Baixe Fertilidade do Solo - nitrogenio e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Florestal, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DEPARTARTAMENTO DE SOLOS SOL 375 Fertilidade do Solo Nitrogênio * (1ª Aproximação) * Adaptado do Capítulo VI - Nitrogênio da apostila da ABEAS produzidos pelos professores Luiz Eduardo Dias e Nairam Félix de Barros (DPS/UFV) e Dr. Avílio A. Franco (CNPAB/EMBRAPA) 6.1. Introdução O nitrogênio é o nutriente mineral absorvido em maiores quantidades pela maioria das culturas. Por exemplo, uma produção de milho correspondente a 7.000 kg/ha retira, apenas nos grãos, cerca de 128 kg de N (Sanchez, 1976). Em muitas situações o solo é incapaz de suprir todo o requerimento de nitrogênio das culturas, o que obriga a utilização de fertilizantes para a obtenção de produtividade satisfatória. Entretanto, há solos, como os de cerrado, em que a obtenção de resposta positiva à fertilização nitrogenada só tem sido conseguida depois da aplicação de doses maciças de P (Lopes et al., 1982). Em solos com elevada disponibilidade natural de P, como naqueles de Patos de Minas (MG), o N é o maior limitante da produção em grande parte das áreas cultivadas. Nessas condições, respostas econômicas a 200 kg/ha de N para cultura do milho são obtidas (Projeto BNDE/ANDA, 1974). Essas informações reforçam o fato de que respostas ao N só serão obtidas na maioria dos solos brasileiros quando a limitação natural pelo baixo nível de P disponível for parcial ou totalmente corrigida. Dessa maneira, entende-se a utilização quase que generalizada no país de fertilizantes tipo 4-14-8 (4 % de N, 14 % de P2O5 e 8 % de K2O). Nas plantas, o nitrogênio tem papel fundamental no metabolismo, pois é utilizado na síntese de proteína e outros compostos orgânicos. Por exemplo, a concentração de proteínas em grãos de milho aumentou de 8,31 para 9,56 %, pela aplicação de 80 kg de nitrogênio por hectare (Pereira et al., 1981). O nutriente é absorvido do solo pelas plantas, nas formas de amônio (NH4 +) e de nitrato (NO3-), sendo a última forma preferencial para grande parte das culturas. A absorção de nitrato estimula a absorção de cátions, enquanto que a absorção de amônio pode restringir a absorção de cátions como do Ca2+, por exemplo. 6.2. O Ciclo do Nitrogênio no Solo O ciclo do nitrogênio diz respeito ao fluxo do elemento entre os vários compartimentos do globo terrestre onde ele está presente. Do ponto de vista agronômico, o interesse neste ciclo é quanto às entradas e saídas do nitrogênio do sistema solo-planta e sua circulação neste sistema. Cerca de 98 % do N total da terra encontra-se na litosfera (solo, rochas, sedimentos, materiais fósseis). Grande parte do restante de N encontra-se no ar, principalmente sob a forma de N2. Na hidrosfera o N aparece na forma molecular (N2) e inorgânica como NO3-, NO2-e NH4 + e na forma orgânica, ligada a partículas de matéria orgânica. 6.3.2. Formas Orgânicas de N O N orgânico ocorre no solo na forma de proteínas, aminoácidos livres, açúcares aminados e outros complexos, qualificados como compostos não identificados e incluídos como resultados de: Proporcionalmente, as formas ligadas a aminoácidos (proteico) representam de 20-40 %; os amino açúcares 5-10 %; e os derivados de purina e pirimidina 1 % ou menos. Proteínas são comumente encontradas em combinação com argila, lignina e outros materiais, o que aparentemente, confere a esses compostos maior resistência à decomposição. Os compostos nitrogenados quando se acumulam no solo, na forma de restos animais e vegetais, têm, em sua maioria, natureza proteica. De maneira sintética as principais formas de nitrogênio no solo podem ser sumarizadas conforme o seguinte esquema: eralizadosNoutroseNOtrocávelNH fixonativoNH inorgânicoN outrosadosaaçúcares nucleicoproteico orgânicoN totalN min, ,min , 34 4 6.3.3. Balanço entre o N Orgânico e Inorgânico do Solo O N, assim como outros nutrientes, é assencial para os microrganismos heterotróficos quando decompõem a matéria orgânica no solo. Se o material a ser decomposto apresenta pequena quantidade de N em relação ao C (alta relação C/N), o microrganismo utilizará NH4 + ou NO3- presente no solo para realizar a decomposição. Esse processo é conhecido como imobilização do N. Se, por outro lado, o material adicionado apresenta maior proporção de N em relação a C (baixa relação C/N), normalmente a concentração de N no solo não sofre decréscimo. Poderá ocorrer, sim, um acréscimo de N inorgânico devido à sua liberação do material que foi decomposto, processo que recebe o nome de mineralização de formas orgânicas de N. A relação C/N é, assim, uma das características que determinam a taxa de decomposição de qualquer material orgânico incorporado ou não ao solo. O teor de N contido, sob diferentes formas, no humus ou matéria orgânica estável é de 5-5,5 % e o de C de 50-58 %, fornecendo uma relação C/N entre 9 e 12. Assim, a relação C/N do material adicionado ao solo, tem grande influência na disponibilidade do N no solo, e relações em torno de 20:1 representam, em termos aproximados, a linha divisória entre imobilização e liberação (mineralização) de N. Geralmente, relação C/N acima de 30:1 indica o predomínio de imobilização; entre 20 e 30:1 haveria um equilíbrio entre imobilização e mineralização e menor que 20:1 geralmente ocorre predomínio de mineralização do N. Quando a relação C/N do material é muito larga, tem sido uma prática agrícola comum aplicação de fonte nitrogenada juntamente com o material orgânico a ser incorporado, para estimular a sua decomposição. No Quadro 6.1. pode ser observado o efeito da incorporação de palha de milho isolada e em mistura com ureia na quantidade de N mineral no solo. Após um mês de incubação, a aplicação isolada da palha (alta relação C/N) reduziu os teores de N-mineral no solo, ou seja, houve imobilização de N. Por outro lado, o suprimento adicional de ureia não permitiu a ocorrência de imobilização e sim, provavelmente, o estímulo à mineralização. Com o passar do tempo, a relação C/N se estreita, e os teores de N-mineral aumentam, indicando a ocorrência de aumento na de mineralização no solo incubado com apenas a palha de milho. A concentração total de N em resíduos orgânicos a serem adicionados ao solo é um fator a ser considerado quanto à expectativa de imobilização ou de liberação de N. Concentrações de N entre 1,5 e 1,7 % são normalmente suficientes para minimizar a imobilização de N do solo. Quadro 6.1 - Quantidade de N mineral em amostras de solos incubadas por diferentes períodos, em função da adição de palha e uréia (1) Tratamento Incubação (meses) 0 1 2 --------------------- mg/pote -------------------- Testemunha 12a 27b 36b Palha (C/N = 38:1) 12a 5c 26c Palha + uréia 12a 55a 95a (1) Médias, na mesma coluna, seguidas por letras iguais não são significativamente diferentes ao nível de 5 %, pelo teste de Fisher. FONTE: Sampaio & Salcedo (1993) Vários trabalhos têm mostrado que a relação entre C:N:S, pode apresentar grande variabilidade de solo para solo, ou mesmo em função do manejo do solo, e, também, afetar a decomposição da matéria orgânica. Bettany et al. (1980) encontraram relações de 96:10:1,3 para pastagens e de 107:10:1,5 para solos com culturas. Para solos sob floresta, na Índia, foram observados valores médios de 73:10:5,3 (Dolui & Bandyophadhyay, 1983), enquanto que para ultissolos chilenos Opazo & Rodrigues (1984) observaram uma relação de 157:10:1,4. A taxa de decomposição do material orgânico será maior quando essas relações forem mais estreitas. Para solos tropicais não trabalhados, na camada de 0-20 cm existe um equilíbrio na relação C:N em torno 10 a 15:1, o que indica a presença de N potencialmente disponível. Para o subsolo esta relação deve ser mais estreita pela presença de NH4 + adsorvido e menor teor de matéria orgânica (menor teor de C orgânico). Em uma comparação entre a taxa de mineralização de N-orgânico de um solo sob pastagem com outro solo sob cultivo de sorgo, Robertson et al. (1993) verificaram maior mineralização para este último. O constante aporte de material orgânico com relação C/N larga, proveniente da morte de raízes da pastagem ("turnover" de raízes), conduz a maior atividade de microrganismos decompositores, com grande imobilização do N. Desta forma, a disponibilidade de N sob o solo cultivado com sorgo passa a ser maior, porém mais sujeito a perdas. Além da relação quantitativa entre C e N existente no material a ser incorporado, aspectos qualitativos podem determinar a taxa de mineralização do N-orgânico. A caracterização de relações como lignina:N e (lignina + polifenois):N, tem possibilitado a obtenção de correlações mais estreitas com a taxa de mineralização de N-orgânico (Constantinides & Fownes, 1994). A mineralização e imobilização do N do solo e as transferências dos materiais orgânicos do solo, são afetados pelos organismos heterotróficos do solo, incluindo bactérias e fungos. Seu requerimento de energia é obtido pela oxidação de materiais carbônicos. A decomposição aumenta com a temperatura e exige condições satisfatórias de umidade e de arejamento. A decomposição em ambientes alagados (redutores) é muito lenta e incompleta. Assim, a respiração aeróbica, e em menor extensão a anaeróbica, liberam o N na forma de NH4 +, caracterizando as duas primeiras fases da mineralização do N orgânico - aminação e amonificação - como poderá ser visto nos próximos capítulos deste Módulo. Em solos de cerrado foi verificado ausência do N inorgânico ao longo do período seco do ano, mas com o início do período chuvoso, houve aumento do N inorgânico, indicando a importância da umidade do solo para os processos de mineralização. 6.4. Entradas no Sistema Solo-Planta A FBN, em todos os sistemas conhecidos, se dá com a participação de um complexo enzimático denominado nitrogenase e com a participação de Fe, Mg, Mo e energia biológica (ATP), segundo a equação: N H e NH G kcal molATP Mg Nitrogenase 2 2 3 13 6 2 8 03, , . O balanço termodinâmico desta reação indica que ela deveria ocorrer de forma expontânea, entretanto o início o processo requer grande quantidade de energia de ativação e por isso necessita de um sistema enzimático complexo, restrito a um pequeno grupo de bactérias de vida livre no solo e na água ou associadas aos fungos, plantas ou animais. 6.4.1.3. Importância da Fixação Biológica de Nitrogênio As leguminosas se prestam aos mais diversos usos, sendo qua a maioria das espécies de importância econômica são capazes de nodular, fixar N2 e se beneficiarem da associação. A taxa de fixação varia com a espécie, mas é geralmente limitada pelo ambiente. No Quadro 6.13 são apresentados alguns valores para as quantidades de N2 fixado por diversas espécies, cuja precisão varia com a metodologia empregada e condições em que foram avaliadas. As quantidades de N2 fixado e os efeitos da inoculação na produção dependem muito da estirpe do rizóbio empregado e da leguminosa cultivada. Entretanto, a importância da FBN para a economia nacional, é evidenciada para o caso da soja, que no Brasil, como em outras partes do mundo, é cultivada usando principalmente o N2 obtido pela fixação em simbiose com rizóbio. Considerando a produção nacional, esse processo representa uma economia de mais de 6 milhões de toneladas de uréia, o que equivale a aproximadamente US$ 1,3 bilhão. Para o caso do feijoeiro, tem-se uma situação bem diferente. A produtividade média brasileira está entre 400 a 600 kg/ha de grãos, sendo a maior parte produzida sem adubação nitrogenada, havendo em muitos casos, boa nodulação com as estirpes nativas do solo. Nestas condições o N exportado nos grãos (em torno de 4 % de N) é de apenas 16 kg de N, portanto, muito inferior ao que pode ser fixado por esta cultura (Quadro 6.4). Outro aspecto interessante, é a baixa resposta comumente encontrada à adubação nitrogenada em feijoeiro. Isto pode ter várias causas, mas uma delas é a presença de rizóbio eficiente no solo. Desta forma, conclui-se que mesmo para esta cultura onde a inoculação não é difundida, a FBN tem grande importância. Sua contribuição pode ser aumentada pela seleção de cultivares com maior capacidade para nodulação e eliminação dos estresses ambientais e de solo, que geralmente limitam a nodulação e fixação de N2 nesta cultura. O fato do feijoeiro ser cultura de subsistência, evidencia a importância sócio-econômica deste processo. As leguminosas podem também ser usadas para reflorestamento, adubação verde, produção de moirão vivo, recuperação de solos erodidos, rotação de cultura e em pastagens. Para todos estes sistemas existem espécies de leguminosas que nodulam, com potencial de fixação de N2 suficiente para atender sua demanda de N para altas produções, desde que seja escolhida a espécie leguminosa e rizóbio apropriados e sejam eliminados os fatores limitantes à nodulação e simbiose, cujas exigências não são muito diferentes das exigências das plantas em si, para altas produtividades. Quadro 6.4 - Estimativas de fixação de nitrogênio em diversas espécies leguminosas Espécie leguminosa N2 fixado kg de N/ha/ano ou ciclo Produtoras de grãos Soja (Glycine max) 60 - 178 Feijão (Phaseolus vulgaris) 2,7 - 110 Caupi (Vigna unguiculata) 73 - 354 Amendoim (Arachis hypogaea) 72 - 124 Guandu (Cajanus cajan) 168 - 280 Calopogonio (Calopogonium mucunoides) 370 - 450 Feijão mungo (Vigna mungo) 63 - 342 Grão de bico (Cicer arietinum) 50 - 103 Ervilha (Pisum sativum) 52 - 77 Forrageiras Leucena (Leucaena leucocephala) 500 - 600 Centrosema (Centrosema pubescens) 126 - 398 Estilosantes (Stylosanthes spp.) 34 - 220 Pueraria (Pueraria phaseoloides) 30 - 99 Espécie arbórea Acacia (Acacia mearnsii) 200 Floresta tropical Em regeneração 71 - 78 Após estabilização (40 anos) 35 - 45 FONTE: Siqueira & Franco, 1988 6.4.2. Deposição Atmosférica de Nitrogênio O N de forma combinada (amônia, nitrato, nitrito e organicamente ligado), presente na atmosfera, pode retornar ao solo por meio da água das chuvas. A quantidade de nitrogênio que aporta ao solo vindo pelas águas da chuva varia muito com a região, e normalmente apresenta- se com valores significativamente inferiores às demandas da maioria das espécies vegetais cultivadas. Muitas vezes a proximidade de um parque industrial pode proporcionar maior concentração de gases, ou mesmo de particulados, que apresentam o nitrogênio em sua composição. Por outro lado, em sistemas naturais em equilíbrio, como uma floresta primária, o N contido nas precipitações passa a ter um papel mais importante na dinâmica do elemento nesses sistemas. O N2 atmosférico pode combinar-se com o oxigênio e formar NO3- mediante o calor gerado pela descarga elétrica durante tempestades. Além disto, as águas das chuvas podem reconduzir ao solo NH3 e NO3- existentes na atmosfera, principalmente em áreas industriais, além de resíduos orgânicos finamente subdivididos. O NH4 + e o NO3- são prontamente absorvíveis pelas plantas. A quantidade total de N retornado ao solo pela chuva pode variar muito em função da região e da época do ano. Em locais próximos a parques industriais, podem ser observados valores de 1 a 50 kg/ha.ano. Estimativas brasileiras deste valor são pouco conhecidas. No entanto, alguns valores são apresentados no Quadro 6.5. 6.4.3.3. Síntese de Amônia Para a produção de amônia três componentes são necessários: gás natural (metano - CH4), vapor e ar. O método atual de produção de amônia é uma combinação dos métodos de Harber e Claude, daí a denominação Claude-Harber. Por este processo, o N reage com o H na presença de catalizadores (ósmio ou ferro) sob alta temperatura (400 - 500ºC) e pressão (200 - 1000 atmosferas). A reação é a seguinte: 3 H2 + N2 2 NH3 O processo que vem sendo utilizado atualmente pela Fábricas de Adubos e Fertilizantes Nitrogenados - FAFEN (antiga NITROFERTIL, pertencente ao grupo PETROBRAS) apresenta pequenas variações do processo anterior, mas basicamente o princípio é o mesmo, ou seja, parte da reação de gás natural (basicamente o metano - CH4) com a água: 3 4 74 2 2 2 4 2CH H O CO H CO CH H O Os produtos dessa reação recebem a injeção de ar quente (N2 + O2) sob pressão (1000 ºC e 27 atm) para formar a amônia: N H NH2 2 33 2 A amônia pode ser usada para produzir vários fertilizantes nitrogenados, notadamente a ureia, sulfato de amônia, monoamônio fosfato (MAP) e diamônio fosfato (DAP), bem como para a formulação de rações para animais. 6.4.4. Mineralização de N O N é absorvido pelas plantas nas formas de NH4 + e NO3-, assim o N da matéria orgânica, para se tornar disponível para as plantas, tem que ser convertido para NH4 +, NO3- pelo processo de mineralização. A velocidade com que a mineralização do N ocorre depende de fatores tais como o tipo de matéria orgânica e condições ambientais, que condicionam a atividade dos microrganismos decompositores. Quanto às condições ambientais, pode-se dizer, de modo geral, que: Uma vez que os microrganismos decompositores de maior atividade são aeróbios, - a decomposição será rápida se o solo apresenta bom arejamento e bom teor de umidade (próximo à capacidade de campo). - a decomposição será rápida em regiões ou solos com temperatura mais elevadas, pois os microrganismos decompositores são, em maioria, termófilos. - a mineralização é acelerada quando o solo é cultivado, facilitando a oxidação da matéria orgânica. Devido a formação de complexos argilo-húmicos, - o teor de matéria orgânica tende a ser maior em solos argilosos do que em arenosos (para uma mesma condição climática). A uréia, que tem o seu N na forma orgânica, quando aplicada ao solo rapidamente se decompõe e o elemento assume a forma NH4 +, segundo a reação: CO(NH2)2 + 2 H2O urease (NH4)2CO3 2 NH4 + + CO3 2- A mineralização de compostos orgânicos nitrogenados ocorre essencialmente por meio de três reações sucessivas: - aminação, amonificação e nitrificação, que levam o N até a forma nítrica (NO3-). As duas primeiras são promovidas por microrganismos heterotróficos que requerem carbono como fonte de energia, enquanto a terceira é executada por microrganismos autotróficos que obtém energia pela oxidação de sais inorgânicos e a carboxilação a partir do CO2 do ar. A)- Aminação A população de microrganismos heterotróficos no solo é composta por numerosos grupos de bactérias e fungos que são responsáveis por uma ou mais etapas das inúmeras reações da decomposição da matéria orgânica. Um dos estágios finais da decomposição do material nitrogenado é a digestão enzimática de proteínas e compostos afins com liberação de aminas e amino-ácidos, conforme esquematizado a seguir: B) Amonificação As aminas e aminoácidos liberados no processo de aminação são agora atacados também por microrganismos heterotróficos (bactérias, fungos e actinomicetos) que liberam, compostos amoniacais: R NH H O NH R OH energiahidrólise enzimática 2 2 3 2 23 2 3 4 2 3 4 3 2NH H CO NH CO NH CO( ) O NH4 + formado pode: a) ser convertido para NO2- e NO3 - por meio da nitrificação. b) ser absorvido diretamente pelas plantas. c) ser utilizado (imobilizado) por organismos heterotróficos na decomposição de outros resíduos orgânicos. d) ser adsorvido por forças eletrostáticas na superfície de argila (1:1 e 2:1) tomando parte do complexo sortivo do solo ou fixado por certos tipos de argilas (2:1). C) Nitrificação A oxidação biológica do amônio é conhecida como nitrificação. Por este processo, o NH4 + produzido na amonificação ou adicionado via fertilizantes é transformado para NO3 -. Trata-se de um processo de duas etapas, onde inicialmente, o NH4 + é convertido para NO2 -, principalmente por bactérias autotróficas denominadas Nitrosomonas. Em seguida, o NO2- é transformado para NO3 - por bactérias do gênero Nitrobacter. As reações envolvidas são as seguintes: 2 2 2 2 44 2 2 2NH O NO H O H Nitrosomonas Oxidação enzimática O substrato onde o nitrito é produzido não é somente o amônio, mas também aminas e amidas. 2 22 2 3NO O NO energia Nitrobacter Oxidação enzimática Decorrentes de práticas de manejo: Tipo de fertilizante Taxa de aplicação Modo de aplicação Tempo de aplicação Práticas de cultivo Uso de outros produtos químicos Tipo de cultura Irrigação Teor residual de C e N de culturas e fertilizantes Decorrentes de fatores ambientais Temperatura Precipitação Teor de umidade do solo Teor de C orgânico do solo Disponibilidade de oxigênio Porosidade pH Microbiota do solo Diferentes reações químicas podem resultar em perdas de N na forma de gases, no entanto, a principal reação é a volatilização do amônio em condições alcalinas: NH OH NH H Og4 3 2( ) . Assim, em solos com elevados valores de pH ou que sofreram uma calagem excessiva, a existência de N-NH4 + ou sua aplicação como fertilizante resultará em considerável perda de N. Dados apresentados por Terman (1979) mostraram, por exemplo, que a porcentagem de perda de NH3 a partir de uréia variou de 10 %, quando o pH do solo era 5,0, a 50 %, quando o pH foi elevado para 7,5. Esta perda será particularmente acentuada se o fertilizante é aplicado à superfície de solos secos e sob alta temperatura. A perda de NH3 no mesmo experimento citado por Terman (1979) foi de 16 % quando a uréia foi aplicada à superfície do solo contra 6 % com a localização a 3,8 cm de profundidade. No que se refere à temperatura do solo, a perda de NH3 passou de cerca de 6 % a 25 % quando a temperatura variou de 7 a 32 ºC. Perdas bastante acentuadas de amônia foram detectadas por Rodrigues & Kiehl (1986), em estudo conduzido em casa de vegetação, onde se testaram três doses de ureia aplicadas de cinco modos a um Podzólico Vermelho Amarelo, de textura areia franca e pH = 7,1 (PV) e a um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico, de textura franco arenosa, pH = 5,8 (LVd) (Quadro 6.6). A volatização da amônia foi maior quando a aplicação foi realizada na superfície do solo e menor ao se aplicar a uréia à profundidade de 5 cm. A menor perda observada no PV, apesar de seu pH mais elevado, foi atribuída à sua maior CTC. Quadro 6.6 - Perdas de amônia por volatização, em função de doses e modos de aplicação de uréia a dois solos (PV e LVd) Dose Modo de aplicação de ---- Superfície ---- ----- 0 - 2 cm ----- ----- 0 - 5 cm ----- ----- a 5 cm ----- N PV LVd PV LVd PV LVd PV LVd kg / ha ---------------------------------------------- % ------------------------------------------------- 120 94,5 80,0 65,8 70,1 18,1 65,2 1,4 34,7 180 92,1 86,6 76,3 81,0 37,0 65,8 - 14,1 53,7 240 86,8 83,2 71,9 81,4 43,9 70,7 - 9,8 62,0 Adaptado de Rodrigues & Kiehl (1986) A volatização da amônia é influenciada por fatores do solo como pH, teor de carbonato de cálcio, CTC, concentração de cátions trocáveis, textura, temperatura, umidade e espécies contendo amônia ou sais que formam amônia, além de aspectos de manejo de adubação como taxa de aplicação de NH4 + e profundidade de incorporação. Perdas gasosas de NO3- como ácido nítrico têm sido detectadas em solos com elevada acidez trocável. A utilização de fertilizantes como a ureia podem condicionar maiores perdas de N, especialmente se aplicado na superfície do solo, por meio da volatilização da amônia resultante da reação do fertilizante com enzimas do solo. conforme a seqüência de reações abaixo; CO NH H O NH COUREASE( ) ( )2 2 2 4 2 32 Hidrólise da uréia pela urease ( )NH CO H O NH OH HCO4 2 3 2 4 32 Hidrólise do carbonato amônio Com a liberação de hidroxilas o pH ao redor do grânulo aumenta, promovendo a volatilização da amônia: As perdas por reações biológicas são conhecidas como desnitrificação, que é a redução bioquímica do NO3- sob condições anaeróbicas. A desnitrificação é realizada por microrganismos desnitrificantes heterotróficos que em sua maioria são anaeróbios facultativos, usam preferencialmente o oxigênio como receptor de elétrons, mas também podem utilizar nitrato e nitrito como substitutos. Ou seja, certos organismos anaeróbios facultativos envolvidos na decomposição de matéria orgânica têm a capacidade de obter o seu oxigênio do NO3- e do NO2-, resultando na liberação de N e óxido nitroso. Portanto, este processo se dá quando há falta de oxigênio,em condições de excesso de água, sendomais acentuado em solos alagados. Nas reações de desnitrificação tem que se considerar os seguintes passos intermediários: Para cada passo é necessária a presença de enzimas. A velocidade da desnitrificação depende dos fatores edafoclimáticas. Muitas das bactérias denitrificantes são sensíveis a baixo pH (< 5,0), sendo o pH ótimo entre 8 - 8,6. Em condições anaeróbias, o pH do solo tende a subir porque as reações de redução consomem H+. 6.5.2. Perdas por Lixiviação Em solos com boas condições de drenagem, a predominância da forma nítrica traz importantes implicações para o manejo de adubação e controle da poluição local. A forma aniônica (NO3-) apresenta grande mobilidade no perfil do solo, e com isso, as perdas de N por lixiviação podem ser muito intensas. A movimentação de amônio e nitrato em colunas de solo após a aplicação de diferentes doses de P e de gesso foi estudada por Dias (1992). Após a incorporação de calcário, P, gesso, K e 314 mg de N (36 % N-NO3- e 64 % N- NH4 +) colunas de solo receberam o equivalente a 700 mm de chuva durante um período de 70 dias, sendo o lixiviado coletado a cada aplicação de água. De acordo com os resultados obtidos com os três solos em estudo (Quadro 6.7) observa-se claramente a maior movimentação de NO3- em relação ao amônio. Essa diferença de magnitude é intensa principalmente em função da calagem do solo, que proporciona aumento na capacidade de retenção de cátions e redução na de ânions. Nota-se, ainda, que as quantidades encontradas na solução lixiviada são bem argilas. As perdas por lixiviação tendem a ser mais intensas em solos arenosos, fato que deve ser considerado num programa de adubação. Quadro 6.8. - Destino do N aplicado (60 kg/ha) em cobertura, na forma de ureia (15N), em um latossolo sob cerrado cultivado com a cultura do milho1/ Destino do nitrogênio quantidade proporção do aplicado kg/ha % N-recuperado 34 56 N-retido no solo (0-90 cm) 14 23 N-perdido por lixiviação 2 4 N-perdido outros processos 9 14 N-mineralizado estimado 54 --- 1/ Adaptado de Coelho (1987) - Organismos do solo: Em função do que já foi apresentado ao longo desse módulo, torna-se evidente a importância da microbiota do solo na dinâmica do N no solo. A transformação biológica do N, por meio dos processos de mineralização e imobilização, ocorre simultaneamente, e se constitui no processo-chave do ciclo do N no sistema solo-planta. Outros processos como a nitrificação e desnitrificação são igualmente importantes, principalmente no que se referem a disponibilidade do nutriente para as plantas e às suas perdas. 6.7. Análise Química do N do Solo como Auxílio na Recomendação de Adubação Em função da dinâmica do N no solo, a sua quantificação para recomendação de adubação, não tem sido muito utilizada. Resultados obtidos em condições de campo, mostram, muitas vezes, não haver correlação entre as quantidades de NO3 -encontradas no solo e a produção obtida, ou mesmo com o conteúdo interno de nitrogênio na planta. Dentre os principais problemas com a interpretação dos resultados obtidos com essa determinação, destacam-se: 1) Amostragem - devido alta solubilidade NO3- em água, a chuva pode arrastar o NO3- para camadas mais profunda além camada amostrada; 2) A atividade microbiológica na amostra deve ser paralisada imediatamente após amostragem, a fim de se evitar a nitrificação; 3) O NO3- medido num dia pode ser perdido no outro; 4) O NO3- de um determinado dia pode não se correlacionar com o NO3- disponível no ciclo de uma cultura. No entanto, não se pode descartar a avaliação do teor de nitrato como uma ferramenta útil no processo de recomendação de adubação. Esse método é especialmente útil para culturas de ciclo curto e de rápido crescimento (Dahnke & Johnson, 1990), principalmente em cultivos em regiões climáticas onde não ocorrem excessivas perdas por lixiviação antes do plantio e durante a fase de crescimento da cultura (Raij, 1981). A determinação de amônio tem sido mais utilizada para solos que apresentam características que determinam maior acúmulo dessa forma, ou sejam, alta umidade e temperatura, baixo pH e ambiente redutor, condições que favorecem a amonificação mas não a nitrificação. Como, a forma orgânica de N é aquela que se apresenta em maior quantidade no solo, alguns métodos microbiológicos tem sido utilizados para predizer o potencial de fornecimento de N pelo solo. Esses métodos baseiam-se na incubação do solo em condições de temperatura, pH, umidade e tempo padronizados, na presença de populações capazes de mineralizar o N-orgânico. Por causa destas dificuldades a recomendação de adubação com nitrogênio tem sido baseada principalmente no teor de matéria orgânica do solo, na economicidade, na necessidade da cultura e no histórico da área. 6.8. Adubação Nitrogenada Embora o teor de N total do solo seja relativamente elevado, somente uma porção muito reduzida deste total se acha na forma inorgânica e, portanto, disponível para as plantas. Para um mesmo solo, a quantidade de N disponível pode ser muito variável pois ela depende de todos os fatores determinantes da mineralização da matéria orgânica. As formas de N no solo, ao contrário de elementos como o fósforo, não estão em equilíbrio estável e as formas inorgânicas apresentam grande mobilidade no perfil, o que leva à não observação do efeito residual. Em razão desse comportamento geral, não existe até o momento um critério adequado para a recomendação de adubação nitrogenada com base em análises do solo. Por isso, a recomendação é feita levando-se em conta os resultados de experimentos, ou o tipo de cultura, histórico de uso da área etc. Assim, por exemplo, em áreas recém-desmatadas a quantidade de adubo nitrogenado a ser aplicado deverá ser menor do que em área já cultivadas por algum tempo, em razão da rápida decomposição dos resíduos ou da matéria orgânica deixada pela floresta. Com o passar do tempo, a taxa de decomposição diminue e tende a se estabilizar em níveis muito baixos. Em Minas Gerais, a quantidade de N recomendada é variável (COMISSÃO DE FERTILIDADE DO SOLO DO ESTADO DE MINAS GERAIS, 1978) e vai de 20 kg/ha, por exemplo para a cultura do amendoim, que também utiliza a simbiose com rizóbio como fonte, a 300 kg/ha para a cultura do pimentão. Normalmente, da quantidade total recomendada, uma parte é aplicada na época do plantio e o restante parcelado em uma ou mais vezes de acordo com o ciclo da cultura. Diante dos conhecimentos hoje disponíveis, a maneira mais segura para a recomendação de N seria a condução, para cada local e cultura, de experimentos, por dois ou três anos, para a definição da melhor fonte, dose e época de aplicação ou parcelamento do elemento. Um aspecto muito importante do comportamento do N, é que à medida que a disponibilidade dos outros nutrientes é elevada, a sua demanda passa a ser mais acentuada. Exemplos desse comportamento podem ser observados com a cultura do milho e para pastagens. Para milho, a obtenção de uma produtividade em torno de 5.000 kg/ha, talvez sejam necessários 100 - 150 kg/ha de N, desde que os níveis dos demais elementos estejam satisfatórios. No entanto, quando se quer produtividades em torno de 9000 kg/ha, o "input" de N terá que ser, relativamente aos demais nutrientes, muito maior, algo por volta de 250 a 300 kg/ha. O mesmo raciocínio pode ser utilizado para pastagens de alta produtividade. As adubações nitrogenadas com base no potencial de ganho proteico dos animais exigem valores significativamente mais altos que aqueles que, por tradição, são utilizados. As interações do N na planta com elementos como o P e o S são fatores que também devem ser considerados num programa de adubação nitrogenada. A concentração de N solúvel (NO3-) internamente em plantas é aumentada em função de uma deficiência de enxofre. A sintese proteica é realizada com base num equilíbrio entre os aminoácidos nitrogenados e sulfurosos. Alterações nesse equilíbrio conduzem à menor sintese proteica e, conseqüentemente, ao acúmulo das formas solúveis. O bom manejo da adubação nitrogenada é de extrema importância para que as plantas obtenham o máximo do elemento. Em trabalho realizado com algodoeiro, Kiehl et al. (1985) demonstraram que o modo de aplicação da uréia influenciou a composição nitrogenada da planta (Quadro 6.9). A porcentagem de N nas plantas tendeu a ser maior quando o fertilizante foi incorporado ao solo. A recomendação geral de parcelamento do adubo nitrogenado é determinada pela dinâmica do N no solo e pela época em que ele é requerido pela planta. Um bom exemplo desse fato são os dados obtidos por Pereira et al. (1981) que estudaram a assimilação e a translocação de nitrogênio na cultura de milho. Houve uma forte relação entre a redução de N no colmo e folhas e a formação de espiga, o que ocorre em torno de 60 dias após a germinação (Figura 2). Quadro 6.9 - Produção (t/ha) e porcentagem de nitrogênio em algodoeiro cultivado em Latossolo Vermelho Amarelo, de Piracicaba, SP Quadro 6.11 - Produção de matéria seca da parte aérea das mudas de E. grandis em função da fonte e dose de N aplicada em dois latossolos vermelho-amarelos-argiloso e arenoso Solo Dose de N Fonte Média CO(NH2) 2 NaNO3 NH4NO3 (NH4)2SO 4 ---- ppm -- - ------------------------------------- g/planta1/ ------------------------------- ----- 0 0,4 0,5 0,3 0,3 0,4 50 1,2 1,0 1,2 1,2 1,2 Argiloso 100 1,1 1,1 1,1 1,4 1,2 200 1,2 1,0 1,1 1,3 1,2 Média 1,0 0,9 0,9 1,1 1,0 0 0,8 0,8 1,0 0,8 0,9 50 1,8 1,9 1,9 2,1 1,9 Arenoso 100 2,5 2,7 3,0 2,9 2,8 200 3,3 3,0 2,8 3,6 3,2 Média 2,1 2,1 2,2 2,4 2,2 1/ DMS (Tukey 5%) - dose/solo = 0,2; solo/dose = 0,2; dose/fonte = 0,3. FONTE: Locatelli, et al., 1984. 6.8.1. Pricipais Adubos Nitrogenados Os adubos nitrogenados podem ser divididos em orgânicos naturais e químicos. 6.8.1.1. Adubos Orgânicos Naturais As fontes naturais orgânicas de N contêm entre 1 e 13 % de N. Até pouco tempo pensava-se que estas fontes liberavam lentamente o N, evitando o consumo de luxo ou perdas excessivas por lixiviação ou desnitrificação. No entanto, isto não é totalmente correto, pois a mineralização depende das condições ambientais e da microbiota do solo. As fontes orgânicas originam-se de materiais orgânicos de plantas e animais. Alguns exemplos são: Estêrco de curral = 0,5 % N; Torta de mamona = 6 % N Estêrco de galinha = 2 % N; Farinha de carne = 10 % N Torta de filtro de usina = 1,3 % N; Torta de amendoim = 8 % N Torta de algodão = 7 % N; Farinha de sangue = 8 a 14 % 6.8.1.2. Adubos Químicos As fontes químicas de N apresentam maiores vantagens no que se referem à sua concentração, transporte, manuseio e aplicação, em relação as fontes orgânicas. A maior parte delas são derivadas da amônia (NH3). A - Amônia anidra - NH3 - (82 % N) - tem que ser armazenada sob pressão na forma líquida. Sua aplicação no campo exige o uso de tanque sob alta pressão e é injetada diretamente dentro do solo. As chances de perda do gás NH3 são elevadas. Este composto é tóxico e retarda a nitrificação e tem ação acidificante no solo. Muito comum em paízes de agricultura tecnificada como nos EUA, onde representa cerca de 40 % de todo o N utilizado. Seu uso é pouco difundido no Brasil, embora na região canavieira de São Paulo algumas usinas já façam uso dessa fonte de N. B - Nitrato de amônio - NH4NO3 - (33 % N) - é produzido pela reação do ácido nítrico com amônia. Tem metade do seu N na forma amoniacal e metade na forma nítrica, ou seja, formas prontamente disponíveis para as plantas. Como desvantagens para seu uso tem-se o difícil manuseio e armazenagem, devido sua elevada higroscopicidade; ao tomar contato com a umidade do ar ou qualquer fonte de carbono oxidável, forma mistura explosiva. C - Sulfato de amônio - (NH4)2SO4 - (20 % N) - pode ser obtido pela reação do NH3 com H2SO4 ou pode-se reagir NH3 com CO2 para formar (NH4)2CO3, que é posteriormente combinado com gêsso, obtendo-se CaCO3 + (NH4)2SO4. O sulfato de amônio é pouco higroscópico e também boa fonte de enxofre, com 24 % do elemento. Sua reação no solo é ácida, sendo desaconselhável para solos que sofreram calagem, além de apresentar maior custo por kg de N, devido ao baixo teor do elemento. D - Uréia - CO (NH2)2 - (45 % N) - é produzida pela reação do NH3 com CO2 sob pressão e temperatura elevadas. Para seu uso eficiente, é necessário o conhecimento de suas propriedades e de seu comportamento no solo. Após sua aplicação no solo, a uréia é atacada pela enzima urease e se hidroliza para a forma instável de carbonato de amônio, o qual se decompõem em NH3 e CO2, formando, por fim, NH4 +. CO(NH2)2 + H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3 + 4O2 2NO3- + 3H2O + 2H + + CO2 Sua hidrólise é rápida em condições favoráveis para o crescimento de plantas. Temperaturas maiores que 37 ºC favorecem a atividade da urease. Com sua reação alcalina, pode desenvolver microsítios em torno da partícula de grande alcalinidade (pH 8 - 9,0), podendo criar condições desfavoráveis para a atividade da urease (acúmulo de NH3 + livre; pH > 7,0), e favorecendo a volatização da amônia. Alguns aspectos agronômicos: uréia seria mais interessante para solos ácidos, sua aplicação junto com a calagem pode aumentar a NH3 livre. Solos com maior CTC podem reter a amônia. Como o maior problema, tem-se a alcalinização após sua hidrólise. Para melhorar sua eficiência, a incorporação é recomendada sua reação alcalina na superfície do solo permite a volatilização da amônia, sua incorporação minimiza. A sua forma granular seria mais eficiente. E - Mono - e diamônio fosfato - MAP e DAP (11-48-0 e 18-48-0) - são considerados mais como fontes de P do que de N, mas sob certas condições podem ser utilizados com vantagem para suprimento deste último elemento. F - Nitrato de sódio - NaNO3 - (16 % N) - existe uma fonte natural deste fertilizante no Chile e, por isso, é também conhecido como salitre do Chile. O produto químico é obtido pela reação do ácido nítrico com o cloreto de sódio ou carbonato de sódio. G - Nitrato de potássio - KNO3 - (13 % N e 44 % K2O) - pode ser obtido pela reação de cloreto de potássio com ácido nítrico ou nitrato de sódio. 6.9. Bibliografia ANDRADE, G.C.; SILVA, H.D.; FERREIRA, C.A. & BELLOTE, A.F.J. Contribuicion del água de eluvia en la oferta de nutrientes minerales para el Eucalyptus grandis. In: Manejo Nutritivo de Plantaciones Florestales. Simpósio IUFRO para cono Sur Sudamericano. Anais. Valdivia, Chile. p.141-147. 1995. ANDRASKI, T.W. & BUNDY, L.G. 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