DIVE RSI DADE DE FUNGOS MICORRIZICOS ARBUS CULARES (FMA) E M SO LO CULTIVADO COM FEIJÃO CAUPI [VI GNA
UNGUI CULATA (L.) WAL P.] E FIBRA DE COCO
JULI ANA SO UZA DE PO NTES
RECIFE FEVEREIRO/2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE MICOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOLOGIA DE FUNGOS
DIVE RSI DADE DE FUNGOS MICORRIZICOS ARBUS CULARES (FMA) E M SO LO CULTIVADO COM FEIJÃO CAUPI [VI GNA
UNGUI CULATA (L.) WAL P.] E FIBRA DE COCO
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biologia de Fungos do Departamento de Micologia do Centro de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Pernambuco, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Biologia de Fungos.
Área de Concentração:Micologia Aplicada Nom e : J ul i ana Souza de Pont es O ri ent ador a: Leon or Cost a Mai a Co- ori entador a: Adriana M. Yano-Melo
RECIFE FEVEREIRO/2013
Catalogação na fonte Elaine Barroso
CRB 1728
Pontes, Juliana Souza de
Diversidade de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em solo cultivado com feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walpa.] e fibra de coco/ Juliana Souza de Pontes– Recife: O Autor, 2013.
77 folhas : il., fig., tab.
Orientadora: Leonor Costa Maia Coorientadora: Adriana M. Yano-Melo
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Ciências Biológicas, Biologia de Fungos, 2013.
Inclui bibliografia
1. Micorriza 2. Feijão-caupi 3. Solo I. Maia, Leonor Costa (orientadora) II. Yano-Melo, Adriana M. (coorientadora) III. Título
632.4 CDD (22.ed.) UFPE/CCB- 2013- 322
UNGUI CULATA (L.) WAL P.] E FIBRA DE COCO
JULIANA SOUZA DE PONTES
Data da defesa: 27/02/2013
COMISSÃO EXAMINADORA
MEMBROS TITULARES
_______________________________
Dra. Leonor Costa Maia (Orientadora) Universidade Federal de Pernambuco
______________________________________________ Dra. Sandra Farto Botelho Trufem– Examinador Externo
Instituto de Botânica, São Paulo
______________________________________ Dr. Bruno Tomio Goto – Examinador Externo Universidade Federal do Rio Grande do Norte
O temor do SENHOR é o princípio da sabedoria, e o conhecimento do Santo a prudência.
Provérbios 9:10
Aos meus pais Juracy e Antonio, ao meu irmão Wellington e ao meu noivo Juari. Dedico
Ao meu Deus, por ser pai e amigo fiel e estar comigo sempre, principalmente nos momentos mais difíceis da minha jornada e ter me dado força para vencer mais esta etapa da minha vida, quando poucas pessoas acreditavam em mim.
Aos meus pais, Antonio Bernardo de Pontes e Maria Juracy de Souza, por todo amor demonstrado durante a vida e pela compreensão e força para que eu pudesse concretizar mais um sonho. Á minha mãe em especial, por ter sido um exemplo de vida para mim, por ter vencido todos os obstáculos da vida para me dar uma boa educação, mesmo sem condições e se estou aqui hoje é graças a ela.
Ao meu tio Carlos Antonio, por todo apoio e amizade na minha caminhada, ele é como um pai.
Ao meu querido irmão Wellington pela amizade e carinho e pelas brincadeiras no decorrer do trabalho.
Ao meu noivo, Juari de Santana, pelos momentos de distração proporcionados, pelo grande amor e, principalmente, pela compreensão que teve por mim, nos momentos de estudo e estresse, sempre ao meu lado me apoiando e se alegrando com minhas conquistas.
À Universidade Federal de Pernambuco, pela contribuição à minha formação ao nível de pós-graduação.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro no decorrer do trabalho e pela bolsa de estudos.
À professora e orientadora Dra. Leonor Costa Maia, pela orientação, confiança e apoio na execução deste trabalho.
À professora Dra. Adriana Mayumi Yano-Melo, pela co-orientação, contribuição no trabalho e apoio durante as viagens à Petrolina para as coletas.
Ao professor Gladstone Alves da Silva, pela a orientação durante a iniciação e ter me recebido no Laboratório de Micorrízas.
As professoras Uided Maaze e Elaine Malosso, por todo apoio e ensino.
Aos amigos Catarina Melo e Nicácio Freitas, pela constante disponibilidade, paciência e ensinamentos dentro do laboratório.
Aos professores Fritz Oehl e Bruno Goto, pelo treinamento e suporte na identificação das espécies de FMA.
Aos colegas de Petrolina que me ajudaram nas coletas e demais atividades: Jorge Leal, Amando Vieira, Percivaldo Resende, Tânia Ferro, Daniel Vieira, Karen Mirella,
Aos amigos e verdadeiros irmãos da minha turma da graduação e companheiros de pós-graduação Frederico Marinho, Iolanda Ramalho, Juliana Pereira, Laís Lima, Reginaldo Neto, Vera Lúcia, e Thaís Thiane, pelos momentos felizes que vivemos juntos, pelo convívio e amor demonstrado, e ajuda durante a elaboração das atividades no laboratório.
Ao suporte e amizade de Larissa Vieira e Roberta Feitosa que me ajudaram na realização dos trabalhos.
Aos amigos Inácio Pascoal, Vilma Santos, Indra Escobar, Camilla Maciel e Danielle Karla, pela contribuição nos trabalhos realizados no laboratório.
A todos os colegas e amigos do Laboratório de Micorrízas: Ângelo Souto, Araeska Carenna, Anuska Almeida, Renata Souza, Danielle Magna, Edvaneide Leandro, Isabela Gonçalves, Bruno Velez, Joana Suassuna, Adelmo Vieira, Rejane Silva, Ingrid Lino, Natália Souza, Heloísa Silva, Mayra Oliveira, Moacir Alcantara, Débora Santos, Daniela Tenorio e João Jorge.
Às amigas Marilene Cecília e Josiane Freitas, pelo carinho e apoio espiritual demonstrado. E pelas orações do meu presbítero Rinaldo Silva e meu amigo Carlos Henrique.
A todos aqueles que ajudaram, direta ou indiretamente, na realização deste trabalho.
RESUMO GERAL
O feijão caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.] é uma cultura de grande importância para o Brasil, terceiro maior produtor mundial, sendo amplamente cultivado na região Nordeste devido às características adaptativas a condições adversas, constituindo a base da alimentação humana e animal. O conhecimento sobre a ocorrência de espécies de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em áreas naturais e cultivadas é importante para preservação e compreensão da funcionalidade desses fungos nos solos, visando o aumento da produtividade e a sustentabilidade dos ecossistemas terrestres. Para otimizar a produção e minimizar os impactos gerados pela agricultura, fontes de matéria orgânica, como fibra de coco e esterco bovino vêm sendo utilizados, sendo importante conhecer os efeitos desses insumos sobre a comunidade de FMA. Os objetivos deste trabalho foram: ampliar o conhecimento sobre os FMA na Caatinga e em cultivo de caupi, determinando se a adição de substratos ao solo influencia a diversidade e a infectividade desses fungos. Amostras de solo rizosférico (Argissolo Amarelo) foram coletadas no Campus de Ciências Agrárias da Univasf em Petrolina/PE, provenientes de: Caatinga natural onde predomina Mimosa
tenuiflora (área de referência); área antes de cultivo (pousio), e depois cultivada com feijão
caupi recebendo doses crescentes (0, 12, 24, 48 t ha-1) de fibra de coco, e adubadas com 10 t ha-1 de esterco, totalizando seis tratamentos. Foram realizadas três coletas: a primeira (I) de reconhecimento (tempo zero), antes do plantio e na área de referência, a segunda e a terceira (II e III) no final do 1º e do 2º ciclos de cultivo de feijão caupi (80 dias, até o período de frutificação) e na área de referência. O delineamento na área de plantio foi em blocos ao acaso com quatro tratamentos (0, 12, 24, 48 t ha-1 de fibra de coco) e cinco repetições. Em cada área/tratamento foram coletadas cinco amostras compostas constituídas por seis subamostras. Para avaliar a comunidade de FMA foram observados: riqueza e diversidade de espécies, frequência de ocorrência, equitabilidade, número de glomerosporos e de propágulos infectivos de FMA, colonização micorrízica e proteínas do solo relacionadas à glomalina (PSRG). Foram registrados 61 táxons de FMA, distribuídos em 18 gêneros, com predominância de Glomus e Acaulospora. A área de Caatinga apresentou maior riqueza de espécies (42), mas os índices de diversidade foram similares entre as áreas estudadas. A colonização micorrízica e a quantidade de PSRG foram menores nas áreas cultivadas com feijão caupi quando comparadas à área de Caatinga. Houve aumento da esporulação após a conversão da área de pousio em plantio. Os propágulos infectivos de FMA, em geral, foram afetados negativamente pela atividade agrícola, porém houve tendência para a recuperação com estabelecimento do cultivo. A
diferença nas comunidades de FMA entre a área natural e a cultivada indica que algumas espécies são mais sensíveis às perturbações que ocorrem no solo devido às práticas agrícolas. O cultivo de feijão caupi e a utilização de substratos orgânicos favorecem a riqueza e a diversidade de FMA quando comparadas a áreas de pousio.
ABSTRACT
Cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.] is an important crop in Brazil, the third largest producer in the world and is widely cultivated in the Northeast due to adaptive traits to adverse conditions, forming the basis of the food and feed. The knowledge about the occurrence of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in natural and cultivated areas is important for preservation and understanding of the functionality of these fungi to increase soil productivity and sustainability of the terrestrial ecosystems. To optimize production and minimize the impacts generated by agriculture, organic materials such as coconut fiber and manure have been used, and it is important to know the effect of these substrates on the community of AMF. The objectives of this study were to: increase knowledge about the FMA in Caatinga areas and cowpea plantations, determining whether the addition of substrates to the soil influences the diversity and infectivity of these fungi. Rhizosphere soil (Ultisol) samples were collected at the Campus de Ciências Agrárias – Univasf, Petrolina/PE, from native Caatinga, where Mimosa tenuiflora predominates (reference area), area before cultivation (fallow), and later cultivated with cowpea, receiving doses of 0, 12 , 24, 48 t ha-1 of coconut fiber, all fertilized with 10 t ha-1 of cow manure, totaling six treatments. Three collections were performed: the first (I) of recognition (at time zero) before planting and in the reference area, the second and the third (II and III) at the end of the 1st and 2nd cycles of cowpea (80 days, at fruiting period) and in the reference area. The design in the cultivated field was a randomized block design with four treatments (0, 12, 24, 48 t ha-1 coconut fiber) and five replicates. In each area/treatment five mixed samples were collected, each one formed by six subsamples. To assess the community of AMF: richness and diversity of species, frequency of occurrence, equitability, number of glomerospores and propagules of AMF, mycorrhizal colonization and soil-related protein glomalin (PSRG) were evaluated. Sixty one 61 taxa of AMF were identified, in 18 genera, with a predominance of Glomus and Acaulospora. The reference area showed the highest species richness (42), while the diversity indexes were similar among the studied areas. Mycorrhizal colonization and content of PSRG decreased with agricultural practices. There was an increase of the sporulation after conversion of the fallow area for planting. In general, the AMF infective propagules were negatively affected by agricultural activity, although there was a trend to recovery with establishment of cultivation. The difference in AMF communities between natural and cultivated areas indicates that these fungi are affected by soil disturbance caused by agricultural practices. The cowpea crop allied to the
utilization of organic substrates favored the richness and diversity of AMF compared to the fallow area.
Lista de figuras
Capítulo 2 Pág.
Figura 1. Corte longitudinal do coco com a descrição de suas partes... 21
Figura 2. Estruturas de FMA formadas durante a simbiose: a) arbúsculo; b) micélio interno (MI), vesículas (V), micélio externo (ME) e arbúsculos (A)... 24
Capítulo 3
Figura 1. Dendrograma baseado em Sørensen representando o índice de similaridade de espécies de fungos micorrízicos arbusculares, entre as áreas estudadas Caatinga, pousio e cultivadas com feijão caupi e fibra de coco nas concentrações 0 t ha-1(F+0), 12 t ha-1(F+12), 24 t ha-1 (F+24) e 48 t ha-1(F+48) todas adubadas com esterco bovino (exceto a Caatinga e o pousio), em Petrolina, PE... 45
Figura 2. Resultado do NMS baseado na composição das espécies de fungos micorrízicos arbusculares correlacionada com as propriedades físicas e químicas de amostras de solo de áreas de Caatinga, pousio e cultivadas com feijão caupi e fibra de coco nas concentrações 0 t 1(1), 12 t 1(2), 24 t 1(3) e 48 t ha-1(4) todas com esterco (exceto a Caatinga e o pousio), em Petrolina, PE... 46
Figura 3. Espécies de fungos micorrízicos arbusculares consideradas novas para a ciência: a) Acaulospora sp.1, b) Acaulospora sp.5, c) Glomus sp.1, d) Glomus sp.6, e) Pacispora sp.1 e f) Paraglomus sp.1... 50
Capítulo 4
Figura 1. (A) área em pousio, (B) aspecto da área após a retirada da vegetação, (C) e (D) primeiro e segundo ciclos de feijão caupi, (E) e (F) aspecto da Caatinga em regeneração, em Petrolina, PE... 56
Figura 2. Densidade de esporos de fungos micorrízicos arbusculares em áreas de Caatinga (CA) e área antes do cultivo (I coleta), áreas cultivadas com feijão caupi e fibra de coco nas concentrações 0 t ha-1(F+0), 12 t ha-1(F+12), 24 t ha-1(F+24) e 48 t ha-1(F+48) e 10 t ha-1 de esterco (II e III coleta), em Petrolina, PE... 60 Figura 3. Colonização micorrízica em raízes de plantas da área de Caatinga (CA) e antes do plantio (gramíneas espontâneas) (I coleta), áreas cultivadas com feijão caupi e fibra de coco nas concentrações 0 t 1(F+0), 12 t 1(F+12), 24 t ha-1(F+24) e 48 t ha-1(F+48) e 10 t ha-1 de esterco (II e III coleta), em Petrolina, PE...
Figura 4. Proteínas do solo relacionadas à glomalina fração facilmente extraível (A) e total (B) em solos de área de Caatinga (CA) e área antes do cultivo (I coleta), áreas cultivadas com feijão caupi e fibra de coco nas concentrações 0 t ha
-1
(F+0), 12 t ha-1(F+12), 24 t ha-1(F+24) e 48 t ha-1(F+48) e 10 t ha-1 de esterco (II e III coleta), em Petrolina, PE... 62
Lista de tabelas
Capítulo 2 Pág.
Tabela 1. Composição da fibra e do pó de coco... 22 Tabela 2. Densidade de esporos, riqueza e diversidade de espécies de fungos micorrízicos arbusculares em diferentes sistemas de cultivo... 28
Capítulo 3
Tabela 1. Caracterização química e física do solo em área de Caatinga, área em pousio e áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de fibra de coco como cobertura do solo e adubadas com 10 t ha-1 de esterco bovino (exceto a Caatinga e pousio), em Petrolina, PE...
40
Tabela 2. Espécies de FMA com a frequência de ocorrência (FO) e frequência relativa (FR), registradas em campo (C) em área de Caatinga, área em pousio e áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de fibra de coco como cobertura do solo e adubadas com 10 t ha-1 de esterco bovino (exceto a Caatinga e pousio), em Petrolina, PE... 42
Tabela 3. FMA: Número de espécies (N), esporos (E), índices de diversidade de Shannon (H’) e de Margalef (d), equitabilidade de Pielou (J’) em áreas de Caatinga (referência), pousio e áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de 0, 12, 24 e 48 t ha-1 de fibra de coco como cobertura do solo e adubadas com 10 t ha-1 de esterco bovino (exceto a Caatinga e o pousio), em Petrolina, PE...
45
Tabela 4. Valores de Significância com base no teste estatístico MRPP por
comparação da composição de espécies de FMA entre as áreas, Caatinga, pousio, áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de fibra de coco 0 t ha-1(F+0), 12 t ha-1(F+12), 24 t ha-1(F+24) e 48 t ha-1(F+48) todas com esterco bovino (exceto a Caatinga e o pousio), em Petrolina, PE ... 46
Tabela 5. Coeficientes de correlação (r) entre as variáveis do solo e escores dos Eixos 1 e 2 da ordenação ... 47
Tabela 6. Espécies de fungos micorrízicos arbusculares indicadoras das áreas de estudo, valor de indicação (ID) e nível de significância p... 48
Capítulo 4
Tabela 1. Caracterização química e física do solo em área de Caatinga, área em pousio e áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de fibra de coco como cobertura do solo e adubadas com 10 t ha-1 de esterco bovino (exceto a Caatinga e pousio), em Petrolina, PE... 59
Tabela 2. Número mais provável (NMP) de propágulos infectivos de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em solos de área de Caatinga, em pousio, áreas cultivadas com feijão caupi e concentrações de fibra de coco e esterco bovino, em Petrolina, PE... 61
Tabela 3. Coeficiente de correlação de Pearson entre as variáveis biológicas e os atributos do solo... 63
SUMÁRIO Pág. 1. INTRODUÇÃO ... 15 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA... 17 2.1. Bioma Caatinga... 17 2.2. Feijão Caupi... 18
2.3. Utilização de Substratos Orgânicos na Agricultura... 19
2.4. Fungos Micorrízicos Arbusculares... 23
2.5. Diversidade de Fungos Micorrízicos Arbusculares... 25
2.6. Fungos Micorrízicos Arbusculares em Agrossistemas... 28
2.7. Feijão Caupi e Fungos Micorrízicos Arbusculares... 30
2.8. Adubos Orgânicos e Fungos Micorrízicos Arbusculares... 31
3. DIVERSIDADE DE FUNGOS MICORRÍZICOS ARBUSCULARES (FMA) EM SOLOS CULTIVADOS COM FEIJÃO-CAUPI [VIGNA UNGUICULATA (L.) WALP.] UTILIZANDO FIBRA DE COCO COMO COBERTURA MORTA, PRÁTICAS AGRÍCOLAS SUSTENTÁVEIS EM CONDIÇÕES SEMI-ÁRIDAS... 33 Resumo... 33 Introdução... 34 Material e métodos... 36 Resultados... 41 Discussão... 48 Conclusões ... 51
4. DINÂMICA DE PROPÁGULOS DE FUNGOS MICORRÍZICOS ARBUSCULARES (FMA) EM CULTIVO DE FEIJÃO CAUPI [VIGNA UNGUICULATA (L.) WALP.] COM FIBRA DE COCO... 53
Resumo... 53 Introdução... 54 Material e métodos... 55 Resultados... 60 Discussão... 63 Conclusões ... 66 5. CONSIDERAÇÕES GERAIS... 67 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 68
1. INTRODUÇÃO
O bioma Caatinga ocupa uma área de aproximadamente 800.000 Km2 abrangendo os estados da Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba, Rio Grande do Norte, Ceará, Piauí e o norte de Minas Gerais, o que representa 11 % do território nacional e 70 % da região Nordeste (MMA, 2002). Esse bioma, exclusivamente brasileiro, apresenta clima semiárido e vegetação arbórea arbustiva, com elevado grau de endemismo (Prado, 2003).
A Caatinga vem sendo devastada para implantação de culturas agrícolas, além de ser utilizada para práticas pecuárias, o que acarreta processos de desertificação (Sampaio et
al., 2005), ocasionado perda da biodiversidade e impactos diretos no solo, como a erosão.
Por outro lado, há necessidade de aumento da produção agrícola de forma sustentável, para que os impactos ao ambiente sejam minimizados. Em Pernambuco, um dos pólos mais promissores na produção agrícola encontra-se na região de Petrolina, onde a fruticultura irrigada tem grande potencial de exportação (Oliveira e Farias Filho, 2012).
Entre as culturas de interesse econômico destaca-se o feijão caupi [Vigna
unguiculata (L.) Walp.], também conhecido como feijão de corda ou feijão macassar. Devido ao valor proteico, o caupi é utilizado na alimentação humana na forma de grãos secos ou verdes e como vagens, mas seus ramos e folhas também são utilizados na alimentação animal (Silva e Freire Filho, 1999). A leguminosa é amplamente cultivada na região Nordeste devido às características adaptativas a condições adversas, como suportar altas temperaturas, salinidade e baixa disponibilidade de água (Sousa, 2006).
A agricultura comercial e a pastagem interferem na dinâmica do solo afetando os micro-organismos, entre os quais se destacam os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) que formam associação simbiótica com a maioria das plantas terrestres, aumentando a área de absorção das raízes e proporcionando melhorias no crescimento, além de promover maior tolerância a estresses bióticos e abióticos. O benefício da micorrização é conhecido para diversas culturas de importância econômica, entre as quais: uva (Matsuoka et al., 2002; Krishna et al., 2005), acerola (Costa et al., 2001), milho (Carrenho et al., 2001) e feijão (Cruz e Martins, 1997).
Para aumento da produtividade das culturas, substratos alternativos vêm sendo utilizados com objetivo de minimizar o uso de fertilizantes químicos, melhorar a drenagem do solo, e aumentar a qualidade dos produtos (Fontes et al., 2004). Como exemplo, a fibra e o pó do coco (Cocos nucifera L.) são substratos ricos em nutrientes têm capacidade de reter umidade do solo, entre outros benefícios (Rosa et al., 2001), o esterco animal que
aumenta a aeração, a permeabilidade e diminuição da compactação do solo, além do aumentar o conteúdo de matéria orgânica, favorecendo a atividade microbiológica e aumentando a disponibilidade de nutrientes do solo para os vegetais (Garrido et al., 2008).
Estudos com a inoculação de FMA e culturas com substratos orgânicos têm demonstrado que os maiores valores de colonização micorrízica, e de benefício para os hospedeiros, são encontrados em níveis abaixo de 30 % da fibra de coco, sugerindo que altos níveis podem ser prejudiciais para o vegetal e para a comunidade de FMA (Monteiro
et al., 2009; Silva Júnior et al., 2006 e 2010). A inoculação com FMA em feijão caupi tem
demonstrado aumento na tolerância à salinidade (Tavares et al., 2009), incremento na matéria seca da parte aérea (Silva et al., 2009) e alto nível de colonização radicular (Fernandes et al., 2008).
A diversidade de FMA ainda é pouco conhecida; existem cerca de 230 espécies descritas (Oehl et al., 2011) é possível que esse número seja muito maior, pois segundo Souza et al. (2008), relacionando a riqueza de plantas e de FMA, é possível supor que a diversidade do filo possa variar entre 37.000 a 78.000 espécies, assim, ainda há muito a descobrir a respeito dos FMA. No Brasil foram registradas aproximadamente 120 espécies (Souza et al., 2010), o que corresponde a mais de 54 % do total, e para a Caatinga, foram identificadas 79 espécies, a maior parte em agrossistemas (Maia et al., 2010, Goto et al., 2010).
Considerando os processos de degradação da Caatinga para implementação de culturas de interesse econômico e diante das lacunas em estudos sobre a diversidade de FMA e sua interação com substratos orgânicos, foram testadas as hipóteses de que a mudança da área de Caatinga em plantio é prejudicial aos FMA e que área cultivada com feijão caupi com esterco bovino e baixa concentração de fibra de coco apresenta maior diversidade e atividade de FMA. Com isso objetiva-se ampliar o conhecimento sobre os FMA em solos cultivados com feijão caupi no semiárido, proporcionando subsídios para aplicação biotecnológica desses organismos na produção agroflorestal e recuperação de áreas degradadas, entre outros benefícios.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1. Bioma Caatinga
Bioma exclusivamente brasileiro, a Caatinga ocupa área de 800 mil km2, correspondendo a 11 % do território nacional e 70 % da Região Nordeste, se estendendo do Piauí ao norte de Minas Gerais (Drummond et al., 2000). Apesar de tão amplo, esse é provavelmente o bioma mais desvalorizado e pouco conhecido no Brasil (Silva et al., 2004). O nome “caatinga” é de origem tupi-guarani e significa “floresta branca”, o que caracteriza o aspecto da vegetação na estação seca, quando as folhas caem e apenas os troncos brancos e brilhosos das árvores e arbustos permanecem (Prado, 2003).
As características da Caatinga incluem clima quente semiárido, com altas temperaturas durante todo o ano variando entre 26 a 28ºC, com algumas áreas alcançando os 40ºC muito facilmente, precipitação mal distribuída concentrada em meses consecutivos, variando de 500 a 700 mm ao longo do ano (Prado, 2003) e baixa umidade relativa em torno de 50 % (Menezes et al., 2012).
Os solos da Caatinga são os mais variáveis do país, devido a efeitos advindos da erosão geológica e descobrimento das camadas até o aparecimento das rochas, formando áreas recobertas por pedras e pedregulhos. Esses solos podem ser classificados em rasos (como os Neossolos litólicos), intermediários, com 1m de profundidade (como o Neossolo Regolítico, os Luvissolos e os Planossolos) e bem profundos (como o Neossolo Quartzarênico). Esses solos também diferem quanto à textura, segundo o material de origem, sendo arenosos como o Neossolo Quartzarênico e argilosos como Vertissolos e Argissolos (Sampaio, 2010).
Em relação aos nutrientes, em geral os solos do semiárido são pouco férteis, com deficiência em fósforo e nitrogênio, porém os valores diferem com relação ao tipo de solo até mesmo dentro da mesma ordem. Alguns são férteis e outros podem até ter nutrientes, mas na forma de reserva não disponíveis para as plantas, sendo necessária adubação para introdução desses nutrientes (Araújo et al., 2008 b).
A Caatinga é caracterizada por alto grau de endemismo florístico e particularidades dos diferentes tipos de vegetação. Prado (2003) mencionou 14 gêneros e 183 espécies endêmicas do total de 437 espécies encontradas na Caatinga, o que representa um nível de endemismo de cerca de 40%. A vegetação da Caatinga tem como principais características: alta densidade de indivíduos com 1.000 a 5.000 ha-1, árvores de pequeno a médio porte,
com altura dominante variando entre 3m e 6m, e resposta rápida às chuvas com aparecimento das folhas em poucos dias.
Há muitas espécies vegetais na Caatinga que apresentam adaptação à deficiência hídrica, como caducifolia, suculência, acúleos e espinhos e algumas características xerofíticas (Minc et al., 2008). As famílias mais comumente encontradas são: Fabaceae, Bromeliaceae, Cactaceae, Euphorbiaceae, Malvaceae, Bombacaceae, Caricaceae, Apocynaceae e Anacardiaceae (Prado, 2003).
Ações antrópicas na Caatinga como a substituição da vegetação natural por culturas agrícolas e práticas pecuárias têm prejudicado os solos que se encontram em processo de desertificação, com perda de biodiversidade e erosão (Sampaio et al., 2005). A perda de paisagens tem consequências graves para a manutenção da biodiversidade, levando à extinção de espécies endêmicas (Chapin et al., 2000) antes mesmo de tornarem-se conhecidas (MMA, 1998). Apesar das ameaças à sua integridade, menos de 2 % da Caatinga estão protegidas em unidades de conservação (Garda et al., 1996).
2.2. Feijão Caupi
2.2.1. Origem e Histórico
O feijão caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.] é originário da África, onde é amplamente cultivado, porém há controvérsias se teria surgido no Oeste Africano, na Nigéria, há cinco ou seis mil anos, onde estaria associado ao cultivo de milheto e sorgo (Davis et al., 1991), ou na região de Transvaal, na África do Sul, região de especiação de
V. unguiculata (Padulosi e Ng, 1997).
2.2.2. Características e Classificação Botânica do Feijão Caupi
O feijão caupi é uma Dicotyledonea da ordem Fabales, família Fabaceae, subfamília Faboideae, tribo Phaseoleae, subtribo Phaseolinea, gênero Vigna, seção Catiang (Padulosi e Ng, 1997). Também conhecido como feijão macassar, feijão de corda, feijão fradinho, feijão verde, feijão de praia, feijão de estrada, feijão miúdo, feijão catador, entre outros nomes que variam de acordo com a região e Estado onde é cultivado. O caupi é uma planta herbácea, anual, geralmente adaptada a zonas temperadas e tropicais (Freire Filho et al., 1999).
A leguminosa é amplamente cultivada na região Nordeste devido às características adaptativas a condições adversas, como suportar altas temperaturas, com desenvolvimento ocorrendo entre 18º e 34ºC, produzindo bem, mesmo com baixa disponibilidade de água
(precipitações anuais de 300 mm), e também tolerante a estresse salino (Sousa, 2006). Pode se desenvolver em grande variedade de solos, mas os melhores são os arenosos, com pH entre 5,5 a 6,5. (Agência Prodetec, 2009).
As sementes de feijão caupi são muito nutritivas, apresentando 63,6 % de caboidrato, 24,8 % de proteína, 6,3 % de fibras e apenas 1,9 % de gordura, além de vitaminas como tiamina, riboflavina e niacina (Davis et al., 1991). Devido ao valor proteico o feijão caupi é utilizado na alimentação humana sob a forma de grãos secos ou verdes e como vagens, mas seus ramos e folhas também são utilizados na alimentação animal sob a forma de grãos e forragem (Silva e Freire Filho,1999).
2.2.3. Produção Mundial e Local do Feijão Caupi
A produção mundial de feijão caupi, no ano de 2007, alcançou a 36 países, destacando-se entre os maiores produtores a Nigéria, o Níger e o Brasil, respectivamente, que representam 84,1 % da área plantada e 70,9 % da produção mundial (FAO, 2009 apud Silva, 2011).
A produtividade de caupi no Brasil corresponde a 58 % de toda a produção de feijões no país, dos quais 84 % são produzidos na região Nordeste. A área plantada com caupi no Brasil está em torno de 30 % da área total de feijão e na Região Nordeste corresponde a 60 %. Esses dados mostram a importância do caupi para a economia do país e principalmente da Região Nordeste, onde se torna a base alimentar da população. A área cultivada com esse feijão está em torno de 1.600.000 ha, com os estados do Ceará e Piauí apresentando às maiores áreas cultivadas e as maiores produções do Brasil (Freire Filho et
al., 1999).
2.3. Utilização de Substratos Orgânicos na Agricultura
O termo substrato é aplicado a todo material sólido, natural ou sintético, bem como resíduos minerais ou orgânicos, distintos do solo, quando adicionado de forma pura ou em mistura e que permite o desenvolvimento do sistema radicular do vegetal, desempenhando o papel de suporte para a planta (Abad e Noguera, 1998). Os substratos exercem as funções do solo fornecendo à planta sustentação, nutrientes, água e oxigênio e podem ser de diversas origens: animal (esterco, húmus, composto, etc.), vegetal (tortas, bagaços, xaxim, serragem, etc.), mineral (vermiculita, perlita, areia, etc.) e artificial (espuma fenólica, isopor, etc.) (Rosa et al., 2002).
Substratos orgânicos vêm sendo cada vez mais utilizados visando aumentar a produtividade agrícola e minimizar os impactos ambientais provocados pelos resíduos sólidos, e com objetivo de minimizar o uso de fertilizantes químicos, pois os mesmos são biofertilizantes (Fontes et al., 2004). Diferentes tipos de resíduos agroindustriais vêm sendo utilizados como substrato, como a casca de arroz, bagaço de cana, torta de mamona, torta de algodão, entre outros (Souza, 2000; Sainju et al., 2001). Aumento da utilização de substratos à base de casca de coco em cultivos agrícolas tem sido observado, substituindo outros materiais, tais como: lã de rocha, turfas de Sphagnum e areia (Rosa et al., 2002).
A adição da matéria orgânica proveniente dos substratos tem algumas vantagens como: liberar e facilitar a absorção de nutrientes para as plantas, aumentar a capacidade do solo em armazenar nutrientes, melhorar a estrutura do solo e diminuir os gastos com adubo mineral, além de diminuir a acidez do solo e a toxicidade do alumínio (Melo e Fernandes, 2000).
O esterco animal é o adubo orgânico mais amplamente utilizado nos sistemas agrícolas; esse substrato é rico em macro e micro nutrientes, constituindo uma alternativa de baixo custo, uma vez que pode diminuir o uso de fertilizantes químicos e os custos da produção, quando associado a outros adubos naturais. A adubação com esterco traz muitos benefícios ao solo, como o aumento da aeração e da permeabilidade e a diminuição da compactação. Outra vantagem é o aumento do conteúdo de matéria orgânica, favorecendo a atividade microbiológica e aumentando a disponibilidade de nutrientes do solo para os vegetais (Garrido et al., 2008).
O esterco animal pode ser utilizado na forma liquida ou sólida, fresco ou pré-digerido, como composto ou vermicomposto. Como exemplo de estercos utilizados temos o: bovino, equino, suíno, caprino e o de aves (Weinärtner et al., 2006). O esterco mais amplamente usado na agricultura é o bovino, não só no Brasil mais em diversos países como Japão (Sha et al., 2012), Inglaterra (Salazar et al., 2005) , Índia (Blaise et al., 2005) e México (Alarcón e Ferrera-Cerrato, 2000).
Diversos trabalhos têm mostrado a eficiência do esterco bovino na melhoria das características do solo (Melo et al., 2009), principalmente em relação à fertilidade (N, P e K) (Sampaio et al., 2007), contribuindo com a diminuição do alumínio tóxico e elevação do pH (Caetano e Carvalho, 2006), proporcionando aumento da matéria seca e produtividade das culturas (Araújo et al., 2008 a), além de beneficiar a colonização das plantas por micro-organismos promotores do crescimento, como os FMA (Krey et al., 2011).
Outro substrato que pode ser utilizado na agricultura é o pó e a fibra do coco (Cocos nucifera L.). O coqueiro é uma oleaginosa da família Arecaceae cujos frutos podem ser consumidos de duas formas básicas: processado quando maduro (coco seco), utilizado como óleo em mais de 80 produtos, ou in natura, sendo o coco utilizado imaturo (coco verde) para aproveitamento da água, rica em sais minerais. Em ambos os casos o resíduo orgânico gerado é muito grande, sendo representado pelas cascas que formam um significativo volume. Em geral, do peso total de um coco maduro, 65 % correspondem à noz e seu conteúdo (albúmen sólido e água), enquanto os 35 % restantes correspondem à parte fibrosa (casca) (Figura 1), com uma parte formada por fibras e a outra parte por pó, que une as fibras (Rosa et al., 2002).
Figura 1: Corte longitudinal do coco com a descrição de suas partes. Adaptado de vam Dam et al. (2004).
O cultivo de coco no Brasil vem crescendo devido ao elevado consumo da água nos últimos anos; em 2000 já existiam cerca de 80 indústrias de pequeno porte e três de grande porte concorrendo diretamente com as indústrias de refrigerante (Carrijo et al., 2002). Atualmente o Brasil é o quarto maior produtor mundial, com 2,9 milhões de toneladas e 270 mil ha de área plantada no ano de 2011 (FAO, 2013). Esse crescimento vem gerando grande quantidade de resíduo industrial com cerca de 6,7 milhões de toneladas de casca de coco ao ano (www.projetococoverde.com.br).
Os resíduos do coco vêm sendo depositados em lixões, aterros sanitários e até mesmo às margens de estradas, e devido ao grande volume esses locais estão ficando pequenos para acomodar tanto material descartado. Como a composição da casca do coco é principalmente lignina (Tabela 1) que é de difícil decomposição (levando mais de oito anos
para se decompor), muitos problemas sociais e ambientais têm sido gerados, incluindo a atração de vetores e causadores de doenças como roedores, insetos e micro-organismos (Carrijo et al., 2002). Além disso, o processo de degradação realizado pelos micro-organismos ainda ocasiona emissão de gás metano no ambiente, contaminando o solo e a água (Passos, 2005).
Tabela 1. Composição da fibra e do pó de coco.
Lignina (%) Celulose (%) Hemicelulose (%) Referências
45,4 43,4 0,25 Rajan et al. (2005) 20-48 35-60 15-28 Agopyan et al. (2005)
32,8 68,9 16,8 Asasutjarit et al. (2007) 41-45 36-43 0,15-0,25 Corradini et al. (2009)
32,8 44,2 12,1 Abdul Khalil et al. (2006) Fonte: Ferraz, 2011
Como alternativas para minimizar a presença desses resíduos no ambiente, projetos para utilização desses detritos vêm sendo desenvolvidos, e um deles é relacionado à produção de fibroconcreto e fibrocimento para serem utilizados na indústria civil, por serem altamente resistentes e podendo também ser utilizados como isolantes térmicos e acústicos (Ferraz, 2011). Resíduos de coco podem ser utilizados também na indústria têxtil e automobilística para a produção de bancos, encostos, almofadas e colchões (Andrade et
al., 2004) e na indústria química, para a produção de enzimas como a celulase (Oliveira,
2010). Na área ambiental os resíduos vêm sendo utilizados na produção de carvão vegetal (Andrade et al., 2004), na cobertura de superfícies com retenção de umidade diminuindo os processos de erosão do solo, e na produção de mudas e germinação de sementes (A lavoura, 2012).
Mesmo com os diversos usos para a casca do coco esses processos ainda não são difundidos em larga escala, sendo necessário o aumento de sua utilização. Uma área promissora é o emprego agrícola, porém algumas barreiras têm sido impostas pela lenta degradação e assimilação dos detritos ao solo, decorrente da composição. A taxa de decomposição lenta fornece outros benefícios, como melhores condições físicas e biológicas ao solo, proporcionando aumento da porosidade e aeração do solo, maior retenção de umidade e desenvolvendo um nível ideal de pH (5,4-6,8). Os resíduos do coco também são ricos em potássio e nitrogênio, favorecendo a atividade fisiológica das raízes (Rosa et al., 2001; Coquim, 2013). As fibras da casca do coco podem ser incorporadas ao solo fornecendo nutrientes necessários ao desenvolvimento das plantas (Carrijo et al.,
2002), ou utilizadas como cobertura proporcionando melhor temperatura ao solo, retenção de umidade entre outros benefícios (Miranda et al., 2004).
A casca do coco verde não apresenta as mesmas características; embora com elevada retenção de água, tem altas concentrações de sódio, portanto, elevada condutividade elétrica e muitos taninos solúveis em água, que podem ser tóxicos para as plantas (Rosa et al., 2001). Para sua utilização na agricultura são necessários processamentos mecânicos para acelerar o processo de degradação, e permitir a contribuição dos benefícios citados. Os processamentos mecânicos realizados são: tritutação, prensagem e seleção. Na primeira etapa a casca de coco é cortada e triturada por um rolo de facas fixas; na segunda, acontece a liberação da umidade e dos sais contidos na casca; na terceira etapa ocorre a separação da fibra (30 %) e do pó (70 %) do coco (Rosa, 2013).
Diversos trabalhos têm mostrado a eficiência da fibra e do pó de coco na produção de mudas de várias plantas, entre as quais: tomateiro, diminuindo os custos da produção (Silveira et al., 2002), berinjela, com melhores resultados de crescimento (Moreira et al., 2010), melancia, apresentando mais vigor com a utilização do substrato (Ramos et al., 2012), o que evidencia o potencial do uso desses substratos também para aumento da produção agrícola.
2.4. Fungos Micorrízicos Arbusculares
Os micro-organismos do solo, entre os quais se destacam os Fungos Micorrízicos Arbusculares (FMA), podem ser influenciados, entre outros fatores pelas práticas agrícolas e pela composição vegetal. Os FMA pertencem ao filo Glomeromycota (Schüβler et al., 2001) e formam associação simbiótica obrigatória com representantes de cerca de 90 % das plantas terrestres, de briófitas e pteridófitas, até Gimnospermas e Angiospermas (Smith e Read, 2008).
OsFMA são assim chamados devido à principal característica, que é a formação de uma estrutura denominada arbúsculo, formada por várias divisões dicotômicas das hifas. O arbúsculo é o centro de troca entre o fungo e a planta e se forma intracelularmente em células do córtex das raízes. Em algumas espécies de FMA ainda são formadas nas raízes estruturas arredondadas ou ovais de paredes finas, denominadas vesículas, com função de armazenamento, contendo grande quantidade de lipídios e glicogênio. Fora da raiz, as hifas se ramificam formando o micélio externo, responsável pela absorção dos minerais; nesse
micélio, em alguns gêneros de FMA, podem formar outras estruturas de armazenamento, denominadas células auxiliares (Figura 1). Os esporos dos FMA, denominados glomerosporos, são as principais estruturas reprodutivas; desempenham papel de resistência e de propagação e são formados primordialmente no micélio externo, podendo também ocorrer no interior das raízes das plantas hospedeiras (Smith e Read, 2008; Silveira, 1992).
Figura 2. Estruturas de FMA formadas durante a simbiose: a) Arbúsculo; b) micélio interno (MI), vesículas
(V), micélio externo (ME) e arbúsculos (A) (Peterson et al., 2004).
Estudos sugerem que os fungos pertencentes ao Filo Glomeromycota e sua natureza simbiótica antecedem a formação de raízes, pois teriam surgido há mais de 400 milhões de anos, no período Devoniano, constituíndo ferramenta importante para a colonização do ambiente terrrestre pelas plantas vasculares (Dotzler et al., 2006, 2009). Devido a essa co-evolução com as plantas terrestres os FMA não têm especificidade de hospedeiro, podendo, de forma geral, se associar com qualquer planta micotrófica, no entanto, algumas espécies de plantas e fungos podem ter preferência pelo parceiro, o que proporciona maior benefício à associação (Maia et al., 2006).
Na associação micorrízica as plantas fornecem carboidratos obtidos durante a fotossíntese e em troca os FMA transferem para os hospedeiros nutrientes minerais, principalmente os de baixa mobilidade, como fósforo e formas indisponíveis de nitrogênio, absorvidos pelas hifas no solo (Silveira 1992; Siqueira et al., 2010). Como resultado, as plantas apresentam resistência a fatores abióticos como o estresse hídrico, podendo se recuperar mais rapidamente de sintomas como a murcha (Silveira, 1992), e o estresse salino (Yano-Melo et al., 2003), e aumentam a tolerância a metais pesados, como manganês e alumínio (Cardoso, 1985). Os FMA propiciam também maior tolerância a fatores bióticos, como fitopatógenos e nematóides, por induzir a produção de compostos
tóxicos, competir por espaço físico e oferecer melhores condições de nutrição, assim, a planta tem menor incidência de doenças e menores danos (Siqueira et al., 2010; Silveira, 1992).
Nos ecossistemas os FMA desempenham importantes funções, podendo funcionar como biofertilizantes, biocontroladores e biorreguladores (Siqueira e Klauberg-Filho, 2000) e são eficientes na recuperação de áreas degradadas e na ciclagem de nutrientes (Hodje et al., 2001), influenciando a composição florística e a estabilidade de ecossistemas naturais (van der Heidjen et al., 1998). Os FMA também produzem uma glicoproteína, denominada glomalina, que está diretamente relacionada com a estruturação, e consequentemente, com a qualidade do solo, e é importante na sustentabilidade e funcionamento dos ecossistemas terrestres (Wright e Upadhyaya, 1998). O benefício da micorrização é conhecido para diversas culturas de importância econômica, entre as quais: uva (Matsuoka et al., 2002; Krishna et al., 2005), acerola (Costa et al., 2001), milho (Carrenho et al., 2001) e feijão (Cruz e Martins, 1997).
Os FMA representam de 5 a 50 % da biomassa total de micro-organismos do solo, e a zona onde ocorre a influência deste fungo na rizosfera é conhecida como micorrizosfera, onde existe uma população própria de micro-organismos, como bactérias que ajudam na micorrização facilitando a colonização da planta pelo fungo (Siqueira et al., 2010).
2.5. Diversidade de Fungos Micorrízicos Arbusculares
Os FMA pertencem ao Filo Glomeromycota e estão distribuídos em três classes:
Archaeosporomycetes, Glomeromycetes e Paraglomeromycetes, cinco ordens (Archaeosporales, Diversisporales, Gigasporales, Glomerales e Paraglomerales), 15 famílias e 31 gêneros, dos quais são conhecidas aproximadamente 230 espécies (Oehl et
al., 2011; Goto et al., 2012).
A diversidade desse filo ainda é pouco conhecida considerando a de plantas, que pode chegar a 400.000 táxons, dos quais aproximadamente 67% se associam aos FMA (Souza et al., 2008). Estudo baseado na diversidade de caracteres dos esporos dos FMA estima que apenas para o gênero Glomus possam existir cerca de 2.000 espécies (Morton et
al., 1995). Segundo Souza et al. (2008), mencionado que se riqueza de plantas e de FMA
se mantiver em outros ecossistemas como no estudo observado, é possível supor que a diversidade do filo possa variar de 37.000 a 78.000 espécies.
No Brasil foram identificadas aproximadamente 120 espécies de FMA que correspondem a pouco mais de 50 % do total de espécies registradas.A maioria desses estudos foi realizada em agrossistemas, com registro de 94 espécies em culturas perenes e anuais (Souza et al., 2010). Em geral, por estudo, são identificadas de 9-25 espécies em áreas agrícolas (Carrenho et al., 2010). Para o bioma Caatinga foram registradas 79 espécies de FMA, a maior parte em agrossistemas; recentemente, quatro novas espécies foram registradas nesse bioma: Dentiscutata colliculosa B.T. Goto & Oehl., Orbispora
pernambucana (Oehl, D.K. Silva, N. Freitas & L.C. Maia) Oehl,G.A. Silva & D.K. Silva,
(Goto et al., 2010) e Paradentiscutata bahiana (Oehl, Magna, B.T. Goto & G.A. Silva),
Intraornatospora intraornata (B.T. Goto & Oehl) B.T. Goto, Oehl & G.A. Silva (Goto et
al., 2012).
A quantificação da diversidade de FMA pode ser realizada a partir de vários métodos e índices. Os métodos mais conhecidos são baseados na morfologia dos glomerosporos, que pode ser complementada com análise molecular. No estudo morfológico são observadas as características do esporo tais como: tamanho, ornamentação, tipo e quantidade de paredes, placa germinativa entre outras (Oehl et al., 2008). A biologia molecular possibilita a identificação de FMA por meio de esporos, micélio e estruturas presentes nas raízes (Hemel et al., 2007), mas as técnicas ainda precisam ser aprimoradas para permitir a identificação mais ampla das espécies.
Estudos de diversidade molecular utilizando solo, esporos e raízes têm demonstrado maior diversidade com base no uso de esporos do que nos demais parâmetros, (Johnson et
al., 2003; Hemel et al., 2007). Em geral não é encontrada muita sobreposição entre
espécies identificadas por esporos e nas raízes, possivelmente porque as raízes abrigam apenas uma fração das espécies de FMA existentes no solo, onde algumas espécies de FMA também não são identificadas por não estarem produzindo esporos (Clapp et al., 1995; Johnson et al., 2003).
Análises moleculares visando apenas à identificação de FMA nas raízes podem não registrar algumas espécies presentes no solo, como membros da família Paraglomeraceae e Archaeosporaceae (Hemel et al., 2007; Sanchez-Castro et al., 2012). De todo modo, estudos morfológicos adicionais são recomendados para amostragem de espécies de FMA em uma área.
A identificação morfológica pode ser realizada por exame de esporos vindos diretamente do campo ou de culturas armadilhas, considerando que esses fungos são simbiontes obrigatórios (Córdoba et al., 2002).
Alguns trabalhos utilizando o índice de diversidade de Shannon (H’) para estudo de FMA em áreas agrícolas vêm sendo realizados no Brasil e no mundo, sendo observados resultados interessantes em relação às práticas agrícolas e à diversidade de FMA (Tabela 1). Em geral, as monoculturas diminuem a diversidade de FMA em relação às áreas naturais, e a utilização de práticas agrícolas menos agressivas, como a utilização de adubo verde, contribuem para aumento da diversidade de FMA nas áreas estudadas (Carrenho et
al., 2010).
Embora vários estudos sobre a diversidade e ocorrência de espécies de FMA em agrossistemas tenham sido realizados, há muito a conhecer, considerando diversos fatores bióticos e abióticos que influenciam a comunidade destes fungos. Nos agrossistemas existem outros fatores que se somam a esses, interferindo diretamente na comunidade microbiana e na produtividade das plantas como: preparo mecânico do solo, manejo das culturas e tratos culturais (Carrenho et al., 2010).
Tabela 2. Densidade de esporos, riqueza e diversidade de espécies de fungos micorrízicos arbusculares em
diferentes sistemas de cultivo.
Sistemas de Cultivo Densidade de esporos em 1g de solo Riqueza de espécies Diversidade de Shannon H’ Observações Autores e Local Pasto, rotação e monoculura 2,5- 65 g-1 27 2,45 - 1,32 Maior riqueza e diversidade no pasto e na rotação Oehl et al, 2003 Europa Central Milho e soja em cultivo convencional, adubo verde e adubo animal 15 2,01- 1,57 Maior diversidade no cultivo de soja com adubo verde
Franke-Snyder et al., 2001 E.U.A Chá natural e cultivado 6,48 – 7,4g-1 51 1,80-0,13 Maior diversidade na área natural Singh et al., 2008 Himalaya Pasto, milho e vinhedo 7 – 84 g-1 30 1,4 – 2,1 Maior diversidade no vinhedo e pasto e menor na monocultura do milho Oehl et al., 2005 Europa Central Floresta, pasto, agrofloresta e cultivo 0,09-2,55 g-1 61 2,44- 1,84 A diversidade na área cultivada foi mais próxima da floresta, em ambas maior que no pasto e na agrofloresta Stürmer, e Siqueira, 2011 Brasil Dois tipos de cultivo orgânico, dois com fertilizantes minerais e um sem fertilizantes 7.9 – 14 g-1 19 do campo e 32 após a cultura armadilha 2,16- 2,51 Maior diversidade
nas áreas com tratamento orgânico
e menor nas áreas com fertilizantes
Oehl et al., 2004 Europa Central
2.6. Fungos Micorrízicos Arbusculares em Agrossistemas
Estudos sobre a ocorrência de FMA em agrossistemas no Nordeste foram iniciados por Almeida et al. (1987), os quais analisaram esporos em áreas cultivadas com leguminosa arbórea no Ceará. Posteriormente, Maia e Trufem (1990) realizaram trabalho sobre ocorrência de FMA em sete municípios do estado de Pernambuco, em cultivos de algodão arbóreo (Geossypium sp.), algodão herbáceo (Geossypium herbaceum L.), cará (Dioscorea campestris L.), feijão macassar (Vigna unguiculata L.), feijão mulatinho (Phaseolus vulgaris L.), mandioca (Manihot esculenta Crantz) e milho (Zea mays L.). Nesse estudo foram identificadas 24 espécies de FMA, com maior ocorrência na rizosfera
de milho. Em cultivos de citros nos estados da Bahia e Sergipe, Weber e Oliveira (1994) registraram a presença de 10 espécies de FMA, com predominância de Acaulospora. Em cultivos de banana (Musa sp. Cv. Pacovan) em Petrolina, PE, foram referidas 15 espécies de FMA (Melo et al., 1997), e em cultivos de goiabeira (Psidium guajava L.) também em Petrolina, PE, Campos (2009) encontrou 27 táxons de FMA. Em cultivo de nim (Azadirachta indica A. Juss), em Pernambuco, foram identificadas 49 espécies de FMA com maior riqueza no litoral (30) e menor no sertão (8) (Monte Junior, 2011).
O número de espécies de FMA identificadas em áreas de cultivo é variável e o tipo de cultivo também influência a ocorrência desses fungos. Em cultivos de café, no Paraná, foram registradas cinco espécies na rizosfera de cafeeiro adubado com crotalária (Crotalaria breviflora DC.) e sete na área de cafeeiro (Coffea arabica L.) sem adubo verde (Colozzi-Filho e Cardoso, 2000). Focchi et al. (2004) encontraram 26 espécies de FMA em cultivo orgânico e convencional de citros (Poncirus trifoliata L.), com maior riqueza na área com adubo orgânico. Em cultivo de macieira (Malus domestica Brokh), em Santa Catarina, Purin et al. (2006) encontraram 38 espécies de FMA, das quais 20 foram registradas no pomar convencional e 30 no pomar orgânico. De modo geral há maior riqueza de espécies em áreas com adubos orgânicos do que em cultivos recebendo aditivos químicos, pois os mesmos influenciam negativamente a ocorrência de FMA.
Os gêneros predominantes em áreas cultivadas são Acaulospora e Glomus que apresentam ampla distribuição em várias faixas de pH e tolerância a impactos agrícolas, por apresentarem tamanho reduzido dos esporos (Focchi et al., 2004; Campos, 2009; Monte Junior, 2011). Poucos representantes de Gigasporaceae são encontrados nesses ambientes, possivelmente devido à sensibilidade das espécies ao manejo agrícola (Tchabi
et al., 2008; Singh et al., 2008; Campos, 2009).
As monoculturas, por apresentarem apenas um hospedeiro, podem constituir ambientes de estresse para os FMA, selecionando espécies mais adaptadas a condições especificas, aumentando a densidade de glomerosporos, e reduzindo a diversidade. A rotação de culturas utilizando cultivos orgânicos e forrageiras aumenta a diversidade e diminui a densidade de glomerosporos, favorecendo o cultivo subsequente (Espíndola et
al., 1998; Moreira e Siqueira, 2006; Carrenho et al., 2010). Tendo em vista que os FMA
são influenciados pela comunidade vegetal à qual estão associados, e que a esporulação é favorecida na presença de gramíneas e leguminosas, trabalhos de diversidade nessas culturas devem ser ampliados a fim de se conhecer melhor essa comunidade (van der Heijden et al. 1998).
2.7. Feijão Caupi e Fungos Micorrízicos Arbusculares
Diversos estudos com feijão caupi e FMA, realizados desde a década de 1970, têm comprovado que a cultura é dependente dos FMA. Esses trabalhos demonstraram que a inoculação proporciona vários benefícios para as plantas de caupi tais como: melhor exploração do solo pelas hifas externas à raíz, maior absorção de nutrientes, principalmente fósforo, e maior crescimento devido à melhor nutrição, [Yost e Fox (1979), Bagyaraj e Manjunath (1980) e Islam et al. (1980) apud (Gueye et al., (1987)].
Em sistemas de rotação de cultura com milho e feijão caupi e diferentes níveis de irrigação com água salina, maior número de esporos foi encontrado quando era cultivado o feijão, com predominância de espécies de Glomus; as plantas de caupi também apresentaram altas taxas de colonização micorrízica (Bezerra et al., 2010).
Em experimento de casa de vegetação com feijão caupi em diferentes níveis de irrigação salina, Tavares et al. (2009) observaram que as plantas inoculadas com FMA apresentaram 48 % de colonização e foram mais tolerante à salinidade que as não micorrizadas.
Estudo comparativo entre genótipos de feijão caupi demonstrou que a capacidade de fixação de N e colonização micorrízica (43 a 57 %) variaram entre diferentes genótipos de feijão caupi e os autores sugeriram que o mais eficiente com relação à fixação biológica de nitrogênio e colonização micorrízica, deveriam ser recomendados para plantio em áreas com baixa disponibilidade de N e P solúveis no solo (Fernandes et al., 2008).
Silva et al. (2009) comprovaram em experimento com solo proveniente de diferentes sistemas de uso na região do Alto Solimões, na Amazônia, o elevado grau de micotrofismo do caupi, com efeitos positivos da colonização micorrízica sobre a produção de biomassa em relação ao controle não inoculado, sugerindo que uma ampla diversidade de FMA é capaz de colonizar o feijão caupi.
Estudo para identificação de FMA por meio de cultura armadilha demonstrou que plantas de sorgo Sorghum sudanense (Stapf) e caupi são mais eficientes do que Brachiaria
decumbens (Stapf) e Neonotonia wightii Am.(Lackey) como iscas para a recuperação de espécies em amostras de campo (Leal et al., 2009), comprovando a capacidade micotrófica do caupi.
2.8. Adubos Orgânicos e Fungos Micorrízicos Arbusculares
A introdução de adubos orgânicos de origem animal ou vegetal como substratos agrícolas pode influenciar os micro-organismos do solo, entre os quais os FMA, e essa influência pode ou não ser benéfica; dessa forma, é importante conhecer a interação desses substratos na atividade e diversidade desses fungos.
A presença de esterco bovino pode ter efeitos positivos na atividade dos FMA: aumentando a taxa de colonização micorrízica e número de glomerosporos (Muthukumar e Udaiyan, 2002), melhorando a eficiência simbiótica (Tristão et al., 2006), contribuindo para a produção de proteínas do solo relacionadas a glomalina (Dai et al., 2013), ou favorecendo a população de FMA com maior riqueza e diversidade de espécies (Sousa et
al., 2012; Dai et al., 2013). A interação entre FMA e esterco bovino também aumenta os
benefícios para a cultura associada (Wang et al., 2012).
No entanto, esses benefícios são dependentes da dose de esterco utilizada, uma vez que sua utilização em altas concentrações (30 %) pode reduzir a colonização micorrízica (Trindade et al., 2000) ou causar diminuição do micélio externo (Dai et al., 2013). Por outro lado, a adição do esterco pode não ter influência na atividade dos FMA, sendo os resultados dependentes do tipo de esterco e da cultura associada (Sha et al., 2012).
Trabalhos utilizando substrato como fibra de coco e FMA têm sido realizados, porém estão restritos a experimentos com inoculação de espécies, em casa de vegetação, sem observar respostas em campo (Silva Junior et al., 2006, 2010; Monteiro et al., 2009).
Em experimento com melão (Cucumis melo L.) e substrato de pó de coco, Silva Junior et al. (2006) observaram que os melhores resultados de colonização e crescimento vegetal foram encontrados nas proporções abaixo de 20 % do substrato; valores elevados do pó de coco restringiram o crescimento vegetal e a colonização micorrízica, com menor incorporação de carbono pelos micro-organismos. Plantas cultivadas com substrato de pó de coco puro ou em concentrações elevadas (100 % e 80 %) não conseguem se estabelecer e desenvolver adequadamente. Em trabalho subsequente, Silva Junior et al. (2010) observaram os efeitos de diferentes concentrações de substrato com pó de coco seco e verde na colonização micorrízica arbuscular e no desenvolvimento de mudas de melão; níveis medianos (30 % v:v) de pó de coco foram suficientes para uma boa produção de melão e maior colonização micorrízica e, como nos outros trabalhos, em altas concentrações (70 % v:v) de adubo o crescimento do melão foi limitado.
Em cultivo de pimentão (Capsicum annuum L.) utilizando como substratos pó de coco seco e verde, além de inoculação com FMA (Glomus clarum, Glomus intraradices e
Gigaspora margarita), Monteiro et al. (2009) verificaram influência do adubo na absorção
de nutrientes pelas plantas. Os maiores valores de crescimento vegetal e teores de zinco e fósforo foram encontrados nas plantas inoculadas e nos tratamentos abaixo de 20 % de fibra de coco. Foi observado ainda que o pó de coco verde limitou o desenvolvimento da planta, principalmente em elevadas concentrações (100 %).
Estudos que visem observar a relação dos FMA com a cultura estudada e outros fatores como substratos orgânicos para conhecer os impactos dessas práticas sobre a atividade e diversidade de FMA são indispensáveis para o desenvolvimento de estratégias de conservação ambiental e biotecnologia para agricultura sustentável.
3. DIVERSIDADE DE FUNGOS MICORRÍZICOS ARBUSCULARES (FMA) EM SOLOS CULTIVADOS COM FEIJÃO-CAUPI [VIGNA UNGUICULATA (L.)
WALP.] UTILIZANDO FIBRA DE COCO COMO COBERTURA MORTA, PRÁTICAS AGRÍCOLAS SUSTENTÁVEIS EM CONDIÇÕES SEMI-ÁRIDAS
Resumo
O feijão caupi é amplamente cultivado na região Nordeste do Brasil, constituindo a base da alimentação humana e animal. O emprego de substratos orgânicos como a fibra de coco e esterco bovino e micro-organismos promotores de crescimento como fungos micorrízicos arbusculares (FMA) podem ser alternativas para maximizar a produção e minimizar os impactos agrícolas. Os objetivos deste trabalho foram: ampliar o conhecimento sobre os FMA na Caatinga e em cultivo de caupi, determinando se a adição de substratos ao solo influencia a diversidade desses fungos. Amostras de solo foram coletas em seis áreas, em Petrolina, PE: (1) área de Caatinga; (2) área de pousio, antes do cultivo; (3, 4, 5, 6) e depois cultivadas com caupi recebendo doses (0, 12, 24, 48 t ha-1) de fibra de coco como cobertura. Todos os cultivos receberam 10 t ha-1 de esterco bovino. Avaliaram-se: riqueza, frequência e diversidade de espécies. Foram registrados 61 táxons de FMA com predominância de Glomus e Acaulospora. A área de Caatinga apresentou maior riqueza de espécies (42), e os índices de diversidade foram similares entre as áreas estudadas. O cultivo e os substratos utilizados favoreceram a riqueza e a diversidade de FMA em comparação com a área de pousio. A diferença nas comunidades de FMA entre a área natural e a cultivada retrata a sensibilidade e/ou a adaptação de algumas espécies às práticas agrícolas.
Palavras-chave: micorriza arbuscular, adubação orgânica, solo, agricultura.
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INTRODUÇÃO
Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) pertencem ao Filo Glomeromycota (Schüβler et al., 2001), formam simbiose mutualista com representantes de 90 % das famílias de plantas vasculares. Nessa associação o fungo aumenta a área de absorção das plantas por meio das hifas que percorrem o solo, auxiliando no aporte de nutrientes minerais e água, enquanto o vegetal fornece ao fungo carboidratos obtidos pela a fotossíntese (Smith e Read, 2008).
Entre as funções específicas e importantes desempenhadas pelos FMA e que contribuem para o desenvolvimento do hospedeiro estão aumento da tolerância a estresses abióticos como salinidade, baixa disponibilidade de água, presença de metais pesados, e também a estresses bióticos ocasionados por fitopatógenos; Assim, a planta micorrizada apresenta menor incidência de doenças e sofre menos danos(Siqueira et al., 2010).
A diversidade de FMA ainda é pouco conhecida, sendo registradas cerca de 230 espécies, distribuídas em 15 famílias e 31 gêneros (Oehl et al., 2011; Goto et al., 2012). Estudo baseado na morfologia dos esporos de Glomus estimou a existência de aproximadamente 2.000 espécies, apenas para esse gênero (Morton et al., 1995). Outros estudos relacionando a riqueza de plantas e de FMA estimam que a diversidade do Filo possa variar de 37.000 a 78.000 espécies (Souza et al., 2008). Considerando a importância desses fungos nos ecossistemas terrestres, os resultados das investigações sobre a diversidade em áreas naturais e/ou cultivadas podem fornecer dados para orientar políticas públicas de preservação e manutenção desses importantes recursos biológicos. Além disso, os dados podem indicar possíveis isolados eficazes para o aumento da produtividade agrícola.
Entre as culturas de importância para Brasil destaca-se a de feijão caupi [Vigna
unguiculata (L.) Walp.]. O país é o terceiro maior produtor mundial e essa leguminosa
vem sendo amplamente cultivada na região Nordeste devido às características adaptativas a condições adversas, tolerância a altas temperaturas e salinidade e baixa disponibilidade de água (Sousa, 2006). Nessa região a cultura é a base da alimentação humana, sendo o feijão consumido na forma de grãos secos, verdes além de vagem, enquanto ramos e folhas são utilizados na alimentação animal, como grãos e forragem (Silva e Freire Filho et al., 1999). Estudos de inoculação com FMA em feijão caupi têm demonstrado maior biomassa e alta colonização das plantas, mas não há informações sobre espécies de FMA que colonizam naturalmente essa cultura (Fernandes et al., 2008; Tavares et al., 2009).
