Nodulação, fixação de nitrogênio e produção de matéria seca de alfafa em resposta a doses de calcário, com diferentes relações cálcio:magnésio

Nodulation, nitrogen fixation and alfalfa dry matter production as affected by rates of limestone with different calcium:magnesium ratios applyed

NODULAÇÃO, FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO E PRODUÇÃO DE MATÉRIA SECA DE ALFAFA EM RESPOSTA A DOSES DE CALCÁRIO, COM DIFERENTES RELAÇÕES CÁLCIO:MAGNÉSIO

NODULATION, NITROGEN FIXATION AND ALFALFA DRY MATTER PRODUCTION AS AFFECTED BY RATES OF LIMESTONE WITH DIFFERENT CALCIUM:MAGNESIUM RATIOS APPLYED

Fernando Teixeira Gomes¹ Arnaldo Chaer Borges² Júlio César Lima Neves³ Paulo Cezar Rezende Fontes⁴

RESUMO

Altas concentrações de alumínio reduzem a eficência da nodulação e da fixação biológica do nitrogênio atmosférico em leguminosas. O presente ensaio foi realizado em casa de vegetação com o objetivo de avaliar a necessidade de calagem para o cultivo da alfafa em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico, textura argilosa. Também foi avaliado o efeito da relação Ca:Mg do calcário aplicado ao solo, sobre a nodulação, os teores de nitrogênio e a produção de matéria seca da parte aérea. Os tratamentos consistiram de duas cultivares de alfafa (Flórida 77 e Crioula), quatro doses de calcário (1,2; 2,4; 4,8; 7,2 t ha^-1) e cinco relações percentuais estequiométricas entre Ca e Mg (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), em delineamento fatorial inteiramente casualizado, com quatro repetições. A nodulação e os teores de nitrogênio na parte aérea aumentaram com a adição de doses crescentes de calcário ao solo. A produção de matéria seca da parte aérea das duas cultivares aumentou em função do aumento das doses de calcário, sendo que somente o cultivar Flórida 77 apresentou diferenças significativas entre as relações Ca:Mg. A relação 100:0 foi a que rendeu maior produção de matéria seca da parte aérea.

Palavras-chave: Medicago sativa, eficiência da nodulação, calagem.

SUMMARY

High aluminum concentrations decrease the nodulation potential, hence the biological atmosferic nitrogen fixation of legume. This greenhouse experiment was aimed to evaluate the effects of limestone applyet on alfalfa cultivation in alic YELLOWISH RED LATOSOL SOIL, clay texture. It evaluated the ideal Ca²⁺ and Mg²⁺ ratios in neutralizing soil acidity. Treatments were two alfalfa cultivars (Florida 77 and Creoula), four limestone rates (1.2; 2.4; 4.8; 7.2t.ha^-1) and five stoichiometric percentual ratios Ca:Mg between (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), in a factorial set up into a completely randomized design with four replications. Nodulation and nitrogen contents in the shoots increased with increased limestone rates. Shoots dry matter production of both cultivars increased with the rates of limestone, but only the cultivar Florida 77 showed significant differences among Ca:Mg ratios.

Key words: Medicago sativa , nodulation efficiency, liming.

INTRODUÇÃO

A toxidez causada pelo alumínio (A ) é um dos mais importantes fatores que limitam o crescimento das plantas em solos ácidos, principalmente em pH abaixo de 5,0. O A acumula-se, preferencialmente, no sistema radicular das plantas, sendo pequena a quantidade translocada para a parte aérea (MASSOT et al., 1992). O efeito do alumínio trocável (A³⁺) em níveis tóxicos sobre o desenvolvimento do sistema radicular se caracteriza pela inibição do alongamento da raiz principal e pelo engrossamento das pontas das raízes, resultando em exploração de menor volume de solo pelas plantas, redução na absorção de nutrientes e no aproveitamento da água do solo.

A alfafa (Medicago sativa) reúne algumas das mais desejadas características de plantas forrageiras, como excelente palatabilidade, alta digestibilidade e elevado valor nutritivo, sendo rica em proteínas, fósforo, cálcio, potássio e vitaminas A, B, C, E e K (MICHAUD et al., 1988). Como a maioria das leguminosas, ela é sensível à acidez do solo.

O potencial de fixação do nitrogênio atmosférico (N₂) da associação simbiótica Medicago sativa e Sinorhizobium meliloti é de aproximadamente 200kg de N ha^-1.ano^-1, assegurando o suprimento do nitrogênio requerido pela planta, dispensando, na maioria das vezes, a aplicação de adubos nitrogenados, evitando os problemas ambientais resultantes do uso inadequado destes fertilizantes. As variações na fixação do N₂ resultam principalmente de práticas de manejo em vários climas e condições de fertilidade do solo (VANCE & HEICHEL, 1991).

A alfafa é muito exigente quanto ao pH do solo, situando-se o ótimo na faixa de 6,0 a 7,5 (BALIGAR et al., 1989), embora a planta apresente desenvolvimento normal quando cultivada em solução nutritiva sem A, mesmo em pH 4,5 (RECHCIGL et al., 1986), indicando que o fator mais limitante ao desenvolvimento desta cultura é o elevado teor de A³⁺ do solo e não o baixo pH. A elevação do pH do solo estaria mais relacionada com o aumento na disponibilidade de elementos essenciais à planta. Assim, a calagem é considerada prática fundamental para elevar o pH do solo e neutralizar ou reduzir os efeitos tóxicos do A3+ e do manganês (NUERNBERG et al., 1990; SU & EVANS, 1996).

Diversos estudos têm mostrado os efeitos benéficos da calagem sobre a nodulação, absorção de nutrientes e a produção de matéria seca da parte aérea, em várias espécies vegetais (POOLPIPATANA & HUE, 1994; PHILIP et al., 1995; REID, 1996). Em um ensaio utilizando LATOSSOLO VERMELHO-ESCURO distrófico, foi avaliado o efeito da adição de doses de calcário ao solo com diferentes relações Ca:Mg, sobre o comportamento da alfafa cv. Crioula. Os autores observaram respostas significativas no aumento da produção de matéria seca, com o incremento das doses de calcário. No entanto, não foram observadas respostas significativas às relações Ca:Mg (MOREIRA et al., 1999). Nas condições de cerrado, também foi observado que a alfafa continuou respondendo à aplicação de calcário ao solo (KORNELIUS & RITCHEY, 1992).

O objetivo desse estudo foi o de investigar a necessidade de calcário em um LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico e a relação estequiométrica Ca:Mg mais adequada à nodulação, fixação do N₂ e produção de matéria seca do sistema simbiótico Medicago sativa - Sinorhizobium meliloti.

MATERIAL E MÉTODOS

O experimento foi conduzido em casa de vegetação em 1995, e o solo utilizado foi coletado da camada superficial (0-20cm) de LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico, textura argilosa, localizado no município de Viçosa – MG, com as seguintes características químicas: pH_(água) 4,6; 2,5 e 46,8mg de P e K dm^-3 de solo, respectivamente; 0,6; 0,2 e 1,2cmo_c de Ca²⁺, Mg²⁺ e A³⁺ dm^-3 de solo, respectivamente e V = 9,7%. Os tratamentos consistiram de duas cultivares de alfafa, (Flórida 77 e Crioula), quatro doses de calcário calculadas com base no A³⁺ do solo (KAMPRATH, 1967), multiplicadas pelos fatores: 1,0; 2,0; 4,0 e 6,0 e cinco relações percentuais estequiométricas de Ca:Mg: 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 e 0:100. Utilizou-se um esquema fatorial em delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições.

As fontes de cálcio e magnésio utilizadas foram o CaCO₃ e o MgCO₃ (pa), respectivamente, misturados em subamostras de 12dm³ de solo seco ao ar e passadas em peneira com malha de 2mm. Em seguida foi adicionada água destilada para elevar a umidade a 60% da capacidade de campo (SILVA, 1986). O solo foi incubado em recipientes de plástico até a obtenção de valores de pH constantes, e posteriormente o solo de cada tratamento foi seco ao ar e passado em peneira com malha de 2mm. Cada subamostra foi dividida em porções de 2,8dm³ de solo e novamente acondicionada em vasos de plástico.

Soluções de macronutrientes foram misturadas a cada subamostra antes da semeadura de modo a fornecer, 60, 40 e 450mg de K, S e P dm^-3 de solo, respectivamente. Soluções de micronutrientes foram parceladas eqüitativamente em duas aplicações, visando a fornecer o total de 0,813, 3,664, 4,0, 1,329, 0,15 e 1,556mg de B, Mn, Zn, Cu, Mo e Fe dm^-3 de solo, respectivamente (ALVAREZ, 1974).

As sementes foram fornecidas pela Embrapa Gado de Leite, Juiz de Fora, MG; após a desinfestação superficial por imersão em etanol 75% por 1 minuto e em peróxido de hidrogênio 6% (v:v) por 10 minutos, seguida de lavagem em água destilada estéril (VINCENT, 1970), foram inoculadas com Sinorhizobium meliloti e imediatamente semeadas nos vasos. Após sete dias de emergência foi feito um desbaste, deixando-se três plântulas por vaso.

A irrigação foi efetuada com água destilada, diariamente, procurando-se manter a umidade do solo próxima a 60% da capacidade de campo, por pesagem dos vasos. Setenta dias após a semeadura, a parte aérea foi cortada a 8cm do solo e colocada em sacos de papel para a secagem a 65° C por 72 horas. A colheita do experimento coincidiu com o florescimento completo das plantas. Neste mesmo período o sistema radicular foi coletado, lavado em água de torneira e os nódulos foram destacados e contados. As determinações de nitrogênio na matéria seca da parte aérea foram realizadas após a digestão sulfúrica, pelo método colorimétrico de Nessler (CATALDO et al., 1974).

Os dados obtidos no experimento foram estudados pela análise de variância, efetuando-se o desdobramento dos graus de liberdade para cultivares, dentro das doses de calcário e das relações estequiométricas Ca:Mg. Para cada cultivar, as doses de calcário e as relações estequiométricas Ca:Mg foram comparadas pela análise de regressão, e os modelos foram selecionados com base na significância dos coeficientes de regressão pelo teste "t", posteriormente considerando o maior valor do coeficiente de determinação (r²). Para o número de nódulos, as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de significância, utilizando o programa de estatística SAS Statistical Analysis System.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As relações estequiométricas entre Ca e Mg nas quatro doses de calcário não afetaram os valores de pH do solo (Tabela 1). As doses de calcário correspondentes a 4,8 e 7,2t.ha^-1 foram suficientes para elevar o pH a valores maiores ou iguais a 5,1 e neutralizar o A³⁺ do solo (Tabela 1). De modo geral, o A3+ desaparece em solos quando o pH é elevado a valores próximos a 5,5 (McCLEAN & KAMPRATH, 1965) e em solos argilosos a neutralização do A³⁺ pode ocorrer em valores de pH ainda mais baixos que 5,5 (RAIJ, 1983). Embora os valores de pH do solo não tenham alcançado a faixa de 6,0 a 7,5, considerada ótima para o cultivo da alfafa (BALIGAR, 1989), a redução nos teores de A³⁺ com o incremento nas doses de calcário aplicado ao solo contribuiu para aumentar a produção das plantas de alfafa.

Não foram efetuadas as determinações de nitrogênio e de matéria seca da parte aérea das plantas do tratamento com a relação 0:100, em razão da morte das plântulas aos 20 dias após a semeadura no tratamento correspondente a 7,2t de calcário ha^-1. Provavelmente, o grande desbalanço entre a concentração de Ca²⁺ e Mg²⁺ tenha provocado a morte dessas plantas.

O número de nódulos nas duas cultivares, de modo geral, aumentou em resposta à elevação da quantidade de calcário (Tabela 2) e diminuiu com a maior concentração de Mg²⁺ nas relações estudadas, atingindo até a ausência de nódulos.

A ausência de nódulos nos tratamentos em que o cálcio não foi aplicado (Tabela 2), demonstra a importância deste nutriente no processo de nodulação, pois o mesmo apresenta papel relevante na atividade de enzimas que promovem a ligação do rizóbio aos pêlos radiculares. Com o valor de pH de 5,3, na dose de 4,8t de calcário ha^-1, na relação 0:100 (Tabela 1), o teor de Ca²⁺ no solo era de 0,5cmo_c.dm^-3, não sendo suficiente para promover a nodulação. Esse fato ressalta a necessidade de calagem em solos ácidos com o objetivo de fornecer também o cálcio para um melhor estabelecimento da associação simbiótica entre Medicago sativa e Sinorhizobium meliloti. O efeito positivo da calagem sobre o número de nódulos e também sobre a atividade da nitrogenase já foi observado em alfafa por HARTEL & BOUTON (1989), PIJNENBORG & LIE (1990) e REID (1996).

Os teores de nitrogênio na matéria seca da parte aérea das duas cultivares, nas doses de calcário em cada relação estequiométrica Ca:Mg ajustaram-se melhor ao modelo quadrático base raiz quadrada de regressão (Figura 1A e 1B). Os teores máximos estimados de nitrogênio, nas médias das relações estequiométricas Ca:Mg, seriam obtidos com 5,34 e 4,73t de calcário ha^-1 para as cultivares Flórida 77 e Crioula, respectivamente.

Os teores de nitrogênio na matéria seca da parte aérea foram proporcionais à quantidade de calcário adicionado ao solo, variando de 1,03 a 3,95dag.kg^-1. Resultados similares foram obtidos em soja por MUCHOVEJ et al., (1986). KELLING & MATOCHA (1990) obtiveram teores de nitrogênio na matéria seca da parte aérea de plantas de alfafa variando de 2,6 a 3,7dag.kg^-1. Portanto, os teores obtidos no presente estudo podem ser considerados satisfatórios, exceto da menor dose de calcário em todas as relações Ca:Mg (Figuras 1A e 1B).

Na relação 100:0, na menor dose de calcário, a pequena nodulação não aumentou os teores de nitrogênio na matéria seca da parte aérea. A coloração esbranquiçada dos nódulos nesse tratamento sugere a ineficiência no processo de fixação do N₂ atmosférico.

Nos tratamentos em que foi observada a ausência ou baixa nodulação, os teores de nitrogênio na matéria seca da parte aérea situaram-se na faixa de 1,03 a 1,46dag.kg^-1, abaixo do nível considerado satisfatório para essa espécie (KELLING & MATOCHA, 1990).

Os grandes aumentos dos números de nódulos em função das doses de calcário (Tabela 2) se relacionaram com os aumentos nos conteúdos de nitrogênio na matéria seca da parte aérea. Uma eficiente fixação do N₂ atmosférico pressupõe maior produção de matéria seca da parte aérea, disponibilizando melhor suprimento de carboidratos aos nódulos.

A produção de matéria seca da parte aérea para a cultivar Flórida 77 aumentou de forma linear para as doses de calcário em todas as relações Ca:Mg (Figura 2 A), demonstrando a sensibilidade desta cultivar às variações nas doses de calcário e em menor escala, às relações estequiométricas de Ca:Mg. Em alfafa, foram obtidos aumentos significativos na produção de matéria seca da parte aérea em função do aumento na dose de calcário. No entanto, nenhum efeito significativo foi observado entre as diferentes relações Ca:Mg aplicadas ao solo (REID, 1996; SU & EVANS, 1996; MOREIRA et al., 1999). Em razão da maior produção de matéria seca da parte aérea na relação 100:0, a cultivar Flórida 77 mostrou maior sensibilidade ao baixos teores de Ca²⁺ no solo do que aos de Mg²⁺. O baixo teor de Mg²⁺ no solo não prejudicou a produção de matéria seca da parte aérea. A linearidade do modelo indica que maiores doses de calcário do que o aplicado na relação 7,2t.ha^-1 (Figura 2A) seriam necessárias para a obtenção da produção máxima. Portanto, essa cultivar é altamente exigente em cálcio.

A produção de matéria seca da parte aérea da cultivar Crioula ajustou-se ao modelo quadrático de regressão e foi influenciada apenas pelas doses de calcário, não havendo efeito significativo das relações estequiométricas Ca:Mg. Por esse modelo a dose de 6,9t de calcário ha^-1 é adequada para a obtenção da produção máxima (Figura 2B). A ausência de resposta da cultivar Crioula às relações estequiométricas Ca:Mg sugere que a mesma seja mais tolerante a baixos níveis de Ca²⁺ no solo, ao contrário da cultivar Florida 77. Essa característica da cultivar Crioula, provavelmente, deve-se ao fato de ela ter surgido por um processo de seleção natural, provavelmente no Rio Grande do Sul, sob condições ambientes adversas e solos de baixa fertilidade (HONDA & HONDA, 1990).

A menor dose de calcário utilizada proporcionou teores de Ca²⁺ + Mg²⁺ no solo antes do plantio, variando de 1,4 a 2,1cmo_c.dm^-3 (Tabela 1); estes teores são considerados baixos pelo critério da Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais (1999). Pelo critério dessa Comissão, considerando-se a alfafa como cultura exigente em calagem, deveriam ser aplicados 5,8t de calcário ha^-1, que proporcionariam aproximadamente 98% da produção máxima de matéria seca da parte aérea para a cultivar Crioula. Entretanto, para a cultivar Flórida 77, a maior produção de matéria seca da parte aérea foi obtida com a aplicação de 7,2t de calcário ha^-1.

CONCLUSÕES

As cultivares de alfafa Flórida 77 e Crioula apresentaram bom desenvolvimento em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico, quando não mais se tem alumínio trocável no solo. As diferentes relações estequiométricas Ca:Mg não proporcionaram diferenças nos valores de pH do solo em nenhuma dose de calcário. A calagem aumentou a produção de matéria seca da parte aérea, a nodulação e os teores de nitrogênio da alfafa. No entanto, somente a cultivar Flórida 77 mostrou sensibilidade às variações nas relações Ca:Mg, apresentando maior produção de matéria seca na relação 100:0. A cultivar Crioula mostrou maior tolerância aos baixos níveis de Ca ao solo do que a Flórida 77. A elevada concentração de Mg na relação 0:100, na maior dose de calcário, foi altamente tóxica causando a morte das plantas.

² Engenheiro Agrônomo, PhD., Professor Titular, Departamento de Microbiologia, UFV. E-mail: [e-mail].

³ Engenheiro Agrônomo, Doutor, Professor Adjunto, Departamento de Solos, UFV. E-mail: [e-mail].

⁴ Engenheiro Agrônomo, PhD., Professor Titular, Departamento de Fitotecnia, UFV. E-mail: [e-mail].

Recebido para publicação em 29.12.00. Aprovado em 30.01.02

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Nov 2003
• Data do Fascículo
  Dez 2002

Histórico

• Aceito
  30 Jan 2002
• Recebido
  29 Dez 2000