ÍNDICES DE AGREGAÇÃO E
ATRIBUTOS
QUÍMICOS DO SOLO SOB SISTEMAS DE CULTIVO
DE CEBOLA EM SUCESSÃO OU ROTAÇÃO DE
CULTURAS
Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Mestre em Agroecossistemas
Orientador: Prof. Dr. Arcângelo Loss Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Brunetto
Florianópolis 2019
Universitária da UFSC.
Giumbelli, Lucas Dupont
Índices de Agregação e Atributos Químicos do Solo Sob Sistemas de Cultivo de Cebola em Sucessão ou Rotação de Culturas / Lucas Dupont Giumbelli ; orientador, Arcângelo Loss, coorientador, Gustavo Brunetto, 2019.
97 p.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas, Florianópolis, 2019.
Inclui referências.
1. Agroecossistemas. 2. Sistema de plantio direto da cebola. 3. Plantas de cobertura. 4. Abundância natural de 15N. 5. Macro e
microagregados. I. Loss, Arcângelo . II. Brunetto, Gustavo. III. Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas. IV. Título.
Aos meus pais, que apesar de estarem longe, se fazem presentes sempre me dando suporte e força para seguir em frente com os meus estudos, e a toda a minha família que sempre me ajuda a recarregar as baterias quando estamos juntos.
Aos professores Arcângelo Loss, Cledimar Rogério Lourenzi, Jucinei José Comin e Paulo Emílio Lovato, pelas conversas e conselhos que ajudam a nos tornarmos não só melhores pesquisadores, mas também melhores cidadãos. Principalmente ao professor Arcângelo Loss que me orientou desde o início da minha entrada no laboratório de ciência do solo, na terceira fase da graduação em agronomia, me iniciando em todas as práticas laboratoriais e sempre muito paciente e atencioso para passar o seu conhecimento.
Aos colegas do Núcleo de Ensino Pesquisa e Extensão em Agroecologia (NEPEA-SC) e de laboratório: Thiago Stakowski Santos, Bárbara Santos Ventura, Guilherme Wilbert Ferreira, Monique Souza, Vilmar Müller Júnior, Andria Paula Lima, Cremildo Francisco, Talita Trapp, Fernanda Kokowicz Pilatti, dentre tantos outros que contribuíram para o meu crescimento e acabaram por se tornar uma segunda família, auxiliando nos dilemas tanto do dia a dia durante nossas pesquisas, como também na vida pessoal dando conselhos e ajudando a clarear as ideias quando necessário.
Ao Programa de Pós-graduação em Agroecossistemas (PGA), por contar com Mestres e Doutores de extrema excelência e capacitados a nos mostrar formas diferentes do jeito que fazemos agricultura atualmente, e que nos levam a enxergar que agricultura não é apenas o grande produtor de milho e soja, mas também o agricultor familiar que merece maior atenção de nosso governo e profissionais da área.
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de mestrado, que me possibilitou a dedicação exclusiva a essa pesquisa.
A cebola (Allium cepa) é uma hortaliça amplamente utilizada na alimentação humana, e em Santa Catarina ainda utiliza-se muito o sistema de preparo convencional (SPC) do solo para o seu cultivo, com intenso revolvimento do solo, uso de adubos altamente solúveis e agrotóxicos, degradando os solos, fazendo com que se buscasse como alternativa de manejo o sistema de plantio direto (SPD). O objetivo geral do trabalho foi avaliar o efeito de diferentes plantas de cobertura nos índices de agregação e nas frações da matéria orgânica do solo (MOS), sob sistemas de cultivo de cebola em sucessão ou rotação de culturas em Ituporanga, SC. Coletaram-se amostras indeformadas e deformadas de solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm, dos tratamentos: T1-SPD – sucessão de milho e cebola, T2- rotação comercial e cebola bienal, T3- SPD-milho e cebola bienal, T4-SPD- SPD-milho-mucuna e cebola bienal, T5-SPD-gramíneas de cobertura e cebola anual, T6- leguminosas de cobertura e cebola anual, T7- SPC (sucessão milho/cebola), T8-SPD-consórcio de cobertura e cebola anual. Obtendo então os macro e microagregados e a terra fina seca ao ar (TFSA). Os manejos em SPD, em geral, elevam o diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados, assim como a massa de agregados de maior tamanho nas camadas de 0–5 e 10–20 cm se comparados ao SPC, onde predominam mesoagregados (0-5 cm) e microagregados (10-20 cm). A utilização de SPD com plantas de coberturas da família Poaceae e Fabaceae tanto solteiras quanto consorciadas no cultivo da cebola, aumentou os teores de COT, NT e frações particuladas do C e do N nas camadas 0–5 e 5–10 cm do solo se comparados ao SPC. O consórcio de plantas de cobertura em T8 foi mais eficiente se comparado aos outros tratamentos em SPD com plantas de cobertura de diferentes famílias, para elevar os teores de COp e COam tanto na TFSA como nos agregados na camada de 10–20 cm. Os tratamentos com a presença de leguminosas foram os mais eficientes para elevar os teores de NP e o Nam na camada de 0-5 cm. O uso da abundância natural de 15N permitiu inferir que nos microagregados de todos os tratamentos e camadas avaliadas, o C e N são mais protegidos em comparação aos macroagregados e TFSA. O uso de plantas de cobertura no SPD melhora a qualidade do solo em comparação ao SPD sem plantas de cobertura (T1) e principalmente ao SPC (T7).
Palavras-chave: Sistema de plantio direto da cebola; Sistema de preparo convencional; Plantas de cobertura; Abundância natural de 15N; Macro e microagregados.
The onion (Allium cepa) is a species of the Amaryllidaceae family widely used in human consumption, in Santa Catarina the conventional tillage system (CTS) is used in the cultivation of the onion, with intense plowing, use of highly soluble fertilizers and pesticides, degrading the soils, making it necessary to seek as alternative management the no-tillage system (NTS). The aim of this study was to evaluate the effect of different cover crops on the aggregation indexes and soil organic matter (SOM) fractions, under onion culture systems in succession or crop rotation in Ituporanga, SC. Undisturbed and deformed soil samples were collected in the 0-5, 5-10 and 10-20 cm layers of the treatments: T1- NTS- succession of corn and onion, T2- NTS- comercial rotation and biennial onion, T3- NTS- corn and biennial onion , T4- NTS- corn-mucuna and biennial onion, T5- NTS- annual cover with grasses and annual onion, T6- NTS- annual cover with vegetables and annual onion, T7- CTS (corn/onion succession), T8- NTS- cover crop consortium and annual onion. From the collected samples the macro and microaggregates were obtained and the air dry thin earth (ADTE). NTS managements generally increase the geometric mean diameter (GDM) of aggregates, as well as the mass of larger aggregates in the 0-5 and 10-20 cm layers when compared to the CTS, where predominate mesoaggregates (0- 5 cm) and microaggregates (10-20 cm). The use of NTS with single and intercropping plants of the family Poaceae and Fabaceae in onion cultivation increased TOC, TN and particulate fractions of C and N in the layers 0-5 and 5-10 cm of the soil if compared to the CTS. The T8 cover crops consortium was more efficient when compared to the other treatments in NTS with cover crops of different families, to raise the COp and COam levels in both the ADTE and the aggregates in the 10-20 cm layer. The treatments with the presence of leguminous plants were the most efficient to elevate the contents of NP and Nam in the 0-5 cm layer. The use of the natural abundance of 15N allowed to infer that in the microaggregates of all treatments and layers evaluated, the C and N are more protected in comparison to macroaggregates and ADTE. The use of cover crops in NTS improves soil quality compared to CTS without cover crops (T1) and mainly to CTS (T7).
Keywords: Onion tillage system; Conventional tillage system; Covering plants; natual abundance of 15N; Macro and microaggregates.
Figura 1. Diâmetro médio geométrico (DMG), em mm, dos agregados do solo submetido a diferentes manejos e plantas de cobertura em Ituporanga, SC. ... 45 Figura 2. Distribuição da massa de agregados (g) por classes de diâmetro (Macroagregados, Mesoagregados e Microagregados) sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 47
Tabela 1. Tratamentos implantados na rotação de culturas para cultivo de cebola sob manejo conservacionista do solo, de 2007 a 2010, Ituporanga, SC. ... 36 Tabela 2. Tratamentos implantados na rotação de culturas para cultivo de cebola sob manejo conservacionista do solo, de 2011 a 2014, Ituporanga, SC. ... 38 Tabela 3. Produtividade (Prod.) da matéria seca (MS) da parte aérea das plantas de cobertura, da vegetação espontânea e do milho, sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas no ano de 2016. ... 40 Tabela 4. Média de produtividade de bulbos de cebola entre as safras de 2011 até 2016, sob SPD e SPC de cebola com rotação e sucessão de culturas. ... 40 Tabela 5. Carbono orgânico total (COT) e Nitrogênio total (NT) do solo sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 51 Tabela 6. Carbono orgânico particulado (COP) e carbono orgânico associado a minerais (COam) sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 57 Tabela 7. Nitrogênio particulado (NP) e Nitrogênio associado a minerais (Nam) sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 63 Tabela 8. Massa da MOL e teores de Carbono (C), Nitrogênio (N) e relação C/N da MOL sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 68 Tabela 9. Abundância natural de 13C (‰) e 15N (‰) no solo sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas e plantas de cobertura, Ituporanga, SC. ... 72
1 INTRODUÇÃO ... 17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19
2.1 Produção de Cebola ... 19
2.2 Sistema plantio direto (SPD) e sistema de preparo convencional (SPC) no cultivo da cebola: influência nos atributos físicos e químicos do solo ... 19
2.3 Agregação do solo ... 21
2.4 Plantas de cobertura: importância e influência nos atributos edáficos ... 24
2.5 Dinâmica do carbono e nitrogênio no solo ... 26
2.5.1 C e N das frações granulométricas da MOS ... 28
2.5.2 C e N da abundância natural de isótopos estáveis ... 29
3 HIPÓTESES ... 31
4 OBJETIVOS ... 33
4.1 Objetivo geral ... 33
4.2 Objetivos específicos ... 33
5 MATERIAL E MÉTODOS ... 35
5.1 Localização, caracterização da área de estudo e planejamento do experimento ... 35
5.2. Dados de matéria seca de plantas de cobertura e de produtividade de cebola ... 39
5.3 Coletas de solo e análises a serem realizadas ... 41
5.3.1 Análises físicas ... 41
5.3.1.1 Estabilidade dos agregados ... 41
5.3.2 Análises químicas ... 41
5.3.2.1 Carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) ... 42
5.3.2.2 Fracionamento granulométrico da MOS ... 42
5.3.2.3 Matéria orgânica leve em água (MOL) ... 42
5.3.2.4 Determinação da abundância natural de 13C e 15N ... 43
6.3 Carbono orgânico Total (COT) e Nitrogênio Total (NT) ... 50
6.3.1 COT na TFSA, macro e microagregados ... 50
6.3.2 NT na TFSA, macro e microagregados ... 54
6.4 Carbono orgânico particulado (COp) e associado aos minerais (COam). ... 56
6.4.1 COp na TFSA e nos macroagregados ... 56
6.4.2 COam na TFSA e nos macroagregados ... 60
6.5 Nitrogênio particulado e Nitrogênio associado a minerais. ... 62
6.5.1 NP na TFSA e nos macroagregados... 62
6.5.2 Nam na TFSA e nos macroagregados ... 66
6.6 Conteúdo de matéria orgânica leve (MOL) e teores de C e N da MOL. ... 68
6.6 Abundância natural de carbono (δ13C) e nitrogênio (δ15N) na TFSA, macro e microagregados do solo ... 71
6.6.1 δ13C ... 71
6.6.2 δN15 ... 75
7 CONCLUSÕES ... 77
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 79
1 INTRODUÇÃO
A cebola (Allium cepa) é uma espécie da família Amaryllidaceae amplamente utilizada na alimentação humana (SOUZA & LORENZI, 2012). Esta hortaliça é cultivada em todo o mundo em cerca de 9,2 milhões de hectares distribuídos ao redor do globo, sendo a China, a Índia e os EUA os principais países produtores do mundo. O Brasil se encontra na nona posição em volume de produção de cebola (THE DAILY RECORDS, 2019). De modo que, a estimativa de produção nacional em 2017 foi de 1,72 milhões de toneladas, diminuindo para 1,66 milhões de toneladas de cebola em 2018, o que pode estar associado a falta de chuva em período crítico de desenvolvimento da cultura, levando a formação de bulbos de menor diâmetro (IBGE, 2018).
O estado de Santa Catarina (SC) destaca-se como o maior produtor nacional, com uma produção estimada de 630 mil toneladas em uma área de mais de 20 mil hectares no ano de 2017 (SEAP, 2017). Neste estado, a produção de cebola predomina no Alto Vale do Itajaí, com ênfase para o município de Ituporanga, sendo o maior produtor nacional da cultura (MENEZES JUNIOR et al., 2013; ACATE, 2014). Tradicionalmente em Santa Catarina utiliza-se o sistema de preparo convencional (SPC) do solo no cultivo da cebola, com intenso revolvimento, uso de adubos altamente solúveis e agrotóxicos, fato este que culminou com a degradação dos atributos físicos, químicos e biológicos desses solos, fazendo com que se buscasse como alternativa de manejo do solo, o sistema de plantio direto (SPD) (LUCIANO et al., 2010; LOSS et al., 2015; COMIN et al., 2018).
Com o uso de práticas como o revolvimento mínimo do solo, rotação ou sucessão de culturas, consórcio de espécies vegetais, adubação verde e plantas de cobertura, o SPD proporciona, principalmente, o incremento dos teores de matéria orgânica do solo (MOS). Esta, por sua vez, influencia na disponibilidade de nutrientes, na capacidade de troca catiônica, na complexação de elementos tóxicos e micronutrientes, na infiltração e na retenção de água, na aeração, na atividade e biomassa microbiana do solo e na agregação do solo (LIU et al., 2005; HOORMAN, 2009; LOSS et al., 2009 a,b, 2015; COUTINHO et al., 2010; VEZZANI & MIELNICZUK, 2011; TIVET et al., 2013; FERREIRA et al., 2018). Diferentes combinações de plantas de cobertura em sucessão ou rotação no cultivo da cebola sob SPD, se comparados a cultivo em SPC, diminuem os teores de carbono e nitrogênio total, assim como da agregação no SPC (COMIN et al. 2018).
Em relação à agregação do solo, esta pode ser dividida em três classes de agregados, conforme o seu diâmetro: Ø ≥ 2,0 mm (macroagregados); 2,0 > Ø ≥ 0,25 mm (mesoagregados) e Ø < 0,25 mm (microagregados). Essa divisão por classes de tamanho tem por objetivo facilitar a compreensão de como se comportam os agregados no solo, todavia, ainda são necessárias mais informações sobre qual dessas classes de agregados é responsável pelo maior acúmulo de carbono (C) e nitrogênio (N), assim como o uso e o manejo do solo são decisivos nesse processo (FABRIZZI et al., 2009; FERNÁNDEZ et al., 2010; COSTA JUNIOR et al.,2012; LOSS et al., 2014a, FERREIRA et al., 2018).
Considerando as classes de agregados, são suscetíveis aos distúrbios físicos do solo os macro e microagregados, porém apenas nos mesoagregados é que se refletem as diferenças na dinâmica da MOS sob diferentes sistemas de manejo do solo (FERNÁNDEZ et al., 2010). Assim, as pesquisas existentes não elucidam todos os questionamentos relacionados aos mecanismos de proteção e a sensibilidade frente às mudanças impostas pelo manejo do solo sobre a agregação e as frações da MOS (FABRIZZI et al., 2009; FERNÁNDEZ et al., 2010; COSTA JUNIOR et al., 2012; LOSS et al., 2014a). Além disso, o uso de diferentes plantas de coberturas, tais como gramíneas, brássicas, leguminosas, solteiras ou consorciadas em rotação e sucessão de culturas, também pode influenciar na formação dessas classes de agregados, assim como na dinâmica das frações da MOS contida nestes agregados (COMIN et al., 2018; FERREIRA et al., 2018).
Neste sentido, o preparo periódico do solo na sucessão milho/cebola no SPC reduz o teor de C e N, na camada superficial do solo em comparação aos tratamentos com sucessão e rotação com cebola em SPD (COMIN et al., 2018). Esse efeito negativo sobre a qualidade do solo está associado à redução na estabilidade de agregados, em especial pelo decréscimo da proporção de macroagregados. Os autores também relataram que os sistemas de manejo do solo que não fazem uso de plantas de cobertura reduziram os teores de C e a massa de macroagregados estáveis em água, assim como aumentaram a quantidade de microagregados, na camada superficial do solo.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Produção de Cebola
O gênero Allium, do qual faz parte a cebola (Allium cepa L.), é de grande importância econômica, englobando mais de 600 espécies, incluindo hortaliças e plantas ornamentais, em que sua maioria são bulbosas, embora a estrutura subterrânea de reserva seja muito variada, incluindo também rizomas e raízes (OLIVEIRA & BOITEUX, 2003). A produção mundial de cebola está distribuída entre 170 países e foi de aproximadamente 97,86 milhões de toneladas em 2017 (STATISTA, 2017).
A cebola é considerada a terceira cultura olerácea de importância econômica no Brasil, ficando atrás, do tomate e da batata. Portanto a cebolicultura é uma atividade socioeconômica de significativa relevância para os estados de Santa Catarina, Bahia, São Paulo e Rio Grande do Sul, nos quais se concentram aproximadamente 70% da produção nacional (EPAGRI, 2013).
De acordo com o Anuário Brasileiro de Hortaliças de 2017 mais de um terço de toda a produção brasileira de cebola é colhida em Santa Catarina (ABH, 2017). A produção estadual apontada foi de 630 mil toneladas em uma área de mais de 20 mil hectares para 2017 (SEAP, 2017). Dessa forma, o cultivo da cebola é importante tanto para a parte social, quanto a econômica do estado, de modo que a produção de cebola está ligada a geração de inúmeros empregos, suprindo a necessidade de renda do agricultor familiar no meio rural da região.
2.2 Sistema plantio direto (SPD) e sistema de preparo convencional (SPC) no cultivo da cebola: influência nos atributos físicos e químicos do solo
O SPD de cebola caracteriza-se pelo revolvimento restrito à linha de plantio, assim faz-se o transplante das mudas de cebola através de abertura de sulcos com profundidade de 10 cm conservando a matéria seca, oriunda de plantas de cobertura, no restante da área (EPAGRI, 2013). Nessa forma de cultivo existem diversas vantagens como a preservação da estrutura do solo, diminuição da perda de água por evaporação, aumento da infiltração e retenção da água no solo, favorecimento no crescimento de raízes, diminuição do processo de erosão, melhor controle de plantas invasoras, além de incrementos nos teores de MOS e na atividade biológica (LOSS et al., 2015; Costa Junior et al., 2012; TIVET et al., 2013; COMIN et al., 2018).
Durante o desenvolvimento inicial da cebola em sistemas de cultivos sem cobertura do solo, as plantas cobrem apenas uma pequena parte do solo. Dessa forma, a evaporação da água do solo acaba sendo maior. No entanto, a evapotranspiração da cultura pode ser reduzida em até 25% no estágio inicial, e entre 5 e 10% durante a fase de desenvolvimento máxima para uma condição de 50% da cobertura do solo superficial com resíduos vegetais (MAROUELLI et al., 2010).
Outras práticas conservacionistas que são utilizadas no SPD, tais como a rotação ou sucessão de culturas, consórcio de espécies vegetais, adubação verde e uso de plantas de cobertura podem favorecer as propriedades físicas, químicas e biológicas do solo cultivado com a cebola, com ênfase para o aumento dos teores de MOS (LUCIANO et al., 2010; EPAGRI, 2013; SILVA et al., 2014; LOSS et al., 2015; COMIN et
al., 2018; FERREIRA et al., 2018).
No SPD da cebola, devido a mobilização do solo ser restrita as linhas de plantio e associado ao uso de plantas de cobertura em rotação ou sucessão de culturas, tem-se um ambiente edáfico favorável à manutenção da fertilidade do sistema ao longo do tempo, o que é um ponto que pode acarretar na redução do uso de fertilizantes de síntese química (KIELING et al., 2009; SOUZA et al., 2013; FAYAD et al., 2013). Loss et al. (2017) comparando a qualidade física de um Cambissolo Húmico manejado em sistema de plantio direto de hortaliças (SPDH) e SPC com a uma área de floresta secundária, constataram que o SPDH aumentou os índices de agregação do solo em relação ao SPC e equiparou-se aos valores observados na área de floresta secundária. A manutenção e, ou, aumento da estabilidade dos agregados do solo é importante, pois dessa forma, se elevam a porosidade total e umidade volumétrica, melhorando a retenção de água e os nutrientes no solo (LOSS et al., 2017).
Todavia, em Santa Ccatarina ainda há grandes áreas com cultivo de cebola em SPC (MADEIRA & OLIVEIRA, 2005; EPAGRI, 2013). Esse tipo de sistema tem como princípios o revolvimento do solo com uma aração, seguida de duas gradagens e escarificação ou enxada rotativa, a uma profundidade de 20 a até 40 cm, antes do transplante das mudas de cebola (EPAGRI, 2013).
Devido aos contínuos distúrbios na camada de 0 – 20 cm do solo, o SPC acaba por potencializar a erosão do solo nessas áreas, destruindo a estrutura do solo, o que ocasiona queda da porosidade total e perdas da capacidade de retenção de água e nutrientes (PANACHUKI et al., 2011; LOSS et al., 2017; SOUZA et al., 2013). Dessa forma, o uso do SPD acaba por ser uma boa alternativa como manejo conservacionista e que
preserva as características físicas do solo (LOSS et al., 2015, 2017; COMIN et al., 2018).
De acordo com o estudo de Pires et al. (2017), que avaliaram por meio de análises micromorfológicas e tomografia computadorizada as modificações na estrutura de um Latossolo Vermelho cultivado em SPD e SPC; no SPC tem-se uma menor conectividade entre os poros, assim como predominam poros mais arredondados, diferente do observado no SPD, onde se encontra conectividade entre os poros, os quais são de tamanhos mais complexos, o que favorece a transmissão da água e difusão dos gases.
Em outro estudo sobre o efeito do SPC em comparação ao SPD sobre os teores de carbono orgânico em solo cultivado com cebola, Loss
et al. (2015) verificaram que no SPC da cebola por 37 anos, os teores de
carbono na camada de 0-5 cm foram, em média, 25% menores que no SPD com o uso de plantas de coberturas solteiras ou consorciadas por cinco anos.
Em trabalho avaliando o efeito de matéria seca das plantas de cobertura, aveia preta, centeio, nabo-forrageiro, nabo-forrageiro + centeio e nabo-forrageiro + aveia preta, sobre a produção e os atributos químicos do solo em sistema plantio direto de cebola, Souza et al. (2013) observaram aumento nos teores K trocável e P disponível após dois anos da implantação do experimento, atribuindo isso a ciclagem de nutrientes e manutenção da fertilidade do solo proporcionados pelas plantas de cobertura.
Em experimento mensurando a liberação de diferentes formas de fósforo de plantas de cobertura cultivadas solteiras ou consorciadas em SPD de cebola, Oliveira et al. (2017) verificaram maior acumulo nos tecidos e liberação no solo da fração solúvel inorgânica do P, proveniente das plantas de cobertura se comparados a plantas espontâneas.
2.3 Agregação do solo
Além da correção do pH do solo e fertilidade adequada conforme a cultura implantada, uma das qualidades que devem ser buscadas para solos agrícolas é que este tenha uma boa agregação, pois assim as potencialidades do solo podem ser exercidas da melhor forma, tendo em vista que a agregação do solo influencia em diversos outros fatores, tais como: retenção de umidade e água disponível, proteção e oclusão da matéria orgânica, redução da erosão do solo, retenção de nutrientes, aeração e porosidade (VEZZANI & MIELNICZUK, 2011; LOSS et al., 2015; SILVA et al., 2014).
A agregação do solo vem sendo estudada há vários anos, de modo que no ano de 1900 os pesquisadores já indicavam que os fatores preponderantes para a formação de agregados são a fauna do solo, os microrganismos do solo, raízes, agentes ligantes inorgânicos e variáveis do ambiente. Dentro das variáveis do ambiente cabe destacar a influência dos resíduos orgânicos, que após a sua decomposição aumentam o acúmulo de nutrientes e matéria orgânica nas camadas mais superficiais do solo, melhorando a agregação do solo (SIX et al., 2004; MARTIN et
al., 1955).
Six et al. (2004) compilaram vários trabalhos que tratam das vias de formação dos agregados do solo, com destaque para o de Edwards & Bremner (1967), que estabeleceram que a formação dos agregados se dá principalmente a partir de ligações Ar-MP-MO, onde Ar são as partículas de argila, MP são os metais polivalentes (Al, Fe, Ca) e MO é a matéria orgânica que atua formando os complexos organometálicos.
O conceito de hierarquia dos agregados, que foi criado por Tisdall & Oades (1982), é considerado uma das principais teorias para o entendimento de como os agregados se formam e se dispõem no solo. Esse conceito estabelece que diferentes agentes ligantes influenciam em estágios diferentes da agregação, sendo os microagregados (20–250 µm) unidos a partir de óxidos, MO humificada e alumino-silicatos desordenados, e quando agregados dessa classe são unidos por hifas de fungos, raízes, microrganismos e polissacarídeos, acabam por formar os macroagregados (>250µm), podendo também os microagregados se formarem a partir da decomposição dos agentes cimentantes que os tornaram macroagregados (OADES, 1984).
Golchin et al. (1994 a, b) realizaram estudos focados no entendimento de como a adição de cobertura no solo pode influenciar na formação de agregados, estabelecendo assim que quando esse tipo de material é adicionado ao solo os microrganismos são estimulados a produzirem agentes cimentantes, devido ao aporte de carbono que as plantas em decomposição fornecem. Somando a atividade de raízes com o uso de cobertura do solo, tem-se um ambiente favorável a agregação do solo, pois esses fatores estimulam o crescimento microbiano e de fungos, que por sua vez produzem polissacarídeos e proteínas, como a glomalina, que elevam a coesão das partículas do solo e aumentam a agregação (CARRIZO et al., 2015).
Cabe destacar que os diferentes tipos de manejo do solo afetam a formação e permanência dos agregados no solo, de modo que em sistemas de cultivos sem revolvimento e com presença constante de cobertura no solo, como ocorre no SPD, acabam por favorecer a estabilidade dos
agregados e aumentar o sequestro de carbono na camada de 0 – 30 cm do solo (SHEEHY et al., 2015). De acordo com Kahlon et al. (2013), áreas sob cultivo sem revolvimento, além de preservar os agregados do solo, ainda permitem maior incremento e proteção de C e N, se comparados a sistemas de uso do solo que utilizam o revolvimento do solo, a exemplo do SPC.
Liu et al. (2014) fizeram estudos sobre a agregação do solo em áreas de cultivo agrícola com a cultura do trigo, áreas com vegetação natural sem interferência antrópica e diferentes áreas de florestas arbustivas, concluindo que a formação dos agregados está associada ao acúmulo de carbono orgânico no solo (COS), sendo que as áreas que apresentaram maiores teores de COS apresentaram maiores proporções de macroagregados em comparação aos microagregados, e estes predominaram nos tratamentos que apresentam ação antrópica.
Dentre as classes de agregados do solo, macro, meso e microagregados, os microagregados oferecem maior proteção do C e N do solo, e os macro e mesoagregados são mais sensíveis para indicar mudanças decorrentes do manejo do solo, tal como ocorre entre SPC e SPD (COSTA JUNIOR et al., 2012).
Bottinelli et al. (2017) avaliaram a dinâmica da estabilidade dos agregados em um Cambissolo Húmico sobre diferentes revolvimentos (1) arado de aiveca a 25 cm e enxada rotativa a 7 cm de profundidade, (2) preparo superficial até 12 cm de profundidade, (3) sem revolvimento do solo, e práticas de adubação (1) nitrogênio aplicado na forma de nitrato de amônio, (2) esterco de aves suplementado com fertilizantes minerais quando necessário, combinando esses dois fatores para formar seis tratamentos, obtendo como resultado que o acúmulo de carbono orgânico juntamente com o não revolvimento do solo resultam em maior estabilidade dos agregados do solo.
De acordo com Sodhi et al. (2009), em seu estudo avaliando o efeito da cobertura do solo apenas com resíduos vegetais de arroz, ou combinando o resíduo com fertilizantes inorgânicos no cultivo de trigo, sobre a distribuição e o tamanho de agregados em solos arenosos, observaram que a aplicação dessa cobertura eleva a estabilidade dos agregados assim como aumenta as quantidades de carbono sequestradas, principalmente por macroagregados.
Em outro estudo, Loss et al. (2011) avaliaram a distribuição dos teores de carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT) e a abundância natural de 13C e 15N dos agregados de um Latossolo Vermelho sob sistema plantio direto (SPD) com integração lavoura-pecuária (ILP), em comparação à uma área em SPD sem ILP e uma área de Cerrado
natural, e observaram aumento dos teores de COT e NT dos agregados na camada de 0-5 cm no sistema de ILP em comparação ao SPD. E teores de C e N foram maiores nos macroagregados em comparação aos microagregados.
No trabalho de Ferreira et al. (2018) foram avaliados os efeitos do uso de plantas de cobertura em sucessão e rotação de culturas no cultivo de cebola em diferentes sistemas de manejo do solo, no COT e NT, assim como suas frações nos agregados do solo, indicando que tratamentos sem a presença de plantas de cobertura juntamente com o revolvimento do solo levaram a diminuição dos teores de carbono e nitrogênio totais e particulados nos agregados, se comparados a tratamentos sem revolvimento do solo e com plantas de cobertura. 2.4 Plantas de cobertura: importância e influência nos atributos edáficos
A utilização de plantas de cobertura preconiza a manutenção da cobertura do solo em períodos previstos para o “pousio”, especialmente no inverno e entre os cultivos comerciais de verão. Diversas espécies de plantas de cobertura, principalmente das famílias Fabaceae e Poaceae são utilizadas como adubação verde em cultivo solteiro ou consorciado, com culturas comerciais anuais ou perenes na Região Sul do Brasil (CASALI et al., 2016). As plantas de cobertura podem ser utilizadas em sucessão ou rotação com a cultura de interesse, sendo que na primeira se estabelecem duas ou mais espécies em sequência, na mesma área, em um período igual ou inferior a 12 meses, sem levar em consideração a família das plantas, já para a rotação ocorre o cultivo alternado de diferentes espécies vegetais no mesmo local e na mesma estação do ano (HECKLER, 1985).
O uso de plantas de cobertura adiciona fitomassa nas camadas mais superficiais do solo, o que incrementa a porosidade, aeração e retenção de água do solo, e desse modo diminui e, ou, elimina a erosão do solo (HOORMAN, 2009; GUEDES FILHO et al., 2013). Com um maior aporte de fitomassa, o teor de MOS também aumenta, e assim é beneficiado o desenvolvimento da microbiota do solo, juntamente com a retenção de nutrientes e sua mineralização para as plantas (LOSS et al., 2015, CASALI, 2012; LIMA FILHO et al., 2014).
É interessante selecionar espécies com maior potencial para as condições locais, levando em consideração dois fatores: velocidade de estabelecimento e produção de fitomassa. Isso porque a rapidez no estabelecimento torna maior os benefícios físicos advindos da cobertura na proteção do solo e na supressão de plantas daninhas, além disso deve
ser levado em consideração o potencial dessas plantas em serem hospedeiras de pragas e doenças (ALVARENGA et al., 2001; BORGES
et al., 2015).
As plantas de cobertura influenciam também em outros fatores como, sequestro de carbono atmosférico, devido aos processos de fotossíntese, e na formação de ambiente favorável ao crescimento dos microrganismos, decorrente da liberação de exsudatos radiculares, o que leva a mineralização de nutrientes contidos na MOS (LANGE et al., 2015).
As gramíneas que são usadas como plantas de cobertura, por possuírem sistema radicular fasciculado e que se renova de forma constante, são também mais eficientes em aumentar e manter a estabilidade dos agregados do solo em comparação às leguminosas. Estas, por sua vez têm sistema radicular pivotante e incrementam o conteúdo de nitrogênio do solo, devido a suas associações com rhizobactérias que fixam o nitrogênio atmosférico no solo (HERMAWAN & BOMKE, 1997; NASCIMENTO et al., 2005; COUTINHO et al., 2010).
Em seu estudo, De Borja Reis et al. (2017) avaliaram os efeitos das plantas de cobertura, Crotalaria juncea (C. spectabilis), mucuna preta (Mucuna aterrina), feijão de porco (Canavalia ensiformis), feijão guandu (Cajanus cajan), nabo forrageiro (Raphanus sativus), feijão caupi (Vigna
unguiculata), sobre o SPD e o SPC de arroz, sendo que as plantas de
cobertura proporcionaram maiores teores de nutrientes para as plantas de arroz no SPD do que no SPC, e também proporcionaram maiores quantidades de nitrogênio incorporado ao solo e, consequentemente, maior rendimento do arroz no SPD em comparação ao SPC.
Favarato et al. (2015) avaliaram a influência de plantas de cobertura, aveia-preta (Avena strigosa Schreb) e tremoço-branco (Lupinus albus L.), sobre os atributos químicos de um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico argiloso, cultivado com milho (Zea mays) sob SPD e SPC, e observaram que com as plantas de cobertura houve incremento nos teores de MOS, que por sua vez promoveu a liberação de substâncias orgânicas (ácidos orgânicos e húmus) e minerais (nitratos, fosfatos, sulfatos, formas amoniacais), influenciando positivamente nos atributos químicos do solo como pH e capacidade de troca de cátions (CTC) no SPD em comparação ao SPC.
No estudo de Gould et al. (2016) foram avaliados os efeitos que a diversidade de plantas pode ter sobre as propriedades físicas do solo, sendo que a presença de gramíneas e leguminosas influenciou fortemente na estabilidade dos agregados do solo, no entanto a presença de apenas
leguminosas pode levar a agregados menos estáveis devido a suas raízes mais grossas e decomposição acelerada devido a relação C/N baixa (<20). De acordo com Santos et al. (2017), que avaliou as propriedades químicas de macroagregados do solo manejado em sistema de plantio direto de hortaliças (SPDH) e SPC de cebola, os sistemas que promovem a produção e manutenção de matéria seca na superfície do solo levam ao acúmulo e elevação dos níveis de COT no solo, assim como contribuem para o aumento de K+, Ca2+, e Mg2+ e diminuição dos valores de Al3+. Ou seja, o SPDH foi mais favorável para melhorar e, ou, aumentar os atributos químicos do solo em comparação aos SPC.
No trabalho de Schmidt & Mitchell (2019), que realizaram estudo comparando o cultivo da sucessão tomate-algodão manejado, sem o revolvimento do solo, sem o revolvimento do solo e com plantas de cobertura, com revolvimento do solo e com revolvimento do solo e com plantas de cobertura, foi observado que a rotação com a adição de plantas de cobertura aumentou o número de fungos e da massa de fungos micorrízicos arbusculares, assim como elevou a diversidade de fungos no solo. Outros autores como Sánches et al. (2016), também observaram o efeito positivo das plantas de cobertura na comunidade microbiológica do solo.
2.5 Dinâmica do carbono e nitrogênio no solo
A MOS e suas frações tem efeitos sobre a estruturação e a fertilidade dos solos (WENDLING et al., 2010). De acordo com Bayer et
al. (2004), o C pode acumular em frações lábeis ou estáveis da MOS, o
que pode ter implicações na durabilidade do seu efeito quanto à retenção de C atmosférico, bem como nas alterações das propriedades físicas, químicas e biológicas dos solos.
A adição de materiais orgânicos ao solo estimula o consumo de nutrientes pela microbiota decompositora. Plantas de cobertura com relação C/N alta (> 30) levam a um maior consumo do N e, consequentemente, a sua imobilização no solo. Por outro lado, isso não ocorre para coberturas com relação C/N baixa (< 20), sendo nestes casos observada a liberação do elemento mineralizado. A relação C/N mais interessante para materiais adicionados como cobertura do solo são aquelas que se situam entre 20 e 30, balanceando imobilização e mineralização (CAS et al., 2009).
Os manejos empregados no cultivo do solo afetam as proporções de C e N totais no solo, principalmente das frações mais lábeis (CAMBARDELLA & ELLIOTT, 1994). Manejos como o SPC, expõem e quebram os agregados, o que aumenta a atividade dos microrganismos,
e elevam também a temperatura e as quantidades de oxigênio do solo, principalmente em camadas superficiais, e, portanto, também favorece a erosão do solo (LOVATO et al., 2001).
A agregação e a matéria orgânica têm importante papel na disponibilidade e nas quantidades presentes de carbono e nitrogênio no solo (BIMÜLLER et al., 2016). O N é encontrado no solo principalmente em sua forma orgânica (95%), porém em agregados de menor tamanho são encontrados maiores estoques de matéria orgânica e N mineralizável (RIBEIRO PASSOS et al., 2007).
Em locais onde se tem a remoção da vegetação florestal e conversão para cultivos agrícolas, ou para pastagem, as quantidades de C e N são alteradas. Portanto perturbações no solo que aceleram a mineralização de resíduos, fazem com que os teores de carbono e nitrogênio variem no solo devido a relação C/N (MURTY et al., 2002).
Em estudo sobre a dinâmica da formação e estabilização dos agregados, Tivet et al. (2013) ilustram as perdas de carbono nos agregados após a conversão de áreas de floresta nativa para áreas de SPC, com aração e gradagem, e depois a recuperação desse carbono por meio da conversão do SPC para o SPD. Esses autores demonstraram que o SPC interrompe a formação de novos agregados do solo por meio da dispersão das partículas de argila e silte + microagregados de argila e, posteriormente, com a substituição do SPC pelo SPD, mostraram a formação de novos agregados e a redistribuição do C e do N entre esses agregados por meio da entrada de resíduos vegetais diversos.
Conforme relatado por Tivet et al. (2013), de acordo com as espécies vegetais utilizadas no SPD em substituição ao SPC, a formação dos agregados e posterior distribuição de C e N nas classes de agregados serão influenciadas pela produção de biomassa e exploração do solo via sistema radicular, sendo este efeito maior em função do tempo de uso do solo com as plantas de cobertura.
No trabalho de Santos et al. (2018a), foram avaliados em experimento manejado sob SPDH de cebola, os efeitos de diferentes plantas de cobertura solteiras ou consorciadas sobre o NT do solo e o nitrogênio das substâncias húmicas, formando os tratamentos, controle com vegetação natural, aveia preta (A. strigosa) solteira, centeio (Secale
cereale L.) solteiro, nabo-forrageiro (Raphanus sativus L.) solteiro,
consórcio de nabo-forrageiro (14%) e centeio (86%), consórcio de de nabo-forrageiro (14%) e aveia (86%); área com cultivos de cebola sob SPC por ± 37 anos e área com floresta secundária de ± 30 anos, a aproximadamente 500 m da área do experimento, representando a condição natural do solo. Os autores observaram que, os tratamentos em
SPDH elevaram o NT na camada de 0-5cm se comparados ao SPC, além disso o consórcio de nabo-forrageiro e aveia aumentou o nitrogênio total na humina, assim como a aveia solteira e a vegetação natural elevaram os teores de nitrogênio das frações ácido húmico e ácido fúlvico na profundidade de 10-20 cm. No mesmo experimento, Santos et al. (2018b), observaram que o manejo em SPDH favorece os processos de humificação, de forma que os tratamentos centeio solteiro e o consórcio entre nabo-forrageiro e centeio contribuiram mais efetivamente para os processos humificação da matéria orgânica.
2.5.1 C e N das frações granulométricas da MOS
De acordo com autores como Conceição et al. (2013) e Santos et
al. (2016), as frações granulométricas do carbono e do nitrogênio na
matéria orgânica podem ser divididas da seguinte forma, carbono orgânico particulado (COp) e nitrogênio particulado (NP) que estão ligados a materiais no solo com tamanho > 53μm, e carbono orgânico associado a minerais (COam) e nitrogênio associado a minerais (Nam) que estão relacionados a materiais do solo com tamanho < 53μm.
De modo que, o COp e o NP são derivados dos resíduos provenientes da parte área das plantas em decomposição, assim como de suas raízes, além de hifas de fungos, ficando protegidas principalmente no interior de agregados. Por outro lado o COam e o Nam se originam a partir de tecidos ou metabólitos microbianos, que tendem a formar interações organo-minerais com partículas de tamanho silte (2-53 μm) ou argila (0-2 μm), e portanto são mais recalcitrantes no solo, além de menos sensíveis as mudanças de manejo no solo (CAMBARDELLA & ELLIOT, 1992).
Já a matéria orgânica leve (MOL) é entendida como a fração da matéria orgânica derivada da palhada superficial do solo e das raízes que foram menos alteradas pelos microrganismos, possuindo menor densidade e, portanto, flutuando em água. Seu tamanho varia entre menor que 2,0 mm mas maior que 0,25 mm, e contribui com 45 a 60% do total da MOS, (ANDERSON & INGRAN, 1994).
Avaliando o estoque de C na fração particulada (>53 µm) e na fração associada aos minerais (<53 µm) em Latossolo Vermelho Distrófico, GO, nos sistemas com cultivo de braquiária (Brachiaria
ruziziensi) na entressafra de soja (Glycine max) e cultivo de sorgo
(Sorghum bicolor) na entressafra da soja, sendo como área de referência o Cerrado, Rossi et al. (2012) verificaram que nos sistemas onde ocorre maior aporte de biomassa, o acúmulo de C ocorre preferencialmente na
matéria orgânica particulada, a qual é mais sensível do que o C orgânico total às alterações no manejo do solo.
Em outro estudo, onde Lima et al. (2016) avaliaram o COT e as frações granulométrica do MOS em tratamentos que combinavam três sistemas de manejo – SPD, sistema de preparo reduzido com incorporação subsuperficial da palhada (PPR) e SPC com incorporação profunda da palhada – com dois cultivos de cobertura, um com milho solteiro e outro com milho consorciado com mucuna-cinza (Stizolobium
niveum), foi observado maior eficiência no SPD, seguido pelo PPR em
acumular o carbono associado a fração mineral do solo se comparados ao SPC, denotando então a importância do COam na manutenção dos teores totais de carbono no solo.
Santos et al. (2016), avaliaram o teor de C e N em frações granulométricas de MOS de agregados em lavouras de cultivo de cebola, manejadas em SPDH e SPC comparando-as a uma área de floresta secundária, encontrando maiores quantidade de Nam e NP em tratamentos com as plantas de cobertura forrageiro solteiro e nabo-forrageiro consorciado com aveia preta, respectivamente.
Avaliando a agregação do solo e quantificando os teores de MOL em água, o COT e o carbono mineralizável, em SPD com 15 anos, área em SPC do solo com 56 anos, uma área de floresta secundária e outra de pastagem extensiva (Axonopus compressus), ambas com mais de 30 anos, Loss et al. (2014b) verificaram que o SPC reduz os índices de agregação assim como os teores de MOL e COT em relação à área de floresta e SPD. 2.5.2 C e N da abundância natural de isótopos estáveis
São conhecidos dois isótopos de carbono estáveis encontrados na natureza. O 12C é o mais leve e de maior proporção em relação ao total de carbono na natureza (98,89%), e o 13C conta com apenas 1,11% do total, de modo que essas proporções se mantêm relativamente estáveis quando avaliadas em resíduos orgânicos (ALVES et al. 2005). Como a matéria orgânica também é um importante compartimento de nitrogênio do solo, associar as quantidades de δ13C, com as medidas dos isótopos de δ15N, contribuem para a compreensão da dinâmica da vegetação (MENDONÇA et al. 2010).
Conforme o metabolismo fotossintético as plantas apresentam valores de 13C específicos, as plantas C3 variam seus valores de 13C de –24 a –34‰ e as plantas C4, entre –6 a –19‰ (Smith & Epstein 1971). Para o nitrogênio, a variação da concentração de δ15N usa como padrão o δ15N do ar (0,3663%), que está entre -10 a +10‰, essas variações estão relacionadas aos processos fisiológicos que ocorrem nas plantas, como as
associações com microorganismos, diferentes fontes de N e a demanda de N pelas plantas (HOGBERG, 1997).
De acordo com Inácio & Urquiaga (2017), o uso de fertilizantes marcados com 15N, principalmente 15N-ureia e 15N-sulfato de amônio, possibilitam determinar as quantidades mobilizadas de nitrogênio no sistema solo-planta. Além disso pode ser possível diferenciar culturas produzidas de forma orgânica das cultivadas em sistemas convencionalmente, através de suas diferenças de δ15N ou de outras assinaturas isotópicas estáveis em seus tecidos (INÁCIO et al. 2015).
Avaliando a abundância natural de 13C e 15N em macro e microagregados em áreas sob SPD, SPC, pastagem e floresta secundária, no PR, Loss et al. (2014a) verificaram que entre as classes de agregados, as áreas de SPD, floresta e pastagem apresentaram maiores valores de 15N para a classe de macroagregados e diminuição dos valores para os microagregados. Os autores relataram que este padrão indica que nos macroagregados, principalmente a classe de 8-2 mm, o N é mais suscetível a mineralização quando comparada com os microagregados (0,25-0,105 mm). Neste mesmo estudo, os autores encontraram valores mais negativos de 13C nos microagregados em comparação com os macroagregados. Conforme Six et al. (2002) e De Galdo et al. (2003), os resultados de 13C mais negativos nos microagregados e os menos negativos nos macroagregados, demonstram a maior suscetibilidade do C à oxidação nos macroagregados, ocorrendo maior proteção nos microagregados.
Em outro estudo Loss et al. (2016), caracterizaram a fertilidade do solo, assim como os níveis de carbono nas frações húmicas da MOS e a abundância natural de 13C e 15N em cultivos sob SPD por 15 anos, SPC por 56 anos, floresta secundária e pastagem perene (Axonopus
compressus), localizados em Marmeleiro (PR), observando que a
presença de leguminosas e a matéria orgânica mais estável favorecem maiores níveis de 15N no solo, assim como a aração e gradagem do SPC aceleram a decomposição e transformação do nitrogênio na camada de 0-20 cm, mostrando a eficiência do 15N como indicador de mudanças no solo causadas pelos manejos adotados. Nessa mesma área experimental, Loss et al. (2014a), mediram as quantidades de carbono e nitrogênio e a abundância natural de 13C e 15N nos agregados do solo, para os tratamentos conduzidos sob SPD e SPC e comparou com as áreas de floresta secundária e pastagem perene, indicando uma maior proteção do carbono em microagregados devido a seus valores mais negativos de 13C, por outro lado, macroagregados apresentaram valores menos negativos de 13C, o que indica que o carbono presente foi recentemente incorporado.
3 HIPÓTESES
O consórcio de plantas de cobertura da família Poaceae e
Fabaceae na rotação ou sucessão de culturas no SPD da cebola é mais
eficiente para melhorar os atributos físicos e químicos do solo em comparação aos tratamentos que apresentam apenas plantas de coberturas da família Poaceae e Fabaceae de forma solteira.
Plantas de cobertura da família Poaceae aumentam os teores de carbono orgânico particulado e carbono associado aos minerais no solo, enquanto que as plantas de cobertura da família Fabaceae aumentam os teores de nitrogênio particulado e nitrogênio associado aos minerais.
4 OBJETIVOS 4.1 Objetivo geral
Avaliar, em experimento de longa duração, como diversas combinações de espécies vegetais de diferentes famílias botânicas na rotação e sucessão de coberturas para produção de palhada no SPD da cebola, afetam a formação dos macro, meso e microagregados e a distribuição das frações da matéria orgânica nestes agregados e na terra fina seca ao ar.
4.2 Objetivos específicos
a) Avaliar o efeito das diferentes plantas de coberturas do solo na estabilidade e distribuição da massa dos agregados.
b) Quantificar os teores de carbono e nitrogênio totais nas classes de agregados do solo e na terra fina seca ao ar (TFSA).
c) Separar a matéria orgânica leve (MOL) em água e quantificar os teores de carbono e nitrogênio na massa da MOL.
d) Avaliar o carbono e nitrogênio das frações particulada e mineral, obtidos através do fracionamento granulométrico da matéria orgânica nos agregados e na TFSA.
e) Avaliar a abundância natural dos isótopos de C13 e N15 na TFSA e nos agregados do solo.
5 MATERIAL E MÉTODOS
5.1 Localização, caracterização da área de estudo e planejamento do experimento
O experimento foi implantado em abril de 2007, no município de Ituporanga, SC, na Estação Experimental da EPAGRI (Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina). O solo foi classificado como Cambissolo Húmico Distrófico (EMBRAPA, 2013), apresentando na camada de 0-10 cm, os seguintes atributos físicos e químicos, conforme Embrapa (1997): 410, 264 e 326 g kg-1 de areia, silte e argila, respectivamente, pH-H2O=6,1; Ca, Mg e Al trocáveis de 6,4, 2,7 e 0,0 cmolc dm-3, respectivamente (extraídos por KCl 1 mol L-1); P e K disponíveis de 42 e 208 mg dm-3, respectivamente (extraídos por Mehlich -1), carbono orgânico=23,08 g kg-1.
O clima é do tipo mesotérmico úmido (Cfa) com verões quentes, segundo a classificação de Köppen, sem estação seca definida, temperatura média anual de 17,6°C e precipitação pluvial anual média de 1.400 mm. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, compreendendo oito tratamentos, com quatro repetições. A área das parcelas foi de 8,7 m² cada e constituídas de sete fileiras com 30 plantas de cebola. Os tratamentos abrangeram sistemas de cultivo para a cultura da cebola, baseados em diferentes coberturas do solo utilizadas para produção de palha no SPD.
Na implantação do experimento, em 2007, foi semeada, em toda a área, a cobertura de aveia/ervilhaca/nabo e, posteriormente foram implantados os oito tratamentos (T1 a T8), com as seguintes sequências de coberturas e culturas, conforme consta na Tabela 1.
Tabela 1. Tratamentos implantados na rotação de culturas para cultivo de cebola sob manejo conservacionista do solo, de 2007 a 2010, Ituporanga, SC.
Trat. 2007 2008 2009 2010
Inverno Verão Inverno Verão Inverno Verão Inverno Verão
T1 Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Milho Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho
T2 Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Milho
Aveia+ Nabo+ Centeio
Cebola Girassol Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Feijão
Centeio+
Nabo Cebola Milho
T3 Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Milho Aveia+
Nabo Cebola
Milho
Safrinha Ervilhaca Milho Centeio Cebola Milho
T4 Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Milho
Aveia+ Nabo+ Centeio
Cebola Mucuna Centeio Milho Nabo Cebola Mucuna
T5
Aveia+ Ervilhaca+
Nabo
Cebola Milheto Nabo Cebola Milheto Aveia+ Ervilhaca+
Nabo Milho Cevada Cebola Milheto
T6
Aveia+ Ervilhaca+
Nabo
Cebola Feijão
Porco Centeio Cebola Mucuna Cebola Mucuna Centeio Cebola Mucuna
T7 Aveia+ Ervilhaca+ Nabo Cebola Feijão Porco+ Milheto
Aveia Cebola Crotalária Centeio Milho Aveia Cebola Crotalária
T8
Aveia+ Ervilhaca+
Nabo
Cebola Girassol Aveia+
Centeio Cebola Girassol+ Mucuna+ Milheto Ervilhaca Milho Centeio+ Aveia+ Nabo Cebola Milheto+ Mucuna+ Girassol Espécies vegetais: aveia preta (Avena strigosa), cebola (Allium cepa L.), centeio (Secale cereale L.), ervilhaca peluda (Vicia villosa), feijão (Phaseolus vulgaris L.), feijão de porco (Canavalia ensiformis L.), girassol (Helianthus annuus L.), milho (Zea mays L.), milheto (Pennisetum americanum L.), mucuna preta (Stizolobium
A partir do ano 2011, o sistema de rotação ou sucessão e a sequência de plantas de cobertura foram modificados e foi implantado um tratamento em SPC do solo para efeito de comparação com os demais tratamentos em SPD, conforme apresentado na Tabela 2. O preparo do solo no tratamento (T7) passou a ser efetuado com uma aração e duas gradagens. A partir de 2014, repetiu-se a sequência de tratamentos conforme consta na Tabela 2 para os anos 2011, 2012 e 2013, ou seja, a cada três anos reiniciou-se a sequência de rotação ou sucessão.
O controle de plantas espontâneas, de pragas e de doenças foi efetuado por meio de pulverizações com produtos químicos registrados no Ministério da Agricultura para a cultura da cebola. Ao longo de todo o experimento, no controle de plantas espontâneas, foram efetuadas três aplicações de herbicidas (ioxynil, pendimetalina, fenoxaprop-p-ethyl + clethodim) e uma capina manual para retirada de plantas espontâneas não controladas pelos herbicidas. Para o controle de pragas, especialmente do tripes (Thrips tabaci Lind), foram realizadas três aplicações de inseticidas (lambdacyhalothrin e imidacloprid). Para o controle de doenças fúngicas, principalmente de míldio (Peronospora destructor) e alternaria (Alternaria solani), foram realizadas cinco pulverizações de fungicidas (metalaxyl + clorotalonil, metalaxyl + mancozeb, iprodione, tebuconazole + trifloxistrobina).
Tabela 2. Tratamentos implantados na rotação de culturas para cultivo de cebola sob manejo conservacionista do solo, de 2011 a 2014, Ituporanga, SC.
Trat. 2011 2012 2013
Inverno Verão Inverno Verão Inverno Verão
T1 Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho
T2 Ervilhaca Milho Centeio+
Nabo Cebola Milho
Nabo+
Centeio Feijão T3 Centeio Cebola Milho Aveia Cebola Milho Centeio Cebola Milho
T4 Cebola Mucuna Cebola Mucuna Cebola Mucuna
T5 Centeio Cebola Milheto Aveia Cebola Centeio Centeio Cebola Milheto T6 Centeio Cebola Mucuna Centeio Cebola Centeio Centeio Cebola Mucuna T7 Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho Pousio Cebola Milho T8 Pousio Cebola Milheto+ Mucuna+ Girassol Pousio Cebola Milheto+ Mucuna+ Girassol Pousio Cebola Milheto+ Mucuna+ Girassol Espécies vegetais: aveia preta (Avena strigosa), cebola (Allium cepa L.), centeio (Secale cereale L.), ervilhaca peluda (Vicia villosa), feijão (Phaseolus vulgaris L.), girassol (Helianthus annuus L.), milho (Zea mays L.), milheto (Pennisetum americanum L.), mucuna preta (Stizolobium aterrimum) e nabo forrageiro (Raphanus sativus L.). T1-sucessão cebola milho em SPD, T2-rotação comercial e cobertura de inverno e cebola bienal em SPD, T3-milho/gramíneas de inverno e cebola bienal em SPD, T4-leguminosa no verão e cebola anual em SPD, T5-gramíneas verão/inverno e cebola anual em SPD, T6-T4-leguminosa verão/gramínea inverno e cebola anual em SPD, T7- sucessão cebola milho, porém a partir de 2011, em sistema de preparo convencional (SPC) e T8-coquetel de coberturas de verão e cebola anual em SPD. Trat=tratamentos
Para escolha das espécies (Tabelas 1 e 2) procurou-se usar plantas comerciais frequentemente usadas na região, com boa adaptação, com facilidade de encontrar sementes no mercado, de fácil manejo e com boa produção de matéria seca. Procurou-se conciliar a parte comercial com a parte técnica, através da inserção de tratamentos que possibilitassem a adoção pelos agricultores ao mesmo tempo em que pudessem elucidar as dúvidas relacionadas a aspectos químicos na adoção do SPD para a cultura da cebola.
A área de implantação do experimento vem sendo cultivada em sistema de produção conservacionista desde 1995, quando foi realizada a última correção do solo e elevou-se o pH para 6,0. Desde então, os cultivos manejados no local de instalação do experimento estão sob SPD, sem intervenções de preparo. A única exceção é o T7, que a partir de 2011, passou a ser manejado na forma de SPC, para se ter um comparativo com os demais tratamentos em SPD.
As adubações realizadas durante o período experimental ocorreram somente nos períodos de cultivo de cebola e milho e foram feitas conforme as recomendações para essas culturas (CQFS-RS/SC, 2004). Para a cebola, a adubação foi de 75 kg ha-1 de N, 120 kg ha-1 de P2O5, e 60 kg ha-1 de K2O, do formulado 05-20-10, sendo a aplicação de P e K realizadas no plantio da cebola e a de N feita com 15 kg ha-1 no plantio e o restante em cobertura aos 45, 65 e 85 dias após o transplante das mudas de cebola. Este sistema foi adotado todos os anos apenas nas safras com a cultura da cebola. Com relação ao fósforo, como os teores estavam muito altos na safra 2010, utilizou-se somente adubação com 50 kg ha-1 de P e nas safras seguintes 80 kg/ha-1. Para a cultura do milho não foi realizada adubação com P e K devido aos valores altos destes nutrientes. Foram realizadas adubações nitrogenadas em cobertura com 90 kg ha-1 de N (fonte ureia), quando o milho tinha entre seis e oito folhas. Antes do plantio da cebola, as plantas de cobertura são dessecadas e, posteriormente, são abertos os sulcos de semeadura com uma máquina adaptada para o plantio direto da cebola, sendo transplantadas manualmente as mudas da cv. ‘Empasc 352’ - Bola Precoce. O espaçamento usado é de 0,40 m entrelinhas e 0,10 m entre plantas, com sete linhas de cebola por parcela.
5.2. Dados de matéria seca de plantas de cobertura e de produtividade de cebola
No ano da coleta das amostras de solo (2016) também foi avaliada a produtividade da matéria seca (MS) da parte aérea das plantas de cobertura. Avaliou-se conjuntamente a produtividade da MS da parte
aérea da vegetação espontânea, a qual tinha predomínio das seguintes famílias botânicas: Amaranthaceae (10%), Asteraceae, Caryophyllaceae, Compositae (10%), Convolvulaceae, Cruciferae, Cyperaceae (25%), Euphorbiaceae, Fabaceae, Lamiaceae (10%), Leguminosae, Liliaceae, Malvaceae, Oxalidaceae (10%), Plantaginaceae, Poaceae, Polygonaceae (20%). Para os tratamentos que continham milho (sucessão cebola milho em SPD - T1; rotação comercial com cobertura de inverno e cebola bienal em SPD - T2; rotação milho/gramíneas de inverno e cebola bienal em SPD - T3 e sucessão milho/cebola em SPC - T7) a produtividade da MS da parte aérea desta espécie também foi avaliada (Tabela 3).
Tabela 3. Produtividade (Prod.) da matéria seca (MS) da parte aérea das plantas de cobertura, da vegetação espontânea e do milho, sob sistema plantio direto e convencional de cebola com rotação e sucessão de culturas no ano de 2016.
Prod. de MS T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 (kg ha-1) 2016 5.97 9.73 10.5 4.01 11.6 7.58 4.76 11.0 Prod. Milho MS T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 (kg ha-1) 2016 8.82 8.20 7.64 - - - 8.50 -
T1 - sucessão cebola milho em SPD; T2 - rotação comercial com cobertura de inverno e cebola bienal em SPD; T3 - rotação milho/gramíneas de inverno e cebola bienal em SPD; T4 - sucessão leguminosa de verão e cebola anual em SPD; T5 - rotação gramíneas de verão/inverno e cebola anual em SPD; T6 - sucessão leguminosa de verão/gramínea inverno e cebola anual em SPD; T7 - sucessão milho/cebola em SPC; T8 - sucessão coquetel de coberturas de verão e cebola anual em SPD.
A produtividade média dos bulbos de cebola entre os anos de 2011 até 2016 constam na Tabela 4.
Tabela 4. Média de produtividade de bulbos de cebola entre as safras de 2011 até 2016, sob SPD e SPC de cebola com rotação e sucessão de culturas.
Tratamentos T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
Mg ha-1
32,6 35,4 36,4 33,2 34,7 33,4 29,2 34,8
T1 - sucessão cebola milho em SPD; T2 - rotação comercial com cobertura de inverno e cebola bienal em SPD; T3 - rotação milho/gramíneas de inverno e cebola bienal em SPD; T4 - sucessão leguminosa de verão e cebola anual em SPD; T5 - rotação gramíneas de verão/inverno e cebola anual em SPD; T6 - sucessão leguminosa de verão/gramínea inverno e cebola anual em SPD; T7 - sucessão milho/cebola em SPC; T8 - sucessão coquetel de coberturas de verão e cebola anual em SPD.
5.3 Coletas de solo e análises a serem realizadas
Em setembro de 2016 foi realizada a coleta de amostras indeformadas e deformadas de solo nas parcelas. Para tal, abriu-se uma trincheira de 40 x 40 x 40 cm nas entrelinhas da cebola em cada parcela e coletaram-se amostras indeformadas e deformadas de solo nas camadas de 0-5, 5-10 e 10-20 cm, utilizando-se uma pá de corte. Em seguida, as amostras foram devidamente acondicionadas em sacos plásticos e encaminhadas ao Laboratório de Manejo e Classificação de Solos da Universidade Federal de Santa Catarina. Neste, as amostras foram secas ao ar e, posteriormente, destorroadas manualmente, de modo que para as amostras indeformadas seguiram-se fendas ou pontos de fraqueza, e em seguida foram passadas em um conjunto de peneiras de malha 8,00 mm e 4,00 mm para obtenção dos agregados do solo, conforme Embrapa (1997). Para as amostras deformadas, estas foram passadas em peneiras de 2,00 mm para obtenção da terra fina seca ao ar (TFSA). As seguintes análises foram realizadas:
5.3.1 Análises físicas
5.3.1.1 Estabilidade dos agregados
Dos agregados retidos na peneira de 4,00 mm, foram pesados 25 gramas e transferidos para uma peneira de 2,00 mm, que compõe um conjunto de peneiras com diâmetro de malha decrescente, a saber: 2,00; 1,00; 0,50; 0,25, 0,105 e 0,053 mm, conforme Embrapa (1997). Os agregados inicialmente colocados na peneira de 2,00 mm são umedecidos com borrifador de água, e posteriormente o conjunto de peneiras é submetido à tamisação vertical via úmida por 15 minutos no aparelho de Yoder (YODER, 1936). Transcorrido esse tempo, o material retido em cada peneira é retirado, separado com jato d'água, colocado em cadinhos de alumínio previamente pesados e identificados, e levado à estufa até a obtenção de massa seca constante.
A partir da massa de agregados foi calculado o diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregados, segundo Embrapa (1997) e com a massa dos agregados foi avaliada a sua distribuição nas seguintes classes de diâmetro médio, conforme Costa Junior et al. (2012): 8,00 >Ø ≥ 2,0 mm (macroagregados); 2,0 > Ø ≥ 0,25 mm (mesoagregados) e Ø <0,25 mm (microagregados).
5.3.2 Análises químicas
A massa seca de macroagregados e mesoagregados foi juntada para obetenção de maior quantidade de material para a realização das
análises químicas. Sendo assim, os parâmetros químicos foram avaliados nos macroagregados (8,00 >Ø≥ 0,25 mm) e microagregados (Ø <0,25 mm), assim como na TFSA. Esses materiais foram macerados em almofariz e homogeneizados, para posteriormente, serem feitas as seguintes análises.
5.3.2.1 Carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT)
Os teores de COT e NT na TFSA, macro e mesoagregdos foram determinados em analisador elementar de combustão seca (modelo FlashEA 1112 Thermo Finnigan) no Laboratório de Pesquisa em Biotransformações de Carbono e Nitrogênio (LABCEN) - Santa Maria (RS). Após a obtenção do COT e do NT, calculou-se a relação C/N. 5.3.2.2 Fracionamento granulométrico da MOS
O fracionamento granulométrico da MOS foi realizado nas amostras de TFSA e nos macroagregados, pois não havia material suficiente de microagregados para esta análise. Para tal, seguiu-se a metodologia descrita por Cambardella e Elliott (1992), na qual foram utilizados 20 g de massa de TFSA e de macroagregdos e 60 mL de solução de hexametafosfato de sódio (5 g L-1), sendo as amostras agitadas durante 15 horas em agitador. A seguir, a suspensão foi passada em peneira de 53 µm com auxílio de jato de água. O material retido na peneira, que consiste no carbono e o nitrogênio orgânico particulado (COp / NOp), foi seco em estufa a 60 ºC, quantificado em relação a sua massa, moído em gral de porcelana, passado por peneira de 100 mesh (150 μm) e analisado em auto-analisador a 900ºC (CHN - 600 Carlo Erba EA - 1110, Itália), no Centro de energia Nuclear e Agricultura (CENA), a Universidade de São Paulo (USP), em Piracicaba, SP. O material que passou pela peneira de 53 µm, que consistiu no carbono e nitrogênio orgânico associado aos minerais (COam / NOam) foi obtido por diferença entre o COT / NT e COp / NOp.
5.3.2.3 Matéria orgânica leve em água (MOL)
Foram pesados 50 g de massa TFSA do solo e acondicionados em beckeres de 250 mL, adicionando-se 100 mL de solução de NaOH 0,1 mol L-1, deixando-se em repouso por uma noite. Decorrido o tempo, a suspensão foi agitada com bastão de vidro e todo o material passado por peneira de 0,25 mm, eliminando-se toda a fração argila e silte (ANDERSON & INGRAM, 1988). Posteriormente, o material retido na peneira (MOL e areia) foi transferido, quantitativamente, novamente para o becker, completando-se o volume com água. Todo o material flotado
