestais depende, em grande parte, do processo de transformação da matéria orgânica e, por conseguinte, da biomassa microbiana (Gama-Rodrigues & Gama-Rodrigues, 2008); por isso, tem sido crescente o interesse nos aspectos relacionados ao funcionamento biológico do solo sob sistemas naturais e agrícolas (Matsuoka et al., 2003). Como a atividade da microbiota do solo é responsável pela decomposição dos compostos orgânicos, pela ciclagem de nutrientes e pelo fluxo de energia do solo, a biomassa microbiana e sua atividade têm sido apontadas como as características mais sensíveis às alterações na qualidade do solo, causadas por mudanças de uso e práticas de manejo (Trannin et al., 2007).

A biomassa microbiana é o compartimento da matéria orgânica do solo diretamente influenciado por fatores bióticos e abióticos, de tal forma que respostas a mudanças nos sistemas de uso e manejo do solo podem ser detectáveis muito mais rapidamente pela biomassa microbiana e seus metabólitos do que nos teores de C do solo, principalmente devido ao tempo de ciclagem da matéria orgânica (Gama-Rodrigues et al., 2005). Estimativas da biomassa microbiana têm sido usadas em estudos do fluxo de C e N, ciclagem de nutrientes e produtividade das plantas em diferentes ecossistemas terrestres, possibilitando ainda a associação da quantidade de nutrientes imobilizados e a atividade da biomassa microbiana com a fertilidade e o potencial de produtividade do solo (Gama-Rodrigues & Gama Rodrigues, 2008).

A quantidade e composição da biomassa microbiana podem ser influenciadas por diversos fatores, entre os quais o sistema de cultivo, a rotação de culturas e a textura do solo (Venzke Filho et al., 2008). A influência das plantas sobre a biomassa microbiana pode ser direta, como no caso do efeito seletivo da rizosfera (Neal et al., 1973), ou indireta, por meio das fontes de C provenientes dos resíduos culturais, que podem ser mais ou menos biodisponíveis à decomposição enzimática pelos microrganismos (Herman et al., 1977; Rahn & Lillywhite, 2001). Por outro lado, muitas vezes o crescimento microbiano pode ser limitado pela escassez de nutrientes encontrados no solo, mas a adição de fontes de C ou N pode aumentar a biomassa e, com isso, imobilizá-los na sua constituição celular (Graham et al., 2002).

A atividade da microbiota do solo pode ser avaliada de diversas formas, como pela medição da sua biomassa, da atividade de certas enzimas no solo, medidas da respiração basal (Tótola & Chaer, 2002), entre outras. Assim como outros processos metabólicos, a respiração é dependente do estado fisiológico da célula microbiana e é influenciada por diversos fatores do solo, como: a umidade, a temperatura, a estrutura, a disponibilidade de nutrientes, a textura, a relação C/N, a presença de resíduos orgânicos, entre outros. Altas taxas de respiração podem indicar tanto um distúrbio ecológico como um alto nível de produtividade do ecossistema (Islam & Weil, 2000). Anderson & Domsch (1993) propuseram o quociente metabólico (qCO₂), definido pela razão entre a respiração basal por unidade de biomassa microbiana do solo e por unidade de tempo, como atributo que permite a identificação de solos contendo biomassa mais eficiente na utilização de C e energia, os quais refletem ambientes com menor grau de distúrbio ou estresse (Chaer & Tótola, 2007). Valores mais elevados de qCO₂, normalmente, são associados com ecossistemas jovens, submetidos a alguma condição de estresse, enquanto menores valores, normalmente, são associados com ecossistemas maduros e estáveis (Anderson & Domsch, 1993).

Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações na biomassa e na atividade microbiana de um Latossolo Vermelho-Amarelo ácrico típico, sob Cerrado nativo e diferentes sistemas de manejo, na região Campos das Vertentes, Minas Gerais.

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi realizado na região Campos das Vertentes, localizada na bacia do Alto do Rio Grande, situada no centro-sul do Estado de Minas Gerais. O solo das áreas de estudo foi classificado como Latossolo Vermelho-Amarelo ácrico típico, textura muito argilosa (Embrapa, 1999), desenvolvido sobre um substrato geológico correspondente a rochas metapelíticas pobres dos grupos São João Del Rei (filito) e Andrelândia (micaxisto) (Quadro 1).

A descrição detalhada dos diferentes sistemas de uso e manejo do solo, com o respectivo histórico das áreas de estudo, constam no quadro 2. Em janeiro de 2001 foi realizada uma coleta de amostras de solo nas entrelinhas dos diferentes sistemas de manejo e aleatoriamente no Cerrado nativo, nas profundidades de 0-10, 10-20 e 20-30 cm do perfil do solo, compostas de três subamostras e com três repetições. As amostras foram acondicionadas em sacos plásticos, protegidas da luz e mantidas em caixas térmicas, sendo transportadas para o laboratório no prazo máximo de 48 h. Em seguida, foram peneiradas (malha de 2 mm), com a umidade do solo uniformizada para 50 a 60 % da capacidade máxima de retenção de água, acondicionadas em sacos plásticos e mantidas sob refrigeração próxima a 4 ºC.

O C da biomassa microbiana (Cmic) foi determinado pelo método da fumigação-extração (Vance et al., 1987), que consiste na extração do Cmic, após a aplicação de clorofórmio às amostras, o que provoca morte dos microrganismos e liberação dos componentes celulares. O cálculo do teor de Cmic foi realizado a partir da seguinte expressão:

em que Cmic é o C da biomassa microbiana (mg g^-1); F, o C da amostra fumigada (mg g^-1); NF, o C da amostra não fumigada (mg g^-1); e Kc, o fator para converter o C extraído em Cmic. Os valores de Kc citados na literatura são variáveis, não havendo consenso quanto ao valor a ser utilizado. Com base no clima e tipo de solo, adotou-se neste estudo o valor de Kc de 0,30 (Feigl et al., 1995), conforme sugerido por Moreira & Siqueira (2006) para solos ácidos e tropicais.

A partir dos valores do Cmic e do conteúdo de C orgânico (CO), foi calculado o quociente microbiano ou relação Cmic/CO, de acordo com Sparling (1992). A atividade respiratória da biomassa microbiana, ou respiração basal do solo, foi determinada pela quantificação de C-CO₂ produzido a partir de 20 g de solo, incubados por 72 h em sistema fechado, sendo o C-CO₂ capturado em solução de NaOH 0,05 mol L^-1, que foi titulada com HCl 0,05 mol L^-1 (Isermeyer, 1952). O quociente metabólico (qCO₂) foi calculado de acordo com Anderson & Domsch (1993), pela razão entre a respiração basal e o Cmic.

Os resultados foram submetidos à análise de variância, segundo delineamento experimental inteiramente casualizado com três repetições, conforme os procedimentos do SAS (SAS, 2002). As comparações múltiplas de médias foram realizadas pelo teste de Scott-Knott (Scott & Knott, 1974) a 5 %, utilizando-se o SISVAR (Ferreira, 2000).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os diferentes sistemas de uso e manejo do solo promoveram alterações no C da biomassa microbiana (Cmic) e na relação Cmic/C orgânico (Cmic/CO), em todas as profundidades amostradas (Quadro 3). O maior teor de Cmic foi detectado no Cerrado nativo (CN), notadamente na profundidade de 0-10 cm. Isso indica uma condição mais favorável à microbiota do solo, atribuída, possivelmente, ao maior aporte contínuo e variado de substratos orgânicos provenientes da maior diversidade de espécies na vegetação nativa e com diferentes graus de suscetibilidade à decomposição, corroborando D'Andréa et al. (2002) e Cardoso et al. (2009). De acordo com Perez et al. (2004), nas condições de mata nativa, a deposição de resíduos orgânicos, a grande quantidade de raízes e a maior quantidade de água retida no solo estimulam a manutenção da microbiota do solo, enquanto solos submetidos à atividade agrícola costumam apresentar condições adversas, que, normalmente, determinam decréscimo da população microbiana. Matsuoka et al. (2003) ressaltam ainda que condições mais favoráveis para a biomassa microbiana em solos sob vegetação nativa podem ser atribuídas ao acúmulo de serapilheira, que condiciona menor variação e níveis mais adequados de temperatura e umidade.

As reduções mais expressivas nos teores de Cmic nos diferentes sistemas de manejo do solo, em relação ao CN, foram observadas na profundidade de 0-10 cm, onde são maiores a presença e a atividade da microbiota do solo, correspondendo, aproximadamente, a 88 % no cultivo convencional com batata (CCB), 84 % no cultivo com batata sucedido por aveia e rotacionado com milho (CBAM), 66 % no cultivo convencional com milho (CCM), 64 % no plantio direto com milho (PDM) e 61 % no cultivo convencional com eucalipto (CCE), evidenciando que a capacidade de imobilização de C pela biomassa microbiana foi inversamente proporcional à intensidade de manejo do solo. De acordo com Bayer & Mielniczuk (2008), sob vegetação natural o conteúdo de matéria orgânica do solo é mais estável, e com o uso agrícola esse conteúdo é, de modo geral, acentuadamente reduzido quando se utilizam métodos de preparo com intenso revolvimento do solo e sistemas de cultura com baixa adição de resíduos vegetais, condições estas que influenciam a atividade e a biomassa microbiana (Venzke Filho et al., 2008).

Além dos efeitos associados à remoção da vegetação nativa e intensidade de manejo do solo, as reduções no Cmic, possivelmente, também refletiram alterações associadas à quantidade e à qualidade dos resíduos vegetais disponíveis à microbiota (Gama-Rodrigues et al., 2008; Silva et al., 2009). Isso ficou mais evidente principalmente no sistema CCE, que, apesar de ausência de manejo do solo após o plantio do eucalipto, ainda apresentou Cmic significativamente inferior ao do CN, notadamente na profundidade de 0-10 cm (Quadro 3).

Nos sistemas de cultivo de batata, o emprego de produtos químicos é prática considerada obrigatória na defesa fitossanitária (Novo & Miranda Filho, 2006) e pode ter determinado os menores teores de Cmic nos sistemas CCB e CBAM. Esses baixos teores de Cmic nesses sistemas podem ser atribuídos tanto ao intensivo manejo do solo, característico do cultivo de batata, como também ao uso frequente de agrotóxicos. De acordo com Maluche-Baretta et al. (2007), quanto maior a perturbação efetuada numa área - como as causadas por práticas de controle de pragas e doenças -, maior tende a ser a variação na biomassa microbiana. As perturbações aqui detectadas corroboram resultados de Spain & van Veld (1983) e Bromilow et al. (1996), os quais mostraram que alguns inseticidas aplicados ao solo promovem redução do tamanho da biomassa microbiana, bem como alterações na composição de comunidades microbianas do solo.

Embora os restos culturais dos diferentes sistemas de manejo do solo não tenham sido quantificados, é possível afirmar, com base nas características dos próprios sistemas, que a menor quantidade de palhada, sobretudo no sistema CCB, também pode ter contribuído para os menores teores de Cmic, seja por proporcionar menor cobertura do solo, e consequentemente favorecer maiores variações de temperatura e umidade, seja por disponibilizar menor quantidade de substrato orgânico para decomposição e mineralização, fatores esses que exercem destacada influência na atividade e na biomassa microbiana (Moreira & Siqueira, 2006).

A relação Cmic/CO, que expressa quanto do C orgânico do solo está imobilizado na biomassa microbiana, apresentou valores que obedeceram à seguinte ordem: CN > CCE > PDM > CCM > CBAM > CCB, notadamente na profundidade de 0-10 cm (Quadro 3). Essa observação evidencia a eficiência dos microrganismos na imobilização do carbono, que apresentou tendência inversamente proporcional à intensidade de manejo do solo. Baixos valores da relação Cmic/CO podem ser ocasionados por circunstâncias em que a microbiota se encontra sob algum fator de estresse (Wardle, 1994) ou devido à baixa qualidade nutricional da matéria orgânica, fazendo com que a biomassa microbiana torne-se incapaz de utilizar totalmente o C orgânico (Gama-Rodrigues & Gama-Rodrigues, 2008). Portanto, os menores valores da relação Cmic/CO, principalmente nos sistemas CCB e CBAM, sugerem tanto uma provável condição de estresse para a microbiota do solo, possivelmente determinada pelo manejo intensivo do solo e pelo frequente uso de agrotóxicos, como uma baixa disponibilidade ou qualidade do substrato orgânico.

De acordo com Colozzi Filho et al. (1999), sugere-se que os valores da relação Cmic/CO que expressam uma condição de equilíbrio do C no solo seriam de 2,3 para monoculturas e 4,4 para rotação de culturas (Anderson & Domsch, 1989). Assim, em solos nos quais esses valores são maiores ou menores estaria ocorrendo, respectivamente, acúmulo ou perdas de C. Sparling (1992) sugere que a relação Cmic/CO pode ser um indicador sensível de mudanças na dinâmica da matéria orgânica de solos submetidos a diferentes práticas de manejo; contudo, essa relação é influenciada por diversos fatores, como manejo do solo e grau de estabilização do C orgânico, e, para expressar uma condição de equilíbrio ou fase de degradação de C, seria necessário estabelecer um valor-base para situações específicas.

A atividade metabólica da biomassa microbiana, expressa pela respiração basal e pelo quociente metabólico (qCO₂), variou nos diferentes sistemas de uso e manejo do solo (Quadro 4). A maior liberação de C-CO₂, notadamente na profundidade de 0-10 cm, foi observada no CN (275,7 μg g^-1 h^-1 C-CO₂), indicando maior atividade da microbiota, possivelmente estimulada pela constante deposição de substratos orgânicos e grande quantidade de raízes. Por sua vez, os menores valores de respiração basal ocorreram no CCM (104,3 μg g^-1 h^-1 C-CO₂) e CCE (114,4 μg g^-1 h^-1 C-CO₂), não sendo constatada diferença significativa entre os demais sistemas. A esperada tendência de maior atividade respiratória da biomassa microbiana nos sistemas com menor intensidade de manejo do solo, conforme reportado em outros trabalhos (Vargas & Scholles, 2000; Costa et al., 2006; Hungria et al., 2009; Meriles et al., 2009; Frazão et al., 2010), não foi comprovada no presente estudo. O sistema de plantio direto com milho (PDM), notadamente na profundidade de 0-10 cm, apresentou menor produção de C-CO₂ que os sistemas CCB e CBAM, nos quais o manejo do solo foi mais intensivo. Isso sugere que a respiração basal não foi um bom indicador para refletir as alterações na atividade da microbiota nos diferentes sistemas de manejo avaliados no presente estudo. A ausência de diferença significativa na atividade da biomassa microbiana, quantificada pela respiração basal, em solos sob sistemas de manejo convencional e plantio direto tem sido reportada em outros estudos (D'Andréa et al., 2002; Garcia et al., 2004; Mercante et al., 2008) e, em geral, é atribuída à recente implantação dos sistemas de plantio direto avaliados.

Quanto ao quociente metabólico (qCO₂), foi constatada variação significativa somente em relação aos sistemas de uso e manejo, não havendo interação significativa entre sistemas e profundidade do solo (Quadro 4). Diferentemente da respiração basal, os resultados do qCO₂, relação que expressa a quantidade de C-CO₂ produzido por unidade de Cmic e por unidade de tempo, mostraram que os sistemas CCB e CBAM, caracterizados por manejo intensivo do solo e uso frequente de agrotóxicos, apresentaram biomassa microbiana menos eficiente na utilização dos compostos orgânicos, liberando mais C na forma de CO₂ e incorporando menos C aos tecidos microbianos, independentemente da profundidade do solo. A menor eficiência da biomassa microbiana nos sistemas CCB e CBAM está provavelmente associada a alguma condição de estresse, pois, como evidenciado pela relação Cmic/CO, nessas circunstâncias a capacidade de utilização do C é diminuída. De acordo com Tótola & Chaer (2002), baixos valores de qCO₂ refletem ambiente mais estável ou mais próximo do seu estado de equilíbrio e, ao contrário, valores elevados são indicativos de ecossistemas submetidos a alguma condição de estresse ou de distúrbio.

CONCLUSÕES

1. Os diferentes sistemas de manejo do solo influenciaram a biomassa e atividade microbiana, e as condições mais favoráveis para a microbiota do solo ocorreram no Cerrado nativo.

2. Os teores de C da biomassa microbiana (Cmic) e os valores da relação Cmic/C orgânico foram inversamente proporcionais à intensidade de manejo do solo.

3. A respiração basal, embora tenha evidenciado maior atividade da biomassa microbiana no Cerrado nativo, não foi um indicador eficiente para refletir o efeito dos diferentes sistemas de manejo do solo.

4. O quociente metabólico (qCO₂) indicou que a biomassa microbiana foi menos eficiente na utilização dos compostos orgânicos, liberando mais C na forma de CO₂ e incorporando menos C aos tecidos microbianos, nos sistemas caracterizados por manejo mais intensivo do solo.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em outubro de 2009 e aprovado em julho de 2010.

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(1

) Parte da Dissertação de Mestrado do primeiro autor apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Ciência do Solo da Universidade Federal de Lavras - UFLA.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Dez 2010
• Data do Fascículo
  Out 2010

Histórico

• Recebido
  Out 2009
• Aceito
  Jul 2010