Persistência de inseticidas e parâmetros microbiológicos em solo sob sistemas de manejo

Persistence of insecticides and microbiological attributes in a soil under different management systems

Irzo Isaac Rosa Portilho Rômulo Penna Scorza Júnior Júlio Cesar Salton Ieda de Carvalho Mendes Fábio Martins Mercante Sobre os autores

Resumos

O objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam em um solo sob sistemas de integração lavoura-pecuária (SILP), plantio direto (SPD) e convencional (SC), e sua relação com atributos microbiológicos (carbono da biomassa microbiana, respiração basal e atividade das enzimas -glucosidase e fosfatase ácida). O experimento foi realizado utilizando solos incubados (0-10cm) com umidade a 75% da capacidade de campo e 28ºC por 51 dias. Além de aumentos de matéria orgânica, biomassa e atividade microbiana, o sistema SILP também favoreceu a degradação mais rápida dos três inseticidas no solo, em comparação aos outros sistemas avaliados. Dentre os inseticidas avaliados, o tiametoxam apresentou degradação lenta no solo, com valores de meia-vida (TD50) entre 46 e 89 dias. Os valores de TD50 para bifentrina ficaram entre 14 e 44 dias e para permetrina entre 9 e 47 dias, considerando todos os sistemas avaliados.

degradação; meia-vida; integração lavoura-pecuária; plantio direto


The aim of this research was to evaluate the degradation of bifenthrin, permethrin and thiamethoxam insecticides in a soil under crop-livestock integration (CLIS), no-tillage (NTS) and conventional (CS) systems and its relationship with microbiological attributes (microbial biomass C, basal soil respiration and activities of β-glucosidase and acid phosphatase). The experiment was carried out using incubated soil (0-10cm) with moisture content about 75% of field capacity at 28ºC for 51 days. Besides the increase in soil organic matter content, biomass and microbial activity, CLIS system also favored a faster degradation of the three insecticides in soil compared to the others. Among the evaluated insecticides, thiamethoxam showed the slowest degradation in soil with half-life (DT50) values between 46 and 89 days. Bifenthrin DT50 values were between 14 and 44 days and for permethrin between 9 and 47 days

degradation; half-life; crop-livestock integration; no-tillage


INTRODUÇÃO:

O uso de agrotóxicos para a produção de alimentos, fibras e energia tem provocado acúmulo em alguns compartimentos ambientais, com destaque para o solo e água. Quando no solo, o agrotóxico está sujeito à degradação, que é de grande importância para minimizar seus resíduos e, consequentemente, os possíveis impactos ambientais. Os processos degradativos estão diretamente relacionados com as características físico-químicas dos agrotóxicos, práticas de manejo e características do solo, principalmente textura, pH, matéria orgânica e atividade biológica (PAL et al., 2006PAL, R. et al. Degradation and effects of pesticides on soil microbiological parameters - A review. International Journal of Agricultural Research, v.1, p.240-258, 2006. Disponível em: <http://scialert.net/abstract/?doi=ijar.2006.240.258>. Acesso em: 20set. 2012.doi: 10.3923/ijar.2006.240.258.
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). A biomassa microbiana, respiração basal e atividade enzimática destacam-se como os atributos mais utilizados para caracterizar o componente biológico dos solos e sua relação com a degradação dos agrotóxicos (CHOWDHURY et al., 2008CHOWDHURY, A. et al. Impact of pesticides on soil microbiological parameters and possible bioremediation strategies. Indian Journal Microbiology, v.48, p.114-127, 2008. Disponível em: <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3450207/>. Acesso em: 01set. 2013.doi: 10.1007/s12088-008-0011-8.
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).

Os inseticidas piretroides bifentrina e permetrina e o neonicotinoide tiametoxam têm sido comumente usados para o controle de insetos-praga na cultura da soja, aplicados no solo e parte aérea das plantas, como também em tratamento de sementes. Os inseticidas bifentrina e permetrina possuem alta toxicidade aos organismos aquáticos e baixa mobilidade e persistência nos solos (MOREIRA et al., 2012MOREIRA, J.C. et al. Contaminação de águas superficiais e de chuva por agrotóxicos em uma região do estado do Mato Grosso. Ciência & Saúde Coletiva, v.17, n.6, p.1557-1568, 2012. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1590/S1413-81232012000600019>. Acesso em: 23set. 2013. doi: 10.1590/S1413-81232012000600019.
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). Já o tiametoxam, apresenta alta persistência e mobilidade em solos (SCORZA JÚNIOR & RIGITANO, 2012SCORZA JÚNIOR, R.P.; RIGITANO, R.L.O. Sorção, degradação e lixiviação do inseticida tiametoxam em dois solos de Mato Grosso do Sul. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.16, p.564-572, 2012. Disponível em: <http://dx.doi.org/ 10.1590/S1415-43662012000500013>. Acesso em: 01set. 2013. doi: 10.1590/S1415-43662012000500013.
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).

Solos sob manejos conservacionistas apresentam condições que favorecem o acúmulo de matéria orgânica com consequente melhoria nas propriedades químicas, físicas e biológicas, pois ocorre um estímulo à proliferação de microrganismos, com aumento da biomassa e atividade microbianas. Esse fato tem sido observado tanto em solos sob plantio direto (SPD) (MENDES et al., 2003MENDES, I.C. et al. Propriedades biológicas em agregados de um LE sob plantio convencional e direto no Cerrado. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 27, p. 435-443, 2003. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/rbcs/v27n3/16661.pdf>. Acesso em: 28 jul.2014
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) como em solos sob sistemas de integração lavoura-pecuária (SILP) (ACOSTA-MARTINEZ et al., 2010ACOSTA-MARTÍNEZ, V. et al. Long-term soil microbial community and enzyme activity responses to an integrated cropping-livestock system in a semi-arid region. Agriculture, Ecosystems and Environment, v.137, p.231-240, 2010. Disponível em: <http://www.journals.elsevier.com/agriculture-ecosystems-and-environment>. Acesso em: 03set. 2013. doi:10.1016/j.agee.2010.02.008.
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). No entanto, ainda não se quantificou se as elevadas atividades microbianas no SILP podem refletir em degradação mais rápida dos agrotóxicos no solo, quando comparada a outros sistemas de manejo.

Considerando a importância dos microrganismos na degradação enzimática dos agrotóxicos, neste trabalho, avaliou-se a hipótese de que o SPD e SILP propiciam condições no solo com maior potencial para a degradação de agrotóxicos por microrganismos quando comparados ao sistema convencional (SC), com revolvimento do solo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a degradação dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam em um solo sob SC, SPD e SILP, e sua relação com parâmetros microbiológicos do solo.

MATERIAL E MÉTODOS:

As amostras de solo para caracterização química, física e microbiológica e para os ensaios de degradação, em condições controladas, foram coletadas em agosto de 2012 no campo experimental da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados, MS (22º14' LS e 54º49' LW), em um experimento de longa duração (18 anos), composto por três sistemas de manejo (SILP, SPD e SC). Os sistemas foram implantados em Latossolo Vermelho distroférrico típico de textura argilosa (AMARAL et al., 2000AMARAL, J.A.M. et al. Levantamento semidetalhado dos solos do campo experimental de Dourados, da Embrapa Agropecuária Oeste, Município de Dourados, MS. Dourados: Embrapa Agropecuária Oeste; Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2000. 68p. (Embrapa Agropecuária Oeste. Documentos, 22; Embrapa Solos. Documentos, 15).). O SILP constitui-se na rotação, em plantio direto, entre pastagem (Brachiaria decumbens Stapf) e lavouras, com a sequência soja/aveia-preta/soja, em ciclos de dois anos. No momento da coleta das amostras de solo, a área que se encontrava com a fase de lavoura foi denominada de ILP-a, enquanto a que se encontrava na fase de pastagem foi denominada de ILP-b. O SPD é constituído por lavouras em plantio direto com rotação de culturas, tendo no verão a soja e o milho. Durante o outono-inverno e primavera, são semeadas as culturas de trigo para produção de grãos e nabo e aveia-preta para produção de palha, mantendo-se a sequência nabo/milho/aveia-preta/soja/trigo/soja. O SC constitui-se no monocultivo de soja/aveia-preta, utilizando o preparo do solo com aração e gradagem. No momento de coleta das amostras do solo, tinha-se a presença da aveia-preta no ILP-a, SPD e SC. Solo de um fragmento de floresta semidecídua (FS) foi incluído no experimento como referencial da condição original do solo para as análises microbiológicas. Também foi considerado um tratamento com solo estéril (SE), que foi obtido em autoclave a 121°C e pressão de 1atm por 40min, sendo este processo repetido por três vezes consecutivas. De cada sistema, foram realizadas amostragens na profundidade de 0-10cm, sendo coletada uma amostra composta, proveniente de 50 subamostras retiradas de forma aleatória em cada parcela. As amostras foram destorroadas e peneiradas em malha de 2mm. A caracterização química e granulométrica do solo foi realizada conforme CLAESSEN (1997)CLAESSEN, M.E.C. (Org.). Manual de métodos de análise de solo. 2.ed. rev. atual. Rio de Janeiro: Embrapa-CNPS, 1997. 212p. (Embrapa-CNPS. Documentos, 1).. O solo apresentou valores de matéria orgânica (g kg-1), areia (g kg-1), argila (g kg-1) e pH (CaCl2), respectivamente, iguais a 62, 177, 640 e 5,4 para o ILP-a, 41, 77, 706 e 5,2 para o ILP-b, 45, 177, 656 e 5,7 para o SPD e 33, 160, 673 e 4,9 para o SC.

Para incubação, 50g de solo foram adicionados em béqueres com alíquotas da solução de trabalho dos três inseticidas, separadamente, para fornecer uma concentração de cada inseticida igual a 3μg g-1 de solo. Após a fortificação, as amostras foram homogeneizadas e seu teor de umidade ajustado com água ultrapura para 75% da CC, sendo, em seguida, incubadas em incubadoras tipo BOD a 28°C e ausência de luz. A umidade do solo foi mantida constante, pesando-se as amostras de solo diariamente e repondo-se as perdas com adição de água ultrapura. O experimento foi conduzido por 51 dias, em triplicata, sendo as amostras retiradas das incubadoras aos 0, 7, 14, 21, 28, 40 e 51 dias após a fortificação.Para extração e quantificação simultânea dos três inseticidas, as amostras dos diferentes tratamentos (50g) foram transferidas para erlenmeyers com tampa, onde adicionaram-se 150mL da mistura de diclorometano + acetona (1:1) deixando-as em mesa agitadora a 216rpm por uma hora. Após o término da agitação, as amostras foram colocadas em decantação por uma hora. Em seguida, parte da fração líquida (30mL) foi retirada e concentrada em rotaevaporador até total secura. Na etapa de purificação dos extratos, utilizou-se método de extração em fase sólida, adaptado de PESSINI (2003)PESSINI, M.M. O. Resíduos de acetamiprid e thiamethoxam em tomate estaqueado (Lycopersicon esculentum Mill.), em diferentes modalidades de aplicação. 2003. 88f. Dissertação (Mestrado em Ciências) - Curso de Pós-graduação em Ciências, Universidade de São Paulo, SP.. As amostras foram filtradas em filtro PTFE de 0,22μm e armazenadas diretamente em frascos de vidro a -20°C até injeção no cromatógrafo líquido de alta eficiência, modelo Varian 920-LC, equipado com pré-coluna e coluna de fase reversa C-18 Polaris (25cmx4,6mmx5µm) e detector UV/VIS com arranjo de diodos. A fase móvel foi em gradiente, com: 70% acetonitrila (ACN) e 30% água ultrapura (H2O) v/v de 0 a 5min; 100% ACN de 5 a 15min e 70% ACN e 30% H2O v/v de 15 a 22min. Para o tiametoxam, o gradiente utilizado foi: 50% ACN e 50% H2O v/v de 0 a 6min; 100% ACN de 6 a 10min e 50% ACN e 50% H2O v/v de 10 a 20min. O fluxo foi de 1mL min-1 e volume de injeção de 20μL. Os padrões analíticos de bifentrina, permetrina e tiametoxam possuem purezas de 97, 94, 99%, respectivamente. Os testes de eficiência do método analítico indicaram recuperações entre 88 e 106% para a bifentrina, 88 a 103% para a permetrina e 75 a 95% para o tiametoxam. Os limites de quantificação do método foram de 0,19µg g-1 de solo para a bifentrina, 0,21µg g-1 para permetrina e 0,17µg g-1 para o tiametoxam.

As determinações do carbono da biomassa microbiana do solo foram realizadas pelo método fumigação-extração (VANCE et al., 1987VANCE, E.D. et al. An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biology and Biochemistry, v.19, p.703-707, 1987. Disponível em: <http://dx.doi.org/ 10.1016/0038-0717(87)90052-6>. Acesso em: 19set. 2012. doi:10.1016/0038-0717(87)90052-6.
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) e a quantificação do carbono, conforme BARTLETT & ROSS (1988)BARTLETT, R.J.; ROSS, D.S. Colorimetric determination of oxidizable carbon in acid soil solutions. Soil Science Society of America Journal, v.52, p.1191-1192, 1988. Disponível em: <https://www.agronomy.org/publications/sssaj/tocs/52/4>. Acesso em: 10set. 2012. doi:10.2136/sssaj1988.03615995005200040055x.
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. Para a atividade microbiana, utilizou-se o método da respirometria (evolução de CO2) modificado por DE-POLLI & GUERRA (1999)DE-POLLI, H.; GUERRA, J.G.M. C, N e P na biomassa microbiana do solo. In: SANTOS, G.A.; CAMARGO, F.A.O. (Ed.). Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais e subtropicais. Porto Alegre: Gênesis, 1999. p.389-411., com incubação das amostras por sete dias. As atividades enzimáticas de beta-glucosidase (EC 3.2.1.21) e fosfatase ácida (CE 3.1.3.2), relacionadas ao ciclo de C e P, foram determinadas conforme os métodos de TABATABAI (1994)TABATABAI, M.A. Soil enzymes. In: WEAVER, R.W.et al.(Eds.). Methods of soil analysis: Microbiological and biochemical properties, 2. Madison: Soil Sci Soc Am J, 1994. p.775-833. (SSSA, Book Series, 5)., que se baseiam na determinação colorimétrica do p-nitrofenol (coloração amarela), formado após adição de substratos incolores específicos para cada enzima avaliada. Para cada amostra de solo coletada no campo, foram realizadas três repetições analíticas no laboratório. A atividade enzimática do solo é expressa em g p-nitrofenol liberado por hora por grama de solo seco. O experimento de degradação foi conduzido utilizando-se um delineamento inteiramente casualizado, em um esquema fatorial onde os fatores foram os diferentes sistemas e tempos, em três repetições. Os dados da concentração remanescente aos 51 dias dos três inseticidas nos diferentes sistemas foram submetidos à análise de variância. Em seguida, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5%. As quantidades remanescentes dos inseticidas, em função do tempo, para cada sistema de manejo do solo foram ajustadas ao modelo de cinética de primeira ordem (FOCUS, 2006FOCUS. Guidance document on estimating persistence and degradation kinetcs from environmental fate Studies on pesticides in EU registration:the final report of the Work Group on Degradation Kinetics of FOCUS: Sanco/10058/2005, version 2.0. Brussels-BE, 2006. 434p.). A qualidade do ajuste dos dados observados foi feita com base na análise visual, no coeficiente de determinação (R2) e no Erro-χ2. Para avaliações dos atributos microbiológicos, utilizou-se um delineamento inteiramente casualizado, em um esquema fatorial em que os fatores foram os diferentes sistemas e tempos em três repetições. Os resultados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey, a 5%. Todas as análises estatísticas foram realizadas utilizando o programa R (R DEVELOPMENT CORE TEAM, 2012)R DEVELOPMENT CORE TEAM. R: a language and environment for statistical computing. Vienna: R Foundation for Statistical Computing, 2012..

RESULTADOS E DISCUSSÃO:PEIXOTO et al., 2010PEIXOTO, R.S. et al. A decade of land use contributes to changes in the chemistry, biochemistry and bacterial community structures of soils in the Cerrado. Antonie van Leeuwenhoek, v.98, p.403-413, 2010. Disponível em: <http://link.springer.com/ article/10.1007/s10482-010-9454-0>. Acesso em: 18set. 2013. doi:10.1007/s10482-010-9454-0.
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SCORZA JÚNIOR & RIGITANO (2012)SCORZA JÚNIOR, R.P.; RIGITANO, R.L.O. Sorção, degradação e lixiviação do inseticida tiametoxam em dois solos de Mato Grosso do Sul. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.16, p.564-572, 2012. Disponível em: <http://dx.doi.org/ 10.1590/S1415-43662012000500013>. Acesso em: 01set. 2013. doi: 10.1590/S1415-43662012000500013.
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FENOLL et al., 2011FENOLL, A.J. et al. Reduction of the movement and persistence of pesticides in soil through common agronomic practices. Chemosphere, v.85, p.375-82, 2011. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/journal/aip/00456535>. Acesso em : 01ago.2013. doi:10.1016/j.chemosphere.2011.07.063.
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MANOJ & GAJBHIYE (2008)MANOJ, V.B.; GAJBHIYE, V.T. Effect of rate of application and moisture regimes on persistence of bifenthrin in soil under laboratory conditions. Pesticide Research Journal, v.20, p.287-291, 2008. Disponível em: <http://www.indianjournals.com/ ijor.aspx?target=ijor:prj&volume=20&issue=2&article=034>. Acesso em: 23ago. 2013.
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PERUCCI et al., 1999PERUCCI, P. et al. Rimsulfuron in a silty clay loam soil: effects upon microbiological and biochemical properties under varying microcosm conditions. Soil Biology & Biochemistry, v.31, p.195-204, 1999. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/ science/ journal/00380717/31/2>. Acesso em: 21fev. 2014. doi: 10.1016/S0038-0717(98)00087-X
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PAL et al., 2006PAL, R. et al. Degradation and effects of pesticides on soil microbiological parameters - A review. International Journal of Agricultural Research, v.1, p.240-258, 2006. Disponível em: <http://scialert.net/abstract/?doi=ijar.2006.240.258>. Acesso em: 20set. 2012.doi: 10.3923/ijar.2006.240.258.
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Os sistemas de manejo conservacionistas ILP-a, ILP-b e SPD apresentaram os menores valores das quantidades remanescentes dos três inseticidas após 51 dias, diferindo estatisticamente (P<0,05) do SC e SE (Tabela 1). O não revolvimento do solo, o maior aporte de restos vegetais, a maior diversidade de plantas e o acúmulo de resíduos na superfície do solo no ILP-a, ILP-b e SPD propiciam melhores condições físicas e químicas (SILVA et al., 2011SILVA, F.S. et al. Análise conjunta de atributos físicos e biológicos do solo sob sistema de integração lavoura-pecuária. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v.46, p.277-1283, 2011. Disponível em: <http://dx.doi.org/10.1590/S0100-204X2011001000023>. Acesso em: 02set. 2013.doi: 10.1590/S0100-204X2011001000023.
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), que favorecem as comunidades microbianas do solo. Esse efeito pode ser evidenciado através dos maiores valores de C-BMS, respiração basal (evolução do C-CO2) e atividade enzimática nos sistemas ILP-a, ILP-b e SPD em comparação ao SC e SE (Figura 1 e Tabela 2). Considerando a importância dos microrganismos para o processo de degradação dos agrotóxicos no solo, esses resultados sugerem que, ao favorecerem as comunidades microbianas do solo, os sistemas ILP-a, ILP-b e SPD favoreceram a maior degradação dos inseticidas avaliados nesses sistemas. Também deve ser destacado que, embora os sistemas ILP-a e ILP-b apresentem o mesmo sistema de manejo com rotação de culturas ao longo tempo, o sistema ILP-a apresentou os maiores valores dos atributos microbiológicos do solo. Esse resultado reflete o efeito temporal da rotação de culturas, uma vez que dois meses antes da coleta dos solos houve, nesse tratamento, a incorporação de Brachiaria decumbens Stapf ao solo, o que pode favorecer o aumento da matéria orgânica e a atividade e desenvolvimento dos microrganismos. Entre os quatro sistemas de cultivo avaliados, o solo proveniente do tratamento SC foi o que apresentou os menores valores de C-BMS, respiração basal e da atividade enzimática (Tabela2), e os maiores valores da quantidade remanescente dos três inseticidas após 51 dias de avaliação (Tabela1), caracterizando uma degradação lenta nesse sistema. Entre os fatores que explicam a redução dos parâmetros biológicos no SC, destacam-se a menor diversidade de espécies vegetais (sucessão soja/aveia-preta) e o revolvimento do solo. O tratamento SE foi o que apresentou a maior quantidade remanescente dos três inseticidas, evidenciando a importância dos microrganismos na degradação desses inseticidas.A principal rota de decomposição dos agrotóxicos no solo envolve sua utilização como fonte de C, N e energia pelos microrganismos, o que explica a rápida degradação desses produtos em solos não-estéreis com alta atividade biológica (PAL et al., 2006PAL, R. et al. Degradation and effects of pesticides on soil microbiological parameters - A review. International Journal of Agricultural Research, v.1, p.240-258, 2006. Disponível em: <http://scialert.net/abstract/?doi=ijar.2006.240.258>. Acesso em: 20set. 2012.doi: 10.3923/ijar.2006.240.258.
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).

Figura 1
Média±erro padrão (n=3) dos valores do carbono da biomassa microbiana (A) e atividade microbiana (B) do solo nos diferentes sistemas de manejo. CAMPO = momento da coleta; BOD = uma semana após a incubação das amostras; T7, T14, T21, T28, T40 e T51 correspondem a 7, 14, 21, 28, 40 e 51 dias após a aplicação simultânea dos inseticidas bifentrina, permetrina e tiametoxam. Médias com a mesma letra maiúscula em cada tempo de avaliação entre os sistemas e minúsculas na linha dentro de cada sistema, são estatisticamente semelhantes pelo teste de Tukey a 5%.

2 2 50 50 50 50 50 50

CONCLUSÃO:

O tiametoxam apresentou uma degradação lenta no solo dos diferentes sistemas de manejo avaliados, em comparação à bifentrina e permetrina. O SILP favoreceu incrementos da MOS, C-BMS e atividade microbiana e propiciou a degradação mais rápida dos três inseticidas no solo, em comparação aos outros sistemas avaliados, evidenciando mais um benefício do SILP, relacionado à diminuição da persistência de agrotóxicos.

AGRADECIMENTOS:

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de mestrado do primeiro autor no programa Programa de Pós-graduação em Recursos Naturais (PGRN) da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS) e pelas bolsas de produtividade de I.C. Mendes e F.M. Mercante. Aos laboratoristas Klerisson S. Duro da Embrapa Agropecuária Oeste, Clodoaldo A. Souza e Lucas F. S. Rolim da Embrapa Cerrados, pelo apoio técnico na realização do trabalho.

  • ACOSTA-MARTÍNEZ, V. et al. Long-term soil microbial community and enzyme activity responses to an integrated cropping-livestock system in a semi-arid region. Agriculture, Ecosystems and Environment, v.137, p.231-240, 2010. Disponível em: <http://www.journals.elsevier.com/agriculture-ecosystems-and-environment>. Acesso em: 03set. 2013. doi:10.1016/j.agee.2010.02.008.
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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    10 Out 2014
  • Data do Fascículo
    Jan 2015

Histórico

  • Recebido
    07 Out 2013
  • Aceito
    29 Maio 2014
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