Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado

Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde ISSN: 1415-6938 [email protected] Universidade Anhanguera Brasil

Costa Junior, Ciniro; de Cassia Piccolo, Marisa; Barbosa de Camargo, Plínio; Yoric Bernoux, Martial Michel; Siqueira Neto, Marcos Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde, vol. 15, núm. 2, 2011, pp. 47-66 Universidade Anhanguera Campo Grande, Brasil

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Ensaios e Ciência Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde

NITROGÊNIO E ABUNDÂNCIA NATURAL DE 15N EM AGREGADOS DO SOLO NO BIOMA CERRADO

Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011

RESUMO Ciniro Costa Junior Centro de Energia Nuclear na Agricultura USP [email protected]

Marisa de Cassia Piccolo Centro de Energia Nuclear na Agricultura USP [email protected]

Plínio Barbosa de Camargo Centro de Energia Nuclear na Agricultura USP [email protected]

Martial Michel Yoric Bernoux Institut de Recherche pour le Développement - IRD (França) [email protected]

Marcos Siqueira Neto Centro de Energia Nuclear na Agricultura USP [email protected]

Anhanguera Educacional Ltda. Correspondência/Contato Alameda Maria Tereza, 2000 Valinhos, São Paulo CEP 13.278-181 [email protected] Coordenação Instituto de Pesquisas Aplicadas e Desenvolvimento Educacional - IPADE Artigo Original Recebido em: 26/01/2011 Avaliado em: 25/04/2011 Publicação: 14 de novembro de 2011

O nitrogênio (N) pode ser considerado um dos elementos que possui uma das dinâmicas mais pronunciadas no sistema solo-planta-atmosfera. O objetivo do trabalho foi avaliar os teores de N, a abundância natural de δ15N e a agregação do solo em quatro usos da terra: pastagem (PA), plantio convencional (SPC), plantio direto (SPD) e Cerradão (CE). As áreas estão localizadas em Rio Verde (GO) em um Latossolo Vermelho distrófico argiloso. Foram coletadas seis amostras por área, nas camadas 0-5, 5-10 e 1020 cm para determinação da quantidade de agregados estáveis em água (micro, macro e agregados > 2,00 mm), o diâmetro médio ponderado (DMP) e geométrico (DMG), além dos teores e estoques de N e análises isotópicas das abundâncias naturais de δ15N. A conversão do Cerrado em diferentes usos ocasionou mudanças negativas nos teores de N (0-5 e 5-10 cm) e na agregação do solo (exceto na PA). Entre os sistemas de manejo, o SPD apresentou o maior teor de N no solo e nas classes > 2,00 mm e macroagregados (0-5 cm). A agregação apresentou correlação com os teores de N, enquanto as análises isotópicas de δ15N nas amostras das áreas de CE e PA indicaram maior sensibilidade do N nos agregados > 2,00 mm e macroagregados, significando que a preservação dessas classes pode levar a aumento nos teores de N no solo. Palavras-Chave: Agregação do solo; sistemas de manejo; matéria orgânica do solo; composição isotópica.

ABSTRACT Nitrogen (N) can be considered one of the elements which has pronounced dynamics in the soil-plant-atmosphere. The objective was to evaluate the N contents, natural abundance of δ15N and soil aggregation in four land uses: pasture (PA), conventional tillage (CT), no-tillage (NT) and Savana (CE). The areas are located in Rio Verde (GO) where the soil was classified as Oxisol clay texture. Six soil samples were collected in layers 0-5, 5-10 and 10-20 cm and were determined the distribution of water stable aggregates (micro, macro and aggregates > 2.00 mm), aggregates mean weight diameter (MWD) and geometric (GMD), N contents and stocks and isotopic natural abundances of δ15N analysis. The conversion of the Cerrado in different uses caused negative changes in the N levels (05 and 5-10 cm) and soil aggregation (except PA). Among the management systems, the NT had the highest content of N in the soil and aggregates > 2.00 mm and macroaggregates. The aggregation was correlated with N content, while the isotopic analysis of δ15N in the CE and PA samples showed greater sensitivity to the N in aggregates > 2.00 mm and macroaggregates, meaning that preservation of these classes may increase the N content in soil. Keywords: Soil aggregation; management systems; soil organic matter; isotopic composition.

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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado

1.

INTRODUÇÃO A conversão do Cerrado por meio da derrubada e queima da vegetação natural, seguida da introdução de pastagens e sistemas agrícolas resultam na alteração da dinâmica da matéria orgânica do solo (MOS), com mudanças no ciclo biogeoquímico dos elementos (LAL, 2003). Essas alterações são geralmente acompanhadas por mudanças na agregação do solo, que é onde a MOS encontra-se protegida fisicamente contra decomposição microbiana. O sistema plantio convencional (SPC) devido ao revolvimento do solo destrói a estrutura original do solo, por meio do cultivo mecânico, com o aumento de espaços porosos que intensifica a disponibilidade de oxigênio que conduz ao decréscimo do Ntotal com a oxidação da MOS. Enquanto que em solos cultivados sob sistema plantio direto (SPD), o não revolvimento e a manutenção de resíduos vegetais na superfície estimulam a proteção física da MOS no interior de macroagregados (> 0,25 mm) e, conseqüentemente, apresentam menor taxa de decomposição ou até mesmo aumento do conteúdo de N (AMADO et al., 2001; AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010; FABRIZZI et al., 2009; SIQUEIRA NETO et al., 2009). Com relação às pastagens, diversos autores têm reportado que a conversão do Cerrado para esse fim conduz a diminuição na quantidade de MOS com drástica redução da quantidade de N disponível (SILVA et al., 2004; SIQUEIRA NETO et al., 2009). Por outro lado, uma variedade de opções de manejos (como irrigação, fertilização e introdução de leguminosas) tem mostrado favorecer a manutenção e até mesmo aumentar quantidade de agregados nestes solos (SALTON et al., 2008). Inúmeros estudos sobre o efeito de sistemas de manejo na MOS tem sido desenvolvidos no Brasil (MARTINS et al., 2009; SIQUEIRA NETO et al., 2009; SALTON et al., 2008) e no exterior (AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010; FERNANDEZ et al., 2010), entretanto, o enfoque principal normalmente está no C, que é o elemento que se apresenta em maior quantidade, com menor atenção dada ao nitrogênio (N). Contudo, o N é um elemento bastante relevante na formação da MOS, sendo um de seus principais componentes e com uma das dinâmicas mais pronunciadas no solo. A maior parte do N presente no solo encontra-se na fração orgânica (mais de 90%) e por meio da mineralização da MOS transforma, em média, de 2% a 5% desse elemento para as formas inorgânicas, sendo que este processo pode ser altamente influenciado pelo uso do solo e sistema de manejo empregado (MOREIRA; SIQUEIRA, 2002).

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Estudos com a abundância isotópica natural do N do solo (δ15N) em ambientes naturais pode trazer informações sobre o ciclo do elemento (HÖGBERG, 1997). A variação natural do δ15N reflete tanto a fonte como o fracionamento do N durante suas transformações no solo (PICCOLO et al., 1994). Na maioria dos ecossistemas o N na MOS esta enriquecido em δ15N, em comparação com o N2 atmosférico (KARAMANOS et al., 1981). O fracionamento durante os processos de nitrificação e desnitrificação, assim como durante a agregação do solo, alteram o δ15N proveniente do substrato natural fornecido ao solo, resultando em maiores valores de δ15N com o aumento da profundidade do solo (humificação da MOS) ou no resíduo vegetal em estado mais avançado de decomposição (NADELHOFFER; FRY, 1988). Considerando a importância do N no processo produtivo e as mudanças promovidas pelas práticas de manejo, a presente pesquisa tem por objetivo avaliar a agregação do solo, os teores totais de N e as abundâncias naturais de δ15N em áreas sob diferentes usos da terra no bioma Cerrado.

2.

MATERIAL E MÉTODOS As áreas de estudo estão localizadas no município de Rio Verde, Estado de Goiás. O clima da região é do tipo Aw (KÖPPEN) – tropical, com chuvas concentradas no verão e período seco bem definido durante a estação de inverno. A média anual da precipitação é de 1500 mm ano-1 e a média anual da temperatura é de 23°C (Figura 1). O solo foi classificado como Latossolo Vermelho distrófico caulinítico de textura argilosa (EMBRAPA, 2006), cuja vegetação original predominantemente é arbórea, com fitofisionomia de Cerradão e mata seca subcaducifólia (EITEN, 1972).

Figura 1. Temperatura media (máxima e mínima) mensal (°C) e precipitação (mm) no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).

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As áreas avaliadas foram: Cerradão – CE (17°39’07” S e 51°02’49” O) com estrato arbóreo semidecidual e altura entre 15 a 25 m; pastagem – PA (17°38’58” S e 51°03’57” O) que após o desmatamento foi cultivado com arroz (Oryza sativa L.) por nove anos, com posterior introdução da pastagem com braquiária (Brachiaria decumbens Stapf) por 20 anos, atualmente com sinais de degradação – aplicação de 3,0 Mg ha-1 de calcário dolomítico antes da implantação da pastagem; plantio convencional – SPC (17°41’36” S e 51°10’56” O) que após o desmatamento foi cultivado com arroz por dois anos, seguido por 29 anos de soja (Glycine max [L.] Merr.) alternada com milho (Zea mays L.), anualmente, nesta área foram aplicados 2,0 Mg ha-1 de calcário dois anos antes da realização do estudo; plantio direto – SPD (17°20’12” S e 51°15’03” O) que após o desmatamento foi convertido em pastagem por cinco anos, seguida pelo cultivo de arroz em sistema convencional durante dois anos, depois milho e soja alternadamente por oito anos e posteriormente convertido para plantio direto por 15 anos com soja sucedido por milho ou sorgo (Sorghum bicolor [L.] Moench). Para esta área foram aplicados 3,0 Mg ha-1 de calcário em superfície, seis anos antes da realização deste estudo; contudo para a manutenção dos teores de cálcio e magnésio, foram aplicados 400 kg ha-1 de silicato de cálcio e magnésio no ano anterior à realização do estudo. Nas áreas sob SPD e SPC a soja recebeu 450 kg ha-1 de 02-20-18 na semeadura e cobertura de 100 kg ha-1 de KCl, com produtividade média de 3600 kg ha-1. A safrinha de milho foi realizada apenas na área com plantio direto, onde foram aplicados 550 kg ha-1 de 08-20-20 na semeadura e cobertura de 200 kg ha-1 de uréia, com produtividade média de 7500 kg ha-1. A caracterização físico-química das áreas foi realizada no início do estudo em fevereiro de 2007 e estão apresentadas na Tabela 1. O pH foi determinado em água usando a relação solo:solução de 1:2,5. Os teores de argila foram determinados pelo método do densímetro após a dispersão da argila com hexametafosfato e a digestão do material orgânico em H2O2 (EMBRAPA, 1997). A densidade do solo foi determinada em amostras indeformadas pelo método do cilindro volumétrico segundo Blake e Hartge (1986). A capacidade de troca de cátions (T) e a saturação por bases (V%) foram calculadas a partir das determinações dos cátions trocáveis (RAIJ; QUAGGIO, 1983) e da acidez potencial do solo (EMBRAPA, 1997). Os teores de carbono foram determinados através de combustão a seco no aparelho LECO-CN® em amostras secas ao ar e peneiradas a 100 mesh.

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Tabela 1. Características físico-químicas de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO). Área

Argila

pH 3

C

P -1

K

Mg

H + Al

T

V%

g cm

H2O

g kg

1,0

4,7

2,6

6,8

1,1

1,0

1,3

79,2

82,6

4,0

mg kg

-1

Ca

a?

g kg

a

Ds

-1

-3

---------------- cmolc dm ------------

CE

541

PA

641

1,2

6,1

1,8

8,3

0,9

11,2

11,0

30,0

53,1

41,3

SPC

562

1,9

5.5

1,7

11.3

2.2

10.0

2.7

36.6

51,5

28,1

SPD

770

1,1

6.0

2,3

29.3

1.7

15.3

6.2

40,0

63,2

35,7

CE: Cerrado nativo; PA: pastagem, SPC: sistema plantio convencional; SPD: sistema plantio direto. Valores seguidos de mesma letra na coluna dentro de cada profundidade não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).

Nas áreas de estudo foi empregado o delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC) com seis repetições. A coleta das amostras de solo foi feita com a utilização de enxadão e espátulas. Após a abertura de mini-trincheiras no solo (50 cm de largura x 50 cm de comprimento x 40 cm de profundidade) com auxílio de enxadão, foram retirados blocos de solo (monólitos) com 100 cm de área (10 x 10 cm) com três profundidades, referentes as camadas de solo estudadas, 0-5, 5-10 e 10-20 cm. A separação dos agregados em classes de tamanho foi feita pela desagregação e peneiramento em meio úmido de 50 gramas de cada bloco de solo extraído das áreas de estudo pelo método descrito por Kemper e Chepil (1965) e alterações propostas por Silva e Mielniczuk (1997). Após essa operação foram obtidas três classes de agregados denominadas: agregados > 2,00 mm, macroagregados (2,00 < 0,25 mm) e microagregados (0,25 < 0,053 mm). Os valores obtidos nos peneiramentos foram usados para cálculo do DMP por meio da equação: DMP=

(xi.wi), em que wi = proporção (%) de cada classe

em relação ao total; e xi = diâmetro médio das classes, expresso em mm; e do DMG com a equação: DMG = 10W , sendo w = [∑(z log y / ∑n]. Para as determinações dos teores totais de N e abundância natural isotópica de 15N

foram retiradas de alíquotas de aproximadamente 10 gramas das amostras de solo e

das classes de agregados obtidas após o peneiramento. Essas alíquotas foram então moídas e peneiradas a 100 mesh. Os teores de N foram obtidos por combustão a seco por meio do aparelho LECO-CN®, enquanto as determinações isotópicas de 15N foram obtidas através de um analisador elementar acoplado a um espectrômetro de massas Carlo Erba® Delta Plus, ambos os analisadores estão localizados no Centro de Energia Nuclear na Agricultura (Piracicaba – SP). As determinações da abundância isotópica de

15N

nas classes de agregados do

solo foram feitas apenas nas amostras das áreas de Cerrado e pastagem com intuito de se inferir com maior nitidez sobre a dinâmica do N no solo. Pois, o cultivo dos solos sob SPD e SPC com soja sucedida por uma gramínea (milho, sorgo ou milheto) leva a uma mistura

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na contribuição isotópica do N no solo e nos agregados, que conduz a uma menor clareza na diferenciação isotópica quando comparado ao solo sob Cerrado nativo, ao contrário dessa comparação feita com a área de pastagem que é cultivada apenas com gramínea. Isto se deve a forma de N que cada cultura aporta ao sistema; i) a soja que por meio de endossimbiose com o fungo micorrizico Bradyrhizobium japonico realiza a fixação biológica do N2 atmosférico aporta resíduos com N que apresenta um fracionamento isotópico maior do elemento, portanto valores mais próximos a zero. No caso das gramíneas, ocorre uma fixação não simbiótica, contudo a maior parte do N será fornecida as culturas por meio do fertilizante. O processo de fabricação dos fertilizantes nitrogenados extrai o elemento da atmosfera por meio de fixação química, com baixo fracionamento isotópico, portanto valores mais enriquecidos em 15N e mais discrepantes em relação ao solo sob os plantios avaliados no presente trabalho, com sucessão soja/milho. Os estoques de N foram calculados a partir dos valores de teor de N e dos valores da densidade do solo e das camadas de solos (Eq. 1) (Bernoux et al., 1998). E = Ds h N

(1)

em que E é o estoque de N do solo (Mg ha-1); Ds é a densidade do solo; h é a espessura da camada amostrada; e N é o teor de nitrogênio do solo. Contudo, uma vez que as áreas amostradas apresentaram valores diferentes na densidade do solo, optou-se pela correção do estoque de N do solo pela massa de solo da área sob vegetação nativa, seguindo os cálculos apresentados por Sisti et al.(2004) (Eq. 2). EN = Σn-iE + {[Mai – (ΣnMa – ΣnMr)]Ni}

(2)

em que EN é o estoque corrigido de N pela massa de solo (Mg ha-1); Σn-iE, o somatório dos estoques das camadas, sem a última camada amostrada; Mai, a massa de solo da última camada de solo amostrado; ΣnMa, o somatório da massa total de solo amostrada; ΣnMr, o somatório da massa de solo referência; e Ni, o teor de N na última camada amostrada. Os resultados foram submetidos à análise de variância e a comparação de médias foi realizada com o teste de Tukey (p < 0,05). Para as correlações de Pearson foi aplicado o Teste t (p < 0,01 e 0,05), utilizando o programa SAS (2003).

3.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Nitrogênio e δ15N no solo Os teores de N foram maiores em superfície, decrescendo em profundidade e variaram de 0,76 a 2,45 g kg-1. Foram maiores sob CE, com valores intermediários no SPD e menores na

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PA e SPC nas duas primeiras camadas de solo avaliadas (0-5 e 5-10 cm), enquanto na camada 10-20 cm maior valor foi verificado no SPD e menor na PA. Teor de N (g kg-1)

δ15N (‰)

Figura 2. Teores de N totais (g kg-1) e composição isotópica do nitrogênio (δ15N) de diferentes sistemas de manejo em um Latossolo Vermelho para a camada 0-20 cm no bioma Cerrado em Rio Verde (GO). Os valores representam a média (n = 6 para o teor de N e n = 3 para os valores isotópicos) e as barras horizontais, a diferença mínima significativa (DMS) pelo teste de Tukey (p < 0,05).

Semelhantemente aos teores, os estoques calculados apresentaram maior valor no solo sob CE (2,93 Mg ha-1), contudo sem diferenças significativas para o SPD (2,59 Mg ha-1), e menores na PA e SPC (respectivamente 2,17 e 2,24 Mg ha-1).

Figura 3. Estoque de nitrogênio do solo sob diferentes sistemas de manejo em um Latossolo Vermelho (0-20 cm), corrigido pela última camada de solo, no bioma Cerrado em Rio Verde (GO). Os resultados representam à média (n = 6) ± desvio padrão. Médias seguidas de letras iguais não apresentam diferenças significativas pelo teste de Tukey com 5% de probabilidade.

Mesmo sem diferenças significativas no estoque de N entre os diferentes sistemas de manejo avaliados, a prática do SPD em 15 anos indicou tendência em acumular esse elemento no solo. Entre os vários fatores que podem estar relacionados a essa tendência, o tempo de adoção e as culturas utilizadas podem ser apontados como fatores primordiais (AMADO et al., 2001; D’ANDREA et al., 2004; FABRIZZI et al., 2009). Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66

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Esses resultados corroboram com o estudo desenvolvido por D’Andrea et al. (2004) que avaliaram os estoques de N em um Latossolo vermelho no bioma Cerrado, concluíram que a introdução recente do SPD (dois anos), ou mesmo de pastagens ou cultivo convencional de longa duração pode não causar alterações significativas nos teores e estoques de N (0-15 cm). Enquanto Fabrizzi et al. (2009) reportaram maior estoque de N (0-15 cm) sob SPD, com vinte anos de adoção, em relação a um SPC, sendo que ambos reduziram esse estoque comparados ao solo sob vegetação nativa, concluindo que esses resultados se devem a melhor manutenção da MOS pelo SPD em relação ao SPC. Com relação às culturas utilizadas, a área sob SPC foi cultivada com soja, entretanto somente a área sob SPD teve culturas em sucessão (gramínea – milho ou sorgo), o que pode justificar a tendência em aumento do estoque de N, onde a decomposição do resíduo da soja forneceu compostos orgânicos prontamente decomponíveis, com a liberação de N mais rapidamente na forma inorgânica e assimilável pelos microrganismos no solo, favorecendo sua incorporação junto ao C proveniente dos resíduos da cultura em sucessão (gramínea) que apresenta relação C:N mais elevada (AMADO et al. 2001). Estudos realizados em Eldorado do Sul em um Argissolo Vermelho distrófico de textura média com diferentes sucessões de cultura para o SPD verificaram que o uso de leguminosas no sistema de rotação promoveu aumentos de 28 a 33% no estoque de N do solo após dezessete anos (DIEKOW et al., 2005). Os valores de estoque de N semelhantes entre as áreas também pode estar associado ao cultivo do milho onde foram aplicados 130 kg ha-1 de N-fertilizante ao sistema, com uma quantidade semelhante para o sorgo, isto pode ter reativado a atividade da biomassa microbiana, e juntamente com os resíduos vegetais promoveu a mineralização do N-orgânico (efeito priming). O fornecimento de N pode acelerar ou retardar a ciclagem da MOS com liberação de N-inorgânico (KUZYAKOV et al., 2000). No entanto, em pesquisa realizada por Benbi e Senapati (2010) concluíram que diferentes doses de fertilização nitrogenada não influenciaram significativamente os teores de N totais em áreas cultivadas com trigo e arroz sob Neossolo na Índia sob SPC. Os autores concluíram que o aumento da MOS depende do aumento da quantidade de resíduos culturais introduzidos e mantidos no solo. Já na área sob PA, por tratar-se de uma área de baixa produtividade com ausência de manejo e pastoreio intensivo, o provável menor aporte de resíduos vegetais em relação às demais áreas associado à redução na distribuição do sistema radicular, justifica um dos menores estoques de N encontrado no solo. Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66

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As áreas convertidas em pastagens e posteriormente abandonadas ou com ausência de manejo e manutenção da produtividade, normalmente, apresentam baixos níveis de MOS abaixo em relação aos encontrados originalmente sob vegetação nativa (FUJISAKA et al., 1998). Contudo, em áreas de pastagens manejadas a quantidade de MOS encontrada facilmente supera as quantidades encontradas sobre as áreas com vegetação nativa (SILVA et al., 2004) que proporcionam elevação na quantidade N-total no solo. Nesse sentido, a tendência de acúmulo de N verificado no presente estudo pode estar associada, ao não revolvimento do solo e ao tempo de implantação, além das culturas utilizadas no sistema de sucessão, com aporte de resíduos vegetais com diferente qualidade (relação lignina+polifenóis:N) alterando a ciclagem do elemento em superfície. A composição isotópica pode fornecer indícios sobre origem do N presente no estoque do solo e tem sido utilizada como ferramenta de estudo principalmente em sistemas naturais em comparação a sistemas com plantas leguminosas que fixam N em comparação a fertilização nitrogenada (PICCOLO et al., 1994). Durante o processo de fixação biológica do N2 atmosférico cada etapa envolvida apresenta um valor diferente de fracionamento isotópico do elemento (BUSTAMANTE et al., 2004). As abundâncias naturais de δ15N determinadas aumentaram no perfil do solo em todas as áreas avaliadas. Esse padrão é reflexo da decomposição do resíduo vegetal incorporado, que devido ao fracionamento da MOS durante a mineralização e as sucessivas assimilações de N pelas plantas, levam a maior decomposição do isótopo mais leve de N (14N), deixando a MOS com alto valor de δ15N (HÖGBERG, 1997). Os valores mais baixos de δ15N ocorreram no CE, sugerindo a presença de plantas leguminosas fixadoras de N (Figura 6). Bustamante et al. (2004) realizaram levantamento de 45 espécies de plantas do Cerrado em Brasília (DF) e verificaram menores valores de δ 15N em tecidos de plantas leguminosas comparadas a nãoleguminosas, esta informação pode explicar os menores valores encontrados no estoque de N encontrado sob vegetação nativa. Por outro lado, a área sob PA apresentou os valores mais elevados de δ15N, indicando ausência de contribuição no estoque de N do solo de uma fonte de fixação simbiótica de N2 atmosférico por bactérias de vida livre, que ocorre em solos cultivados com espécies do gênero Braquiária (BODDEY; DOBEREINER, 1988). Esses resultados demonstram, possivelmente, maior taxa de nitrificação na pastagem.

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Já as áreas sob SPC e SPD apresentaram valores de δ15N característicos de uma mistura no sistema em que, mesmo sendo cultivada com soja regularmente, a cultura utilizada em sucessão (milho ou sorgo) normalmente utiliza uma elevada quantidade de fertilizante nitrogenado. A soja e algumas gramíneas que também podem ser fixadoras de N, mesmo que por processos diferentes, não apresentaram influências representativas nos valores de δ15N na superfície do solo para as áreas estudadas sob diferentes usos. Roggy et al. (1999) estudaram a vegetação de espécies pioneiras em floresta tropicais na Guiana Francesa não conseguiram distinguir o δ15N nas folhas de espécies fixadoras de N que possuíam associação endo ou ectomicorrhizico.

3.2. Agregação do solo A distribuição das classes de agregados do solo estáveis em água indicou predominância das classes de agregados > 2,00mm e macroagregados (em torno de 90%) para as três camadas estudadas (Tabela 2). A predominância de agregados > 0,25 mm é uma característica de solos tropicais e evidencia a elevada influencia das interações eletrostáticas dos óxidos e minerais de argila 1:1 no processo de agregação (FABRIZZI et al., 2010). Fabrizzi et al. (2010), estudando o efeito de solos tropical e temperado na proteção da MOS sob SPD e SPC, encontraram para o primeiro menos de 5% dos agregados concentrados nos microagregados enquanto para o segundo cerca de 20%. Tabela 2. Distribuição dos agregados estáveis em água (%) em diferentes classes (agregados > 2,00 mm, macroagregado e microagregado) e os índices diâmetros médio ponderado (DMP) e geométricos (DMG) dos agregados de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO) Áreas

CE PA SPC SPD CE PA SPC SPD

> 2,00

Macro

Micro

---------------- % -----------------0-5 cm 63,9 a 28,5 b 6,0 c 60,7 a 31,2 b 5,9 c 29,5 c 48,4 a 14,5 a 53,3 ab 30,3 b 9,5 ab 5-10 cm 64,6 a 28,6 b 5,0 b 62,5 a 28,3 b 6,8 b 43,4 b 41,8 a 10,5 a 46,0 b 38,0 a 11,1 a

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DMP

DMG

---------- mm ----------4,0 a 3,9 a 2,3 b 3,5 a

2,7 a 2,5 a 1,1 b 1,8 b

4,1 a 3,9 a 3,0 ab 3,1 ab

2,8 a 2,5 a 1,6 b 1,6 b

Ciniro Costa Junior, Marisa de Cassia Piccolo, Plínio Barbosa de Camargo, Martial Michel Yoric Bernoux, Marcos Siqueira Neto

Áreas

CE PA SPC SPD a

> 2,00

Macro

Micro

---------------- % -----------------10-20 cm 63,8 a 29,0 b 5,8 b 62,7 a 26,7 b 7,5 ab 47,0 b 39,1 a 8,6 ab 41,5 b 39,7 a 12,4 a

DMP

57

Tabela 2. continuação DMG

---------- mm ----------4,0 a 3,9 a 3,2 b 3,0 b

2,7 a 2,4 a 1,7 b 1,5 b

CE: Cerrado nativo; PA: pastagem; SPC: sistema plantio convencional; SPD: sistema plantio direto. Valores seguidos de mesma letra na coluna dentro de cada profundidade não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).

Admitindo que a agregação do solo máxima sob vegetação nativa original (SIX et al., 2002), observou-se que a introdução dos sistemas de manejo, exceto a PA, provocaram ruptura da classe de agregados > 2,00 mm com aumento da quantidade macro e microagregados, com reflexo nos valores de DMP e DMG, em todas as camadas avaliadas. Contudo, essa situação foi mais acentuada sob SPC que apresentou menores valores de agregados > 2,00 mm e macroagregados em relação às demais áreas na camada 0-5 cm de solo. Nessa camada de solo (0-5 cm) os valores da porcentagem da classe de agregados > 2 mm, DMP e DMG para o SPD (50; 3,5 e 1,8%) foram cerca de 40% maiores que o SPC (30; 2,0 e 1,1%) (Figuras 1 e 2). Esses resultados destacaram o beneficio que o SPD por meio da não-destruição mecânica pelos implementos de preparo do solo e o papel que os resíduos vegetais (soja/milho) mantidos na superfície do solo exercem na proteção e estimulo aos processos de agregação (BARRETO et al., 2009; MARTINS et al., 2009; MULUMBA; LAL, 2008; PINHEIRO et al., 2004). Mulumba e Lal (2008) encontraram uma significante relação entre solos cobertos com resíduos vegetais e DMP (R2 = 0,87). Assim como Martins et al. (2009) que reportaram que a presença de resíduos de milho sob SPD contribuíram significativamente para elevada estabilidade de agregados do solo. Madari et al. (2005) encontraram o mesmo padrão do presente estudo, com maior quantidade de macroagregados (> 0,25 mm) e menor de microagregados (0,25 < 0,053 mm) respectivamente sob SPD em relação ao SPC apenas na camada 0-5 cm de solo. Semelhantemente, Pinheiro et al. (2004) encontraram maiores valores de agregados > 2,00 mm, DMP e DMG sob vegetação nativa (respectivamente 70; 4,2 e 1,1%) seguido do SPD (respectivamente 50; 3,0 e 1,0%) e menores no SPC (respectivamente 30%, 2,0 e 1,0) na camada 0-5 cm de um Latossolo Vermelho no Rio de Janeiro. Assim como Corrêa (2002), que

em

Latossolo

Vermelho-amarelo

no

Cerrado

(0-15

cm)

relatou

valores

significativamente maiores de porcentagem de agregados > 2,00 mm e DMP sob SPD (respectivamente 36 e 2,2%) em relação ao SPC (respectivamente 23 e 1,6%). Enquanto Barreto et al. (2009), que em Latossolo do Estado do Paraná também reportaram melhor

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índices de agregação do solo sob vegetação nativa do que cultivados, enquanto entre o SPD e SPC, o sistema conservacionista (SPD) mostrou melhor estado de agregação e ainda indicou sinais de recuperação após ser introduzido em área previamente cultivada sob SPC. Assim, como nas pesquisas citadas acima, o SPD do presente estudo mostrou-se capaz de deter e recuperar o declínio da qualidade estrutural da camada superficial do solo (0-5 cm), uma vez que, a área foi anteriormente cultivada sob SPC por dez anos, esperando-se estender esses benefícios para as camadas mais profundas com o maior tempo de adoção. A exceção foi à área sob PA, que apresentou quantidades de agregados > 2 mm (60%), macroagregados (20%), DMP (4,0) e DMG (2,5) semelhantes ao sistema nativo para todas as camadas estudadas, indicando que a introdução da PA após nove anos sob SPC pode ter recuperado a agregação do solo, considerando, como visto acima, que o cultivo anterior sob SPC tenha afetado essa propriedade. Salton et al. (2008) destacaram que a manutenção do DMP com valores semelhantes ou superiores aos verificados na condição de vegetação natural de Cerrado somente foi obtida com a rotação lavoura-pastagem em ciclos de dois anos ou com pastagem permanente. Segundo Salton et al. (2008) e Denef e Six (2006) o crescimento das raízes aumenta a atividade microbiana e a produção de agentes de agregação, alem de forças mecânicas que também podem estabilizar agregados. E mesmo com a atual baixa produtividade, o cultivo da gramínea evidenciou a forte influência das raízes em agregar o solo.

3.3. N associado aos agregados do solo Os teores de N nas classes de agregados seguiram o mesmo padrão observado para os teores de N total, apresentando maiores valores em superfície decrescendo em profundidade (Tabela 3). Entre as classes de agregados, não apresentaram diferenças significativas, exceto no CE (0-5 cm) com maiores teores de N nos agregados > 2,00 mm e macroagregados em relação aos microagregados.

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Tabela 3. Teores de N totais (g kg-1) de diferentes classes de agregados (agregados > 2,00 mm, macroagregados e microagregados) de um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO).

a

Áreas

> 2,00 mm

CE PA SPC SPD

3,10 aA 1,67 bcA 2,17 bA 2,70 aA

CE PA SPC SPD

2,20 aA 1,47 bA 2,73 aA 2,30 aA

CE PA SPC SPD

2,07 aA 1,30 bA 1,90 aA 1,67 abA

Macroagregados 0-5 cm 3,67 aA 1,97 cA 2,17 cA 2,70 bA 5-10 cm 2,20 aA 1,67 bA 2,57 aA 2,27 aA 10-20 cm 1,83 aA 1,30 abA 1,70 aA 1,47 aA

Microagregados 2,13 abB 1,37 cA 2,03 abA 2,63 aA 1,40 bB 1,33 bA 2,03 aA 1,83 abA 1,33 aB 1,30 aA 1,57 aA 1,43 aA

CE: Cerrado nativo; PA: pastagem; SPC: plantio convencional; SPD: plantio direto. Valores seguidos de mesma letra minúscula na coluna e maiúscula na linha dentro de cada profundidade não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p ≤ 0.05).

Os valores encontrados indicaram, de uma forma geral, que o SPD pode apresentar teores de N nos agregados (concomitante aos teores totais de N) superiores que o SPC e a pastagem com baixa produtividade, entretanto, limitando-se a camada 0-5 cm de solo. Para a camada 0-5 cm de solo os teores de N foram maiores nos agregados > 2,00 mm sob CE e SPD, nos macroagregados sob CE e valores intermediários sob SPD, enquanto para os microagregados foram menores sob PA. Na camada 5-10 (todas as classes) e 10-20 cm (apenas nos agregados > 2,00mm) os teores de N apresentaram menores valores sob PA. O SPC devido à destruição acentuada da estrutura original do solo conduziu ao decréscimo da MOS pelo aumento da atividade microbiana, refletindo em menores teores de N nos agregados do solo. Enquanto sob SPD, o não revolvimento e a manutenção de resíduos vegetais na superfície do solo estimulam a proteção física da MOS no interior de macroagregados (> 0,25 mm) e conseqüentemente apresentou maiores teores de N (FABRIZZI et al., 2009; AN et al., 2010; ANDERS et al., 2010). Semelhantemente ao presente trabalho, Fabrizzi et al. (2009), em pesquisa realizada em um Latossolo no sul do Brasil, também reportaram que diferenças nos teores de N foram mais pronunciadas na camada 0-5 cm e que o SPD apresentou maiores valores em relação ao SPC. Assim, como Anders et al. (2010), que relataram maiores teores de N sob SPD comparado ao convencional apenas na camada 0-5 cm de um solo siltoso (Peridje

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silt loam) nos EUA. Ambos os autores citaram que a maior quantidade de N sob SPD pode ser devido à maior quantidade de macroagregados que protegeram a MOS contra acentuada oxidação microbiana. Por outro lado, quando são analisados os resultados sob a área PA, nota-se que a agregação do solo em relação ao sistema nativo não apresentou modificações, contudo os teores de N foram afetados negativamente. Essas observações podem estar associadas à mineralogia e textura do solo e indicam que na presente pesquisa a teoria hierárquica de agregação não foi expressa e que óxidos e raízes podem ter sido os principais fatores de agregação (TISDALL; OADES, 1982; ZOTARELLI et al., 2005; SALTON et al., 2008). Em solos sob clima tropical, a MOS pode ter papel secundário na formação de agregados (DENEF; SIX, 2005), sobrepondo as interações eletrostáticas entre óxidos (principalmente de ferro e alumínio) e a fração mineral do solo, não acumulando necessariamente MOS (e conseqüentemente N) concomitante a agregação. Contudo, a baixa produtividade da PA possivelmente limitou a quantidade de MOS necessária aos processos de acúmulo, afetando os teores de N. Pois segundo Six et al. (2004) o mecanismo que leva ao acúmulo de MOS sob SPD se deve a uma situação ótima entre o turnover de macroagregados e mineralização de MOS recente ocorrendo sob taxas médias, que favorece a oclusão dessa MOS nessa classe de agregados com posterior transferência e estabilização nos microagregados. Um turnover de macroagregados mais elevado (SPC) não permite que a MOS recente seja oclusa em macroagregados, devido à quebra, facilitando sua oxidação microbiana e conseqüentemente perda de MOS. Quando a agregação do solo foi correlacionada aos teores de N contido em cada classe de agregado avaliada, os resultados reforçaram que os sistemas de manejo afetam predominantemente a camada 0-5 cm de solo e que os agregados > 2,00 mm e os macroagregados estiveram moderadamente relacionados com os teores de N, enquanto os microagregados negativamente. An et al. (2010) ao analisar os teores de N em agregados do solo sobre áreas florestadas também concluíram que os macroagregados (> 0,25 mm) por comportarem maior quantidade de MOS, apresentam maior susceptibilidade a decomposição comparado aos microagregados.

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Tabela 4. Correlação de Pearson entre o estoque de N (Mg N ha-1), diferentes classes de agregados do solo (agregados >2,00mm, macroagregados e microagregados) e os índices de agregação (DMP e DMG) de um Latossolo Vermelho em Rio Verde (GO). Índices de agregação

Agregados do solo > 2 mm

DMP DMG

0,35* 0,33*

DMP DMG DMP DMG

ns ns 10-20 ns ns

DMP DMG

ns ns

Micro 0-5 cm 0,41* ns 0,42* ns 5-10 cm ns ns ns ns

Estoque de N

Macro

ns ns ns ns

ns -0,23* 0-20 cm -0,36* -0,42*

0,41* 0,44* ns ns ns ns ns ns

ns: não significativo (P ≤ 0.05); *significativo (P ≤ 0.05)

Essas observações demonstram que aumento da agregação do solo pôde favorecer o aumento dos teores de N, embora isso não foi predominante no solo em estudo, indicando que a agregação do solo em estudo sofre influências secundárias da MOS.

3.4. δ15N associado aos agregados do solo do Cerrado e da pastagem Os valores de δ15N nos agregados do solo seguiram a mesma tendência para o solo e também foram significativamente menores em superfície aumentando em profundidade, com maiores na PA em relação ao CE. Diferenças significativas desses resultados foram predominantes na camada 0-5 cm de solo. Nessa camada, para ambas as áreas, os valores mais positivos de δ15N foram verificados nos microagregados com diminuição à medida que aumenta o tamanho da classe de agregado. Esses resultados sugerem que a formação de agregados de maior tamanho ocorreu por meio da associação de material orgânico adicionado (resíduos vegetais em decomposição) recente nos macroagregados com posterior transferência e maior cimentação da MOS, em grau mais elevado de mineralização (elevação nos valores de δ15N) aos microagregados.

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Figura 4. Composição isotópica do nitrogênio orgânico (δ15N) nas diferentes classes de agregados sob vegetação nativa (CE) e pastagem (PA) em um Latossolo Vermelho no bioma Cerrado em Rio Verde (GO). Os resultados representam à média (n=3).

Essas observações reforçam a sugestão da maior participação dos agregados > 2,00 mm e macroagregados no acúmulo de N, enquanto nos microagregados a MOS encontra-se mais protegida a oxidação microbiana e atuam com menor intensidade (SIX et al., 2002; DE GALDO et al., 2003). Assim, a preservação dos agregados > 0,25 mm associada à constante e suficiente entrada de MOS pode favorecer ao acúmulo de N no solo. Apesar de não avaliado, a dinâmica de agregação do solo sugerida pelos resultados isotópicos de N possivelmente podem ter ocorrido nas áreas sob SPD e SPC, entretanto não pode ser visualizada pelos valores de N total, sugerindo maior acúmulo de N sob SPD em relação a PA e SPC. Anders et al. (2010) descrevem cenário semelhante ao presente estudo, ao avaliar a agregação e o C e N associado aos mesmos sob solos de pastagem para produção de forragens nos EUA, destacando que, de maneira geral, maiores teores de N foram verificados sob SPD em relação ao SPC. Como os resultados não apresentaram um padrão de como os conteúdos de N nos agregados são afetados pela camada amostrada, manejo e agregação do solo, esses parâmetro devem ser analisados com cautela quando se deseja medir e definir a qualidade do solo, sendo que análises isotópicas podem ser mais adequadas quando se pretende avaliar a dinâmica do N em agroecossistemas.

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4.

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CONCLUSÕES A introdução dos sistemas de manejo, exceto a PA, provocaram ruptura da classe de agregados > 2,00 mm com aumento da quantidade macro e microagregados, contudo essa situação foi mais acentuada sob SPC. A conversão do Cerrado em sistemas agrícolas ocasionou mudanças negativas nos teores N na camada 0-5 e 5-10 cm de solo. O SPD apresentou teores de N no solo e nos agregados do solo superiores que o SPC e a pastagem com baixa produtividade, entretanto, limitando-se a camada 0-5 cm de solo. O N é mais suscetível a mineralização nos agregados > 2,00 mm e macroagregados ao manejo do solo, contudo a preservação dessas classes levam ao aumento nos teores de N no solo. As análises isotópicas de δ15N apontaram maior mineralização da MOS com aumento da profundidade do solo e os maiores valores sob vegetação nativa indicam a presença de fixação biológica do N2 atmosférico.

AGRADECIMENTOS A Fundação Agrisus (164/04), a FAPESP (2004/15538-7; 06/52201-6) Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES, SV-552/07), Comité Français d'Evaluation de la Coopération Universitaire avec le Brésil (COFECUB), Agence Française de Développement (AFD), Fond Français pour l´Environnement Mondial (FFEMAgroécologie), French Ministry of Foreign Affairs (MAEE). Nosso reconhecimento ao Grupo de produtores de apoio à pesquisa de Rio Verde (GAPES) por receber os pesquisadores em suas propriedades, em especial aos proprietários das Fazendas Alvorada, Barra Grande do Rio Verdinho e Dois-J-1.

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Nitrogênio e abundância natural de 15N em agregados do solo no bioma Cerrado

SIQUEIRA NETO, M.; PÍCCOLO, M.C.; SCOPEL, E.; COSTA JUNIOR, C.; CERRI, C.C.; BERNOUX, M. Carbono total e atributos químicos com diferentes usos do solo no Cerrado. Acta Scientarium Agronomy, Maringá, v.31, n.4, p.709-717, 2009. SISTI, C.J.; SANTOS, H.P.; KOHHANN, R.; ALVES, B.J.R.; URQUIGA, S.; BODDEY, R.M. Change in carbon and nitrogen stocks in soil under 13 years of conventional or zero tillage in southern Brazil. Soil Tillage Research, Amsterdam, v.76, n.1, p.39-58, 2004. SIX, J.; BOSSUYT, H.; GRYZE, S.; DENEF, K. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics. Soil Tillage Research, Amsterdam, v.79, n.1, p.7-31, 2004. SIX, J.; JASTROW, J.D. Soil organic matter turnover. In: LAL, R. (Ed./Org.). Encyclopedia of Soil. 1.ed. New York: Marcel Dekker, 2002. p. 936-942. TISDALL, J.M.; OADES, L.M. Organic matter and water-stable aggregates in soil. Soil Science Journal, Madison, v.33, n.2, p.141-163, 1982. ZOTARELLI, L.; ALVES, B.; URQUIAGA, S.; BODDEY, R.; SIX, J. Impact of tillage and crop rotation on aggregate-associated carbon in two oxisols. Soil Science Society American Journal, Madison, v.69, n.2, p.482-491, 2007. Ciniro Costa Junior Graduação em Química pela Universidade Estadual de Londrina (2005), mestrado em Ciências (2008) – Química na agricultura e no ambiente – pela Universidade de São Paulo e doutorando em Ciências– Química na agricultura e no ambiente – pela Universidade de São Paulo.

Marisa de Cassia Piccolo Graduação em Química pela Universidade Metodista de Piracicaba (1985), mestrado (1989) e doutorado (1994) em Ciências pela Universidade de São Paulo e pósdoutorado (2006) no Ecossystems Center “Woods Hole, MA, USA” e Natural Rechearch Ecology “Fort Collins, CO, USA”.

Plínio Barbosa de Camargo Graduação em Engenharia Agronômica pela Universidade de São Paulo (1984), mestrado (1990) e doutorado (1997) em Ciências pela Universidade de São Paulo.

Martial Michel Yoric Bernoux Graduação em Agronomia Ecole Nationale Supérieure D`agronomie et des Industries Alimentaires (1991), mestrado em Sciences Agronomiques pelo Institut ational Polytechnique de Lorraine (1991), doutorado em Ciências – Energia nuclear na agricultura – doutorado em Science du Sol pela Universidade de Orleans (1998).

Marcos Siqueira Neto Graduação em Engenharia Agronômica pela Universidade Federal de São Carlos (1999), mestrado (2003) e doutorado (2006) em Ciências – Energia nuclear na agricultura - pela Universidade de São Paulo e pósdoutor pela Universidade de São Paulo (2010).

Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde • Vol. 15, Nº. 2, Ano 2011 • p. 47-66