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Data corrente: | 26/09/2002
Data da última atualização: | 29/01/2009
Autoria: | ROSCOE, R.
Título: | Soil organic matter dynamics in a Cerrado oxisol.
Ano de publicação: | 2002
Fonte/Imprenta: | Nederland: Wageningen Universiteit, 2002.
Páginas: | 156 p.

Idioma:

Inglês
Português

Conteúdo: | O cerrado brasileiro constitui o segundo maior bioma do país, cobrindo cerca de 23% do território nacional. Nas últimas três décadas, sua contribuição para a produção agropecuária nacional vem crescendo significativamente, sendo que, em 1995, era responsável por 25% da produção agrícola e abrigava 40% do rebanho bovino. As estratégias de desenvolvimento adotadas priorizaram o uso de práticas agrícolas intensivas e mecanização pesada. Tais estratégias aumentaram os riscos de se intensificarem, também, os processos de degradação do solo e perda de sua matéria orgânica. Os solos do cerrado são dominados por argilas de baixa atividade e caracterizados por alta acidez e baixos pH, capacidade de trocar cátions (CTC) e disponibilidade de nutrientes (especialmente P e N). A matéria orgânica do solo (MOS) exerce funções importantes nos solos, diretamente ligadas a qualidade e sustentabilidade dos mesmos. A MOS é responsável pela maior parte da CTC e está envolvida em processos de agregação e de dinâmica de água. Perdas de MOS devido ao cultivo podem afetar seriamente suas funções no ambiente, além de representarem uma importante fonte de CO2 para a atmosfera. Estudar os efeitos de diferentes sistemas de manejo na dinâmica da MOS no cerrado pode ajudar no desenvolvimento de formas mais racionais de uso destes ecossistemas. O objetivo inicial da presente tese foi o de avaliar o impacto de diferentes sistemas de manejo na dinâmica da MOS em uma das classes de solo mais representativas do cerrado, o latossolo vermelho escuro (18% da área total; oxisol - soil taxonomy; ferrasol - legenda da FAO). A estratégia de pesquisa adotada foi a de comparar, em uma mesma unidade de solo, parcelas pareadas com diferentes sistemas de manejo ( vegetação nativa, pastagem, plantio direto e convencional). Esta unidade de latossolo vermelho escuro (typic haplustox) utilizada localiza-se na estação experimental da EMBRAPA-CNPMS (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo), Sete Lagoas-MG, Brasil. Para avaliar a dinâmica da MOS, foi proposta a utilização de uma combinação entre (i) o fracionamento do solo de acordo com o tamanho de partículas e densidade e (ii) o cálculo da substituição de carbono baseado na abundância natural do isótopo C. O fracionamento físico teve como objetivo separar reservatórios de MOS com diferente composição, localização e tempo de ciclagem, os quais hipoteticamente seriam mais sensíveis a alterações no solo do que a MOS total. A abundância natural do C foi proposta para estimar o tempo de ciclagem da MOS e de suas frações. Entretanto, como poucos dados  sobre estas metodologias encontravam-se disponíveis para as condições de cerrado, o foco inicial da tese foi alterado, sendo o objetivo inicial estendido para três objetivos específicos: (i) adaptar as metodologias de fracionamento físico do solo e abundância natural do C para o estudo da dinâmica da MOS em ecossistemas de cerrado; (ii) contribuir para uma melhor entendimento da distribuição e dinâmica dos diferentes reservatórios de MOS neste específico ambiente e (iii) avaliar o efeito a longo prazo da conversão de um cerrado sensu stricto em pastagem cultivada e culturas anuais (milho e feijão) son plantio direto e convencional. No capítulo 2, um estudo exploratório foi conduzido para estabelecer um perfil-referência para o fi13C sob o cerrado sensu stricto nativo. Foram analisados perfis de solo em três parcelas de cerrado sob diferentes regimes de fogo, em uma reserva na EMBRAPA-CNPMS. Os resultados desmonstraram que o cerrado estudado era dominado por plantas do tipo C3, apresentando valores de fi13C ao longo de todo o perfil típicos de solos sob este tipo de vegetação. O aumento na incidência de fogo favoreceu a  população de gramíneas e aumentou a quantidade de carbono derivado de plantas C4 no solo. Nenhuma alteração nos estoques de C total  foi observada com o aumento da incidência de fogo. Concluiu-se que diferentes regimes de fogo podem influenciar na escolha de perfis de referência em estudos de dinâmica da MOS. Os perfis sob baixa intensidade de fogo foram considerados uma boa referência para os próximos estudos. No capítulo 3, focou-se no estabelecimento de um procedimento de fracionamento físico do solo para o estudo da MOS, buscando adaptá-lo ao oxisol estudado. Atenção especial foi dada ao processo de dispersão por energia ultrasônica, um ponto crucial da metodologia. Foi proposto um procedimento para calibrar o equipamento de ultrasom e para determinar o mínimo de energia requerida para uma eficiente dispersão. Aumentando-se a energia ultrasônica aplicada, mudanças significativas ocorreram nos conteúdos de C e N, relação C:N e nos valores de fi13C das frações granulométricas analisadas (0-2microm; 2-50microm; 50-100microm; 100-250microm; 250-2000microm). Os resultados obtidos sugeriram que o solo (<2mm) poderia ser dividido em agregados instáveis (100-2000microm) e estáveis (50-100microm). Um nível de energia entre 260-275 J ml-1 foi proposto para a separação de agregados estáveis e instáveis. O uso deste limite, em combinação com fracionamento por tamanho de partículas, não se mostrou satisfatório para todos os propósitos, pois materiais similares à liteira seriam recuperados nas mesmas frações que agregados estáveis menores que 100 microm. Uma energia ultrasônica de 825 J ml-1 não foi suficiente para estabilizar a redistribuição de massa de solo e de MOS entre as frações granulométricas. Contudo, níveis de energia acima de 260-275 J ml-1 quebrariam agregados relativamente estáveis, causando uma mistura de carbono com natureza variável na fração argila. Com o objetivo de melhor entender a dinâmica da MOS em oxisols e o impacto de se converter um cerrado sensu stricto em pastagem, a dinâmica de frações da MOS, separadas fisicamente em diferentes profundidades do latossolo vermelho escuro (Typic Haplustox), foi estudada. Comparou-se o solo sob condições naturais e após 23 anos de pastagem cultivada (Brachiaria spp.) (capítulo 4). Avaliou-se a dinâmica de carbono neste estudo através da substituição do C nativo (derivado de C3) pelo C da pastagem (derivado de C4). Os estoques originais de C no cerrado (15 +- 3 kg m-2) e na pastagem (17 +- 3 kg m-2) não foram significativamente diferentes, o que foi atribuído à alta produção de biomassa pela gramínea tropical e à proteção proporcionada pelos elevados teores de argila (> 800 g kg-1). A fração silte + argila acumulou 89-91% do C orgânico total. A substituição de carbono do cerrado pelo C da pastagem foi de 36%, 34% e 19% para, respectivamente, os horizontes Ap, AB1 e Bw2, sugerindo um tempo de ciclagem relativamente baixo para o C, apesar das elevadas quantidades de argila. A substituição decresceu na ordem: matéria orgânica de baixa densidade (MOBD) livre > frações pesadas (areia, silte e argila) > MOBD oclusa. A menor substituição na MOBD oclusa  quando comparada à fração pesada foi atribuída a sua proteção dentro dos agregados e ao possível acúmulo de materiais carbonizados, derivados de plantas C3. Após 23 anos de pastagem, em torno de 50% do C orgânico total presente na MOBD livre no solo superficial era ainda remanescente do cerrado, indicando que uma parte significativa desta fração é relativamente recalcitrante. Fragmentos de carvão observados nesta fração sugerem que esta recalcitrância estava provalvelmente relacionada com materiais carbonizados. No capítulo 5, a variabilidade espacial do fi13C e de outras variáveis relacionadas à MOS (C orgânico, N total e relação C:N) foram analisadas no cerrado nativo e em uma área adjascente cultivada com milho e feijão em sucessão, dividida em plantio direto e convencional. Os objetivos foram o de descrever a variabilidade espacial destas variáveis no cerrado, com atenção especial para os efeitos do fogo, e o de analisar como sistemas de manejo afetam esta estrutura espacial. A variabilidade espacial na área foi modelada usando três diferentes metodologias: krigagem global, dentro dos estratos e estratificada. No cerrado, a variabilidade total de todas as variáveis foi relativamente pequena, o que foi atribuído à alta homogeneidade textural e mineralógica deste solo argiloso. Entretanto, parte desta variabilidade encontrava-se espacialmente estruturada. Em partes do cerrado com vegetação mais aberta, o efeito cumulativo de repetidos incêndios, nos mesmos lugares, parece determinar a estrutura espacial do fi13C e das variáveis relacionadas à MOS. O cultivo reduziu a variabilidade da maioria das variáveis e mudou a sua estrutura espacial. As variáveis tenderam a ser menos espacialmente estruturadas sob plantio direto comparativamente ao plantio convencional, devido a variabilidade em pequenas escalas. A estrutura espacial observada para fi13C na área cultivada foi provavelmente herdada da antiga vegetação de cerrado da área. Portanto, em estudos de dinâmica da MOS, a variabilidade das substituições de carbono de diferentes vegetações será superestimada, caso as tendências não sejam consideradas. No capítulo 6, como as diferentes frações granulométricas no capítulo 4 apresentaram dinâmicas similares, somente o fracionamento densimétrico foi utilizado para avaliar as mudanças na MOS, após 30 anos de cultivo. Os objetivos do estudo foram: (i) avaliar o impacto de longos períodos de cultivo, sob os sistemas de plantio direto e convencional, nos estoques de MOS; e (ii) melhor entender a dinâmica de frações densimétricas da MOS neste solo. Observou-se que o cultivo levou a uma compactação do solo, aumentando significativamente a densidade aparente. Por esta razão, os estoques de C e N nas áreas cultivadas foram sistematicamente superestimados em comparação ao cerrado. A conversão do cerrado em plantio convencional (CT) e plantio direto (PD) não alterou significativamente os estoques de carbono (~ 100 Mg ha-) e de nitrogênio (~7 Mg ha-1) nos primeiros 45 cm de solo, após 30 anos. Entretanto, cerca de 22% do C total foi substituído pelo material de milho neste período. Corroborando com os resultados obtidos no capítulo 4, a substituição de carbono nas diferentes frações granulométricas seguiu a ordem: fração leve livre (FL-L) > fração pesada (FP) > fração leve oclusa (FL-O). A baixa substituição na FL-O foi atribuída a possível presença de carvão. A FL-L foi a fração mais sensível às alterações no sistema de manejo, decrescendo significativamente com a conversão do cerrado para o cultivo. A proporção de C substituído nesta fração foi superior para o PC em relação ao PD, sugerindo um tempo de ciclagem mais rápido para o primeiro. Entretanto, como a maior parte do carbono concentrou-se na fração pesada (~95% to tal), a dinâmica do C neste solo foi controlada pelo comportamento desta fração. No capítulo 7, resultados dos capítulos 4 e 6 foram usados para se calcularem, através de dois modelos lineares distintos, as proporções e estoques de carbono derivados da vegetação C4 recentemente introduzida em um ecossistema dominado por plantas C3. Um dos modelos assume ausência de discriminação do 13C durante a decomposição do recém introduzido material de C4. O outro modelo assume a mesma discriminação durante a decomposição, para os materiais de C3 e C4. Os objetivos foram o de avaliar: (i) como as pré-suposições de cada um dos modelos afetam as estimativas de proporções e estoques de C derivado de C4, em diferentes profundidades do solo e frações da MOS; (ii) a significância da possível diferença entre resultados obtidos pelos diferentes modelos; e (iii) a sensibilidade desta diferença às variações nos parâmetros de entrada dos modelos. A pré-suposição de discriminação indiferenciada entre os dois grupos de plantas foi discutida na luz do presente entendimento teórico dos processo que levam à discriminação do 13C em solos. Aproximações pela séries de Taylor foram utilizadas para estimar as incertezas nos resultados dos modelos. Análises de sensibilidade foram usadas para testar a influência nestes resultados dos parâmetros: magnitude, no padrão para a vegetação C3, da discriminação do 13C com a decomposição; o desvio padrão populacional dos valores de fi13C para solo e liteira; e tamanho da amostra para solo e liteira. Os resultados mostraram que os dois modelos podem gerar estimativas significativamente diferentes. Esta diferença foi mais sensível ao desvio padrão populacional do fi13C e ao número de amostras de solo. Uma análise crítica do presente entendimento dos processos que levam a discriminação do 13C durante a decomposição nos solos sugerem que assumir ausência de discriminação para o material de C4 recentemente introduzido é a alternativa que geraria resultados mais realísticos. Os estoques de carbono no solo estudado não mudou com a conversão para diferentes sistemas de uso do solo (pastagem, plantio convencional e plantio direto). A baixa capacidade de oclusão nos agregados do solo e sua alta estabilidade, da mesma forma que a massiva concentração da MOS na fração pesada (largamente dominada por complexos organo-minerais do tamanho argila) explicam a relativa resiliência deste solo quando perturbado. Estas características estão provavelmente ligadas aos grandes conteúdos de oxi-hidróxidos de Fe e Al do solo estudado. Não obstante, uma quantidade significativa da MOS (entre 1/4 e 1/3) foi substituída em 30 anos, sugerindo que uma boa parte do carbono é bem reativa. Por outro lado, a parcela restante (2/3 a 3/4) parece ser bem estável, pois manteve-se constante mesmo após 30 anos de cultivo intensivo. Esta fração provavelmente representa o compartimento passivo de  modelos de dinâmica da MOS, tais como CENTURY e RothC. No oxisol estudado, o fracionamento densimétrico separou frações com dinâmicas contrastantes. Isso poderia ser usado para separar reservatórios mensuráveis de MOS, o que representaria um grande avanço na verificação dos modelos de dinâmica de carbono no solo. Entretanto, estas frações compunham-se de uma mistura de componentes mais lábeis e mais recalcitrantes. Metodologias para distingiur estes dois compartimentos são ainda necessárias. A quantificação de carvão nas frações leves e de compostos não hidrolisáveis nas frações pesadas podem representar uma boa alternativa. A metodologia de análise da dinâmica da MOS baseada na abundância natural do isótopo 13C mostrou-se bastante satisfatória para o latossolo vermelho securo estudado. A variabilidade espacial do fi13C nas diferentes parcelas comparadas (e.g. cerrado vs. pastagem ou parcelas cultivadas) é responsável pela maior parte da incerteza final dos resultados nos cálculos de substituição de carbono. Para reduzir esta fonte de incerteza, os solos devem ser amostrados nos mesmos locais antes e depois da conversão para uma nova vegetação. Isso implica que, idealmente, os experimentos devem ser planejados para avaliações de longo período na mesma área, evitando-se a comparação de parcelas vizinhas. Quando uma planta C4 é introduzida em um sistema C3, assumir que não existe discriminação com a decomposição para o material C4 introduzido recentemente parece ser a melhor opção. Entretanto, o processo de fracionamento isotópico com a decomposição é um assunto que necessita de maiores investigações.
Palavras-Chave: | Brasil; Cerrado - Brasil; Desenvolvimento; Development; Dinamica; Dynamic; Ecosystem; Impact; Impacto; Management; Material Orgânico; Savana; Savanna; Sistema; Soil organic; Solo - Matéria orgânica.
Thesagro: | Cerrado; Ecossistema; Manejo; Matéria Orgânica; Oxisol; Plantio Direto; Solo; Solo Orgânico.
Thesaurus Nal: | Brazil; dynamics; Ferralsols; organic matter; soil.

Categoria do assunto:

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P Recursos Naturais, Ciências Ambientais e da Terra

Registro original: | Embrapa Cerrados (CPAC)

Exemplares:

CNPDIA - (7218-1) - ADD - TS - -- -  - ROS - 2003.00006 - DIS
CPAMN - (16322-1) - ADD - TS - -- - 02/02 -  - 2002.00002 - DIS
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