Armazenamento de carbono em frações lábeis da matéria orgânica de um Latossolo Vermelho sob plantio direto

Carbon storage in labile fractions of soil organic matter in a tropical no-tillage Oxisol

SOLOS

Armazenamento de carbono em frações lábeis da matéria orgânica de um Latossolo Vermelho sob plantio direto

Carbon storage in labile fractions of soil organic matter in a tropical no-tillage Oxisol

Cimélio Bayer^I; Ladislau Martin-Neto^II; João Mielniczuk^I; Aurélio Pavinato^III

^IUniversidade Federal do Rio Grande do Sul, Dep. de Solos, Caixa Postal 15100, CEP 90001-970 Porto Alegre, RS. E-mail: [e-mail], [e-mail]

^IIEmbrapa Instrumentação Agropecuária, Caixa Postal 741, CEP 13560-970 São Carlos, SP. E-mail: [e-mail]

^IIISLC Agrícola, Caixa Postal 13200, CEP 98920-000 Porto Alegre, RS. E-mail: [e-mail]

RESUMO

A reserva de carbono na matéria orgânica (MO) do solo é uma importante estratégia para atenuar a concentração de dióxido de carbono na atmosfera. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do plantio direto (PD), durante seis anos, sob quatro sistemas de cultura de outono na sucessão comercial soja-milho (guandu- anão-milheto, crotalária-sorgo, girassol-aveia-preta e nabo forrageiro-milho), no armazenamento de carbono nas frações particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) da MO de um Latossolo Vermelho argiloso da Região do Cerrado. Em comparação ao preparo convencional (PC) com cultivo de culturas estivais, o PD aumentou os estoques de carbono orgânico total (COT) na camada superficial do solo (0—5 cm). Na camada de 0—20 cm, o solo sob nabo forrageiro-milho manteve um estoque de COT superior em 9% (4,66 Mg ha^-1) ao do solo em PC (54,30 Mg ha^-1). Nos demais sistemas de culturas, o estoque de COT nessa camada não diferiu do solo em PC. O estoque de C na MO particulada foi mais sensível ao manejo do solo do que o COT, com um incremento entre 37% e 52% sob PD, em comparação ao PC (0—20 cm). O estoque de C na MO associada aos minerais não foi afetado pelos sistemas de manejo, o que pode estar relacionado ao curto período sob PD e à microagregação altamente estável. O armazenamento de C preferencialmente na fração lábil da MO do solo representa um benefício ambiental cuja manutenção depende fundamentalmente da continuidade do plantio direto e do contínuo aporte de resíduos vegetais.

Termos para indexação: solos tropicais, efeito estufa, agricultura conservacionista, manejo do solo.

ABSTRACT

Carbon storage in the soil organic matter (SOM) is an important strategy to mitigate carbon dioxide concentration in the atmosphere. The objective of this study was to evaluate the effect of the no-tillage (NT) use for six years, under four autumn (dry-season) cover crops based maize and soybean crop rotations (pigeon pea-pearl millet, bengan hemp-sorghum, sunflower-black oat, and wild radish-maize), on C storage in the particulate (>53 µm) and mineral-associated (<53 µm) SOM fractions of a clayey Oxisol from Brazilian Cerrado region. In comparison to conventional tillage (CT) under summer cash-crops, NT increased the total organic carbon (TOC) stocks in the surface soil layer (0—5 cm). In the top 20 cm layer, NT soil under wild radish-maize had 9% (4.66 Mg ha^-1) more TOC than the conventionally tilled soil. On the other hand, C storage in NT soil under other cropping systems was statiscally similar to the CT soil. The C stocks in the particulate SOM fraction increased by 37 to 52% in NT soil (0—20 cm) in comparison to CT. The higher sensitivity to soil management changes made the particulate organic matter a more adequate soil quality index compared to the TOC stocks. The C stock in the mineral-associated SOM fraction was not affected by soil management systems, which can be related to the short-term under NT and or to the highly stable soil microaggregates in this clayey Oxisol. The preferential C storage in the labile SOM fraction is an environmental benefit, which is expected to occur only under continuous no-tillage and crop residues addition.

Index terms: tropical soils, greenhouse effect, conservative agriculture, soil management.

Introdução

A Região do Cerrado brasileiro abrange 207 milhões de hectares, representando aproximadamente 4% da região tropical mundial. Atualmente, uma área superior a 12 milhões de hectares dessa região é cultivada com culturas anuais, e são utilizados diversos sistemas de preparo do solo, com predomínio de uso de grade pesada e de arado de discos, além de arado de aivecas e escarificador. O manejo do solo com sistemas de revolvimento intenso para cultivo de culturas anuais tem acelerado o processo de degradação das condições químicas, físicas e biológicas dos solos nesta região (Resck, 1997).

O estoque de matéria orgânica (MO) apresenta rápida queda quando o solo é submetido a sistemas de preparo com intenso revolvimento (Silva et al., 1994), decorrente do aumento das perdas por erosão hídrica e oxidação microbiana. Esta perda de MO reflete-se negativamente na capacidade de troca de cátions (Silva et al., 1994) e na complexação de elementos tóxicos como o alumínio (Mendonça, 1995) nos solos da região. As boas propriedades físicas que o solo apresenta sob condições naturais são parcialmente perdidas, como a macroagregação, porosidade e infiltração de água (Resck, 1997).

Com a finalidade de reverter o ciclo de degradação do solo e ambiente, a partir da década de 80, iniciou-se a adoção do plantio direto (PD) na região. A evolução das áreas cultivadas em PD foi rápida, e em 2000/2001 aproximadamente 4,9 milhões de hectares já haviam sido cultivados neste sistema de manejo (Associação de Plantio Direto no Cerrado, 2004). A palhada na superfície do solo em PD promove aumento da infiltração e do armazenamento de água no solo, diminuição da temperatura superficial, aumento da atividade microbiana, e acúmulo superficial de nutrientes e de matéria orgânica nas camadas superficiais do solo, entre outros (Bayer & Mielniczuk, 1999), além de expressiva redução da erosão hídrica (Cassol, 1984).

A acumulação de matéria orgânica em Latossolos da Região do Cerrado sob PD foi verificada por Corazza et al. (1999). Enquanto o solo cultivado com grade pesada apresentou uma perda de 8,3 Mg ha^-1 em 12 anos em relação ao solo sob cerrado nativo, no solo em PD verificou-se, em 15 anos, um aumento de 21,4 Mg ha^-1 de C, o que corresponde a uma taxa anual de acúmulo de C no solo de 1,43 Mg ha^-1. Estes resultados demonstram que, enquanto o solo sob PC atua como uma fonte de C para atmosfera, o solo em PD passa a atuar como um dreno de C atmosférico, o que representa uma importante contribuição da agricultura para atenuar a concentração de dióxido de C na atmosfera e nas alterações climáticas globais.

O C pode acumular em frações lábeis ou estáveis da MO no solo, o que pode ter implicações na durabilidade do seu efeito quanto à retenção de C atmosférico, bem como nas alterações nas propriedades físicas, químicas e biológicas dos solos sob PD. Assim, visando identificar em quais compartimentos o C está acumulando, têm sido utilizadas técnicas de fracionamento físico da MO que podem ser granulométricas (Cambardella & Elliot, 1992; Feller & Beare, 1997; Franzluebbers & Arshad, 1997; Wander et al., 1998; Needelman et al., 1999), densimétricas (Golchin et al., 1994), ou uma mistura de ambas (Six et al., 1998). O acúmulo de C em frações lábeis da MO tem sido relacionado à sua proteção física no interior de agregados, em consequência da inacessibilidade aos microrganismos e suas enzimas (Feller & Beare, 1997). A MO protegida no interior de agregados apresenta um tempo de permanência no solo maior do que a MO livre, sendo esta proteção maior nos microagregados do que nos macroagregados (Buyanovsky et al., 1994).

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da utilização do plantio direto, durante seis anos, sob quatro sistemas de culturas de outono na sucessão comercial soja-milho (guandu-anão-milheto, crotalária-sorgo, girassol-aveia-preta e nabo forrageiro-milho) no armazenamento de carbono nas frações particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) da MO de um Latossolo Vermelho argiloso da Região do Cerrado.

Material e Métodos

O trabalho foi baseado em amostras de solo coletadas em experimento instalado, em 1993, em área da Fazenda Planalto da Empresa SLC Agrícola, em Costa Rica, MS. O solo é classificado como Latossolo Vermelho ácrico distrófico, com 200, 200 e 600 g kg^-1 de areia, silte e argila, respectivamente, na camada de 0—20 cm. Segundo análise de difração de raios X, os principais minerais presentes na fração argila são caulinita, óxidos de ferro e gibsita. O clima é classificado como tropical úmido e quente (Aw segundo classificação de Köppen), com uma estação seca de maio a setembro. A temperatura média anual é 24,8ºC, variando mensalmente entre 13,4ºC (julho) e 31,4ºC (novembro). A precipitação pluvial anual é de 1.929 mm, e 88% deste total ocorrem na estação chuvosa. Estas informações foram coletadas na Estação Meteorológica localizada na fazenda, e compreendem valores médios do período de 1992 a 2000.

Previamente à instalação do experimento, o solo foi cultivado durante 10 anos com grade pesada, a uma profundidade aproximada de 17 cm, com as culturas da soja (Glicine max) e milho (Zea mays), sendo este cultivado em apenas três anos. O experimento consistiu em quatro sistemas de cultura, dispostos num delineamento em blocos casualizados, com duas repetições. Os sistemas de rotação de cultura consistiram da intercalação anual de culturas outonais (I: guandu-anão (Cajanus cajan)-milheto (Pennisetum americanum), II: crotalária (Crotalaria juncea)-sorgo (Sorghum vulgare), III: girassol (Helianthus anuus)-aveia-preta (Avena strigosa), e IV: nabo forrageiro (Raphanus raphanistrum)-milho) com as culturas comerciais soja e milho. Estas combinações de culturas outonais foram dispostas em duas faixas, e, em uma delas, o milho foi cultivado a cada dois anos (50% da rotação), e na outra, a cada três anos (33% da rotação). As características químicas do solo (0—20 cm), na média dos sistemas com 33% e 50% de milho na rotação, são apresentadas na Tabela 1.

Em todos os anos, as culturas outonais foram semeadas em abril, e a soja e o milho em novembro. O milho e a soja foram semeados com espaçamento de 0,9 e 0,5 m entre linhas, e a população média foi de aproximadamente 50 mil e 220 mil plantas/ha, respectivamente. A semeadura das culturas foi motomecanizada. O manejo das espécies outonais e o controle de ervas daninhas foi realizado com herbicidas com princípio ativo glifosate.

O efeito do PD nos estoques de C do solo foi avaliado em comparação a um solo em preparo convencional (PC), cultivado com grade pesada, o qual constitui um tratamento de um experimento adjacente ao avaliado neste trabalho, e que apresenta histórico idêntico de manejo do solo ao da área experimental sob PD. Nos seis anos referentes ao período experimental (1993-1998), cultivou-se na área sob PC três safras de soja, duas safras de milho e uma safra de algodão (Hordeum vulgare).

O solo foi amostrado manualmente em todos os tratamentos, em maio de 1999, nas profundidades de 0—2,5, 2,5—5, 5—10, 10—15 e 15—20 cm. As amostras de solo foram secadas ao ar, moídas, peneiradas a 2 mm e analisadas quanto aos teores de C orgânico total (Nelson & Sommers, 1982). O fracionamento físico da MO foi realizado segundo Cambardella & Elliot (1992). Aproximadamente 20 g de solo e 70 mL de solução de hexametafosfato de sódio (5 g L^-1) foram agitados durante 15 horas em agitador horizontal. A seguir, a suspensão foi passada em peneira de 53 µm com auxílio de jato de água. O material retido na peneira, que consiste na MO particulada, foi secado em estufa a 50ºC, quantificado em relação a sua massa, moído em gral de porcelana e analisado em relação ao teor de C orgânico. O estoque de C na MO associada aos minerais foi calculado pela diferença entre os estoques de C na MO total e na MO particulada (>53 µm). A densidade do solo foi determinada mediante coleta de amostras indeformadas em anéis volumétricos metálicos de 5x9 cm (hxÆ), nas profundidades de 0—5 e 5—10 cm, e anéis de 10x9 cm, na profundidade de 10—20 cm, sendo os valores de densidade de solo utilizados no cálculo dos estoques de C no solo.

Os resultados dos estoques de C no solo foram submetidos à análise da variância. Como não houve diferença entre os resultados com 50% e 33% de milho na rotação de culturas, a comparação entre as médias, realizada pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade, foi avaliada na média destes tratamentos, considerando-se, portanto, quatro repetições.

Resultados e Discussão

O PD promoveu aumento no estoque de COT na camada de 0—20 cm do solo, em comparação ao PC. Entretanto, este efeito foi dependente do sistema de cultura utilizado, e foi significativo somente no tratamento com nabo forrageiro e milho no outono, o qual apresentou aumento médio de 9% (4,66 Mg ha^-1 de C) no estoque de COT, em comparação ao solo em PC somente com culturas estivais. Nos demais sistemas de cultura, o estoque de COT no solo foi intermediário ao existente nesses dois sistemas (Tabela 2 e Figura 1).

Os maiores aumentos no estoque de COT ocorreram nas camadas superficiais do solo, variando de 39% a 53% na camada de 0-2,5 cm no solo sob PD com culturas outonais e estivais anualmente, em comparação a mesma camada de solo em PC apenas com culturas estivais (Tabela 2 e Figura 1). Reicosky et al. (1995) salientam que, mesmo nos casos em que não há aumento de MO na camada arável do solo em PD, o acúmulo de resíduos culturais sobre o solo e de MO nas camadas superficiais do solo resultam em efeitos importantes em relação à ciclagem de nutrientes, agregação, atividade microbiana, movimento e armazenamento de água, e troca de gases com a atmosfera.

Os estoques de C na MO particulada representaram, na camada de 0—20 cm, de 11% a 15% do COT, e os maiores valores ocorreram no solo em PD (Tabela 2). No solo em PC a distribuição dos teores de C na MO particulada foi mais uniforme na camada de solo gradeada, resultante da incorporação periódica dos resíduos vegetais (Figura 1).

Houve maior sensibilidade do estoque de C na MO particulada às alterações no manejo em comparação ao estoque de C orgânico total (Figura 2). Em comparação ao solo em PC com culturas estivais, o PD com culturas estivais e outonais promoveu um aumento de 37% a 52% no estoque de C na MO particulada da camada de 0—20 cm, e foi significativo nos quatro sistemas de cultura (Tabela 2). Por sua vez, o aumento relativo no estoque de COT foi inferior a 10%. Estes resultados demonstram que o estoque de C na MO particulada constitui-se indicador mais sensível à qualidade dos sistemas de manejo do solo, possibilitando verificar o efeito a curto prazo (Chan, 1997; Needelman et al., 1999; Bayer et al., 2001, 2002). De forma similar ao COT, os maiores incrementos dos estoques de C na MO particulada ocorreram nas camadas superficiais do solo, e corresponderam a aumentos variando entre 192% e 241% na camada de 0—2,5 cm, como pode ser calculado a partir dos resultados da Tabela 2.

Em comparação ao solo em PC com culturas estivais, o efeito positivo do PD com culturas estivais e outonais sobre a MO particulada pode estar relacionado à maior adição anual e manutenção dos resíduos vegetais na superfície do solo, em adição à diminuição da atividade microbiana pela redução da temperatura do solo e menor aeração, e principamente, à proteção física da MO no interior de agregados. A agregação é relacionada à proteção física de frações lábeis da MO a biodegradação (Balesdent et al., 2000). Em adição aos maiores teores de MO no solo em PD, a menor exposição dos agregados na superfície do solo a repetidos ciclos de umedecimento e secamento, ao impacto das gotas de chuva e à saturação rápida (Bresson & Boiffin, 1990) contribuem para a maior estabilidade de agregados, no interior dos quais a fração orgânica encontra-se fisicamente protegida dos microrganismos e de suas enzimas (Balesdent et al., 2000).

O estoque de C na MO associada aos minerais não foi afetado pelos sistemas de manejo nas diferentes camadas de solo, o que refletiu-se em estoques de C nesta fração estatisticamente iguais na camada de 0—20 cm (Tabela 2). O pequeno período de condução do sistema PD (seis anos) facilita o entendimento do não-efeito dos sistemas de manejo na MO associada aos minerais, a qual apresenta um avançado estágio de humificação e é altamente estável devido a sua interação com a fração mineral (estabilidade química) e localização no interior de microagregados (<53 µm) estáveis (proteção física), além da sua maior recalcitrância química decorrente da sua composição (Bayer, 1996). Como a MO associada aos minerais apresenta uma ciclagem bem mais lenta, no que se refere à sua formação e decomposição, é necessário um período maior para que a alteração dos sistemas de manejo tenha efeito no estoque de C desta fração.

Outro aspecto importante é que o efeito do manejo na MO protegida em microagregados deve ser dependente da textura e, principalmente, da mineralogia do solo, as quais influenciam a estabilidade destes microagregados. Nesse sentido, em adição ao pequeno período trasncorrido, a não-ocorrência de variação da MO associada aos minerais provavelmente seja decorrente do pequeno efeito dos sistemas de manejo na ruptura e formação de microagregados <53 µm neste Latossolo oxídico, cujo principal agente cimentante são os óxidos de ferro pouco cristalinos (Pinheiro-Dick & Schwertmann, 1996; Muggler et al., 1999). A proteção da MO em microagregados altamente estáveis, os quais praticamente não são afetados pelo manejo, é coerente com a pequena diferença que tem sido verificada nos estoques de MO entre o PD e o PC em solos de textura argilosa e com altos teores de óxidos de ferro no Sul do Brasil (Bayer, 1996; Freixo et al., 2002).

Quanto à retenção de dióxido de carbono atmosférico, o acúmulo de C na fração lábil da MO neste Latossolo Vermelho implica que o PD e o aporte de resíduos devam ser mantidos continuamente, pois a sua interrupção pode resultar num efluxo líquido de C para a atmosfera. Também é desconhecido o efeito que o aumento antrópico da temperatura previsto para as próximas décadas poderá apresentar sobre o C armazenado em formas lábeis da MO do solo.

Conclusões

1. O plantio direto aumenta os estoques de carbono orgânico do solo em comparação ao preparo convencional, sendo este efeito restrito às camadas superficiais e dependente do sistema de cultura.

2. O acúmulo de carbono no solo em plantio direto ocorre preferencialmente na matéria orgânica particulada, a qual é mais sensível do que o carbono orgânico total às alterações no manejo do solo.

3. Em períodos curtos (seis anos), o plantio direto não tem efeito no estoque de carbono na matéria orgânica associada aos minerais em Latossolos argilosos oxídicos.

Recebido em 28 de agosto de 2003 e aprovado em 13 de abril de 2004

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  09 Set 2004
• Data do Fascículo
  Jul 2004

Histórico

• Recebido
  28 Ago 2003
• Aceito
  13 Abr 2004