PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS E ATIVIDADE ENZIMÁTICA DE SOLOS SUBMETIDOS A CULTIVO DE CANA, SOJA E MILHO

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Zago, L.M.S. (UEG) ; Caramori, S.S. (UEG)

Resumo

Enzimas extracelulares exercem papel fundamental no funcionamento bioquímico do solo e ciclagem de nutrientes. O objetivo do estudo é avaliar as propriedades físico-químicas e atividade enzimática em solos cultivados com cana, soja e milho, comparando com o Cerrado, no estado de Goiás. Foram avaliadas propriedades físicas, químicas e atividade das enzimas α e β- glicosidase e fostase ácida. Os dados foram analisados por ANOVA Two-way, teste a posteriori (Teste de Tukey) e Correlação de Pearson para identificação de relações entre esses atributos. Propriedades físico- químicas não se diferem entre as classes de uso solo. A atividade das enzimas α e β-glicosidase foi superior em áreas cultivadas com milho e a atividade da enzima fosfatase foi reduzida em sistemas agrícolas.

Palavras chaves

Físico-química; Enzimas de solo; Cerrado goiano

Introdução

O aumento na demanda de alimentos, aliado a necessidade de obtenção de novas fontes de combustível tem requerido a exploração e a conversão de solos de Cerrado em áreas agrícolas. As culturas de cana, soja e milho tem ganhado prestígio no mercado agrícola, pois contribuem para a produção de alimentos e geração de combustíveis (DUARTE, 2000; FERNANDES et al. 2012; KOURI, 2006; CONAB, 2015). O estado de Goiás é considerado um dos polos agrícolas e se destaca pela produção destas três culturas (CONAB, 2015). Apesar da vantagem financeira, a utilização dos solos de Cerrado para fins agrícolas está agregada a problemáticas ambientais, já que, a produção em alta escala está associada ao uso de insumos e defensivos agrícolas (D′ANDREA et al., 2002; BRASIL, 2014). A diversidade e a quantidade excessiva de insumos utilizados nas lavouras, o tipo de manejo e o tipo de cultura podem resultar em alterações na composição física, química e na microbiota do solo (MATSUOKA; MENDES; LOUREIRO, 2002; MAIA et al., 2010). Alterações nas propriedades físico-químicas, interferem nas funções do solo, pois podem, por exemplo, afetar a disponibilidade de nutrientes (USDA, 2008). Além disso, a microbiota é modificada de acordo com as condições do ambiente e como esta é responsável por processos bioquímicos, alterações nesses atributos podem resultar na redução de processos biológicos que são essenciais para o crescimento de plantas (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006).A avaliação dos solos pode ser realizada através da análise de características físicas, químicas e biológicas, pois de acordo com as condições em que a microbiota se encontra os mesmos podem variar, refletindo as condições do ecossistema (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Os indicadores físico-químicos são frequentemente utilizados para avaliar o solo (CARNEIRO et al., 2008; SEQUINATTO, 2010; TOMASI, 2011; CHAVES et al., 2012; FREITAS et al., 2012), pois fornecem informações acerca da aeração, capacidade de retenção de água, entrada de água no solo e aspectos erosivos (USDA, 2008). A atividade enzimática consiste numa importante ferramenta para avaliar as práticas de manejo utilizado por agricultores, já que, é sensível a alterações do ecossistema (DORAN; PARKIN, 1994; ACOSTA-MARTINEZ et al., 2014). Além disso, a atividade microbiana do solo reflete a influência conjunta de todos os fatores que regulam a degradação da matéria orgânica e transformação em nutrientes (Li et al., 2009). Entre as enzimas utilizadas para avaliar as condições de solos cultivados, destacam-se as hidrolases ligadas ao ciclo do carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). No presente trabalho, amostras de solo de Cerrado nativo e solos ocupados com plantio de cultivos perenes e anuais foram analisadas através do monitoramento da atividade de enzimas que desempenham papel fundamental na decomposição da matéria orgânica e mineralização de carbono e fósforo (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). As glicosidases promovem a ciclagem de carbono, sendo α-glicosidase responsável pela quebra de carboidratos de baixo peso molecular e β-glicosidase responsável pela última etapa da quebra da celulose disponibilizando glicose (TABATABAI, 1994). A enzima fosfatase possui a capacidade de catalisar a hidrólise de fosfato inorgânico, liberando ortofostato, que é a forma assimilável pelos vegetais (HAN; CHEN, 2008). Partindo do pressuposto de que o meio ambiente é agente propiciador de condições que permitem a produção agrícola, qualquer alteração e/ou processo que interfira nos ciclos dos ecossistemas irá condicionar efeitos negativos e possivelmente a perda da qualidade do solo. Em consequência disso, pode ocorrer diminuição na produtividade, prejuízos econômicos, sociais e ambientais. Dentro deste contexto, avaliar as mudanças que ocorrem em decorrência da implantação de sistemas agrícolas, é importante para detectar alterações ocasionadas pela exploração prolongada e identificar impactos ocasionados pela implantação das culturas e possíveis perdas na qualidade no solo. A avaliação das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo é crucial para entender quais são os efeitos da conversão de áreas de Cerrado em sistemas agrícolas. Sendo assim, o objetivo é avaliar as propriedades físico-químicas e atividade enzimática em solos cultivados com cana, soja e milho, comparando com o Cerrado, em seis municípios do estado de Goiás.

Material e métodos

O presente estudo foi realizado em quatro diferentes áreas de acordo com as classes de uso do solo: área cultivada com cana-de-açúcar, área cultivada com milho, área cultivada com soja nos municípios de Itumbiara, Goiatuba, Morrinhos, Edéia, Inhumas e Anicuns, no estado de Goiás, na estação chuvosa. Áreas de Cerrado Nativo foram amostradas para fins de comparação com as áreas cultivadas. O clima dos municípios é, segundo a classificação de köppen, tipo ″Aw″ ”, que corresponde ao clima tropical quente, com verão quente e inverno seco. Em cada ponto de amostragem, foram coletadas três subamostras na profundidade de 0-10 cm, as quais foram reunidas e formaram uma única amostra composta. Estas amostras foram tamisadas (2mm), homogeneizadas e armazenadas em sacos de polietileno a ±4 °C até o momento de suas análises. Foram determinadas as seguintes propriedades físico-químicas das amostras de solo: teor de argila, silte e areia, textura do solo, saturação por base e alumínio, capacidade de troca catiônica, teor de fósforo, potássio, magnésio e cálcio, nitrogênio e carbono orgânico total, matéria orgânica, pH e umidade. As análises foram realizadas, pelo laboratório Terra Análises para Agropecuária LTDA, na cidade de Goiânia-GO, tendo como base na metodologia da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa, 1997a; Embrapa, 1997b). A atividade de α e β-glicosidase e fostase ácida foi determinada de acordo com a metodologia de Baldrian et al. (2005), utilizando substratos específicos (p-nitrofenil-α-D-glicopiranosídeo, p-nitrofenil-β-D- glicopiranosídeo e p-nitrofenilfosfato, respectivamente). Para avaliar a atividade dessas enzimas, 0,8 mL dos substratos específicos (1,2 mM), preparado em tampão acetato de sódio (100 mmol L-1; pH 5,0) foi adicionado a 0,05g de solo seco e incubado a 40 °C por uma hora. A reação foi paralisada com 0,5 mL de carbonato de sódio (0,5 mol L-1) e centrifugados a 6000 rpm por 5 min. Uma alíquota de 1 mL do sobrenadante foi utilizada para avaliar a formação de p-nitrofenol, a partir da leitura em espectrofotômetro (Marca: Kasuaki, Modelo IL-592) a 400 nm. O controle com o solo foi avaliado pela adição de 0,5 mL de tampão acetato de sódio (100 mmol L-1; pH 5,0) em substituição ao substrato. Os ensaios foram realizados em triplicata e com base na quantidade de massa seca, que foi determinada após 24h a 105 °C, em estufa. A atividade enzimática foi expressa em μmol de p-nitrofenol g-1 h-1. Os dados foram analisados por análise de variância (ANOVA Two-way) e teste a posteriori (Teste de Tukey), considerando p≤0,05. A relação entre as propriedades físico-químicas e atividade das enzimas foram determinadas pela análise de Correlação de Pearson. Os dados utilizados para tal análise referem-se a média dos valores das propriedades físico-químicas e atividade enzimática para cada classe de uso do solo.

Resultado e discussão

As análises demonstram heterogeneidade nos parâmetros analisados, embora na avaliação conjunta desses atributos em diferentes classes de uso do solo, não foram observadas diferenças significativas (p>0,05)(Figura 1). As análises da textura dos solos amostrados, demonstram que há uma tendência do solo ser mais argiloso nas áreas cultivadas com cana-de-açúcar. Áreas de soja, milho e cerrado apresentam texturas variadas e teores mais elevados de areia. O pH é mais ácido no solo de cerrado nativo e em áreas cultivadas com soja (pH 5,5), o que indica acidez média. Nas mesmas áreas a saturação por base variou entre 61,8 a 66%, indicando também média saturação por bases. Segundo Raij (2011) o pH e a saturação por bases, apresentam estreita correlação entre si, em amostras retiradas da camada arável. No presente estudo, todos solos cultivados apresentaram saturação por base maior que 50‰ e todos os solos analisados apresentam baixo teor (≤60%) de saturação por alumínio, que é indicativo de acidez, mas não constitui toxidade. Os resultados da análise da capacidade de troca catiônica expressam variação de apenas 17% entre as classes de uso do solo, sendo superiores nas áreas de cerrado e soja (88,5 e 88,8 mmolc/dm3), respectivamente). Esses resultados são similares aos teores de matéria orgânica, que também encontram-se em níveis mais elevados nas mesmas áreas. Ao avaliar a qualidade do solo de cerrado com pastagem natural, pastagem cultivada, cultivo convencional com culturas anuais e florestamento de pínus, Araújo et al. (2007) encontram a mesma tendência e valores superiores em áreas de cerrado nativo. Apesar da variação entre os macro nutrientes ter sido relativamente pequena, a quantidade de potássio e magnésio presentes nas áreas de cerrado foram superiores aos valores encontrados em áreas sob cultivo. Nesse caso, as áreas de cultivo anual (soja e milho) exibiram valores superiores de magnésio, quando comparadas a áreas de cultivo perene (cana). Quantidades mais elevadas de fósforo e cálcio foram encontradas em solos submetidos a plantio de culturas perenes (milho e soja). De acordo com os parâmetros estabelecidos por Andrade (2004) o teor de fósforo em culturas perenes deve ser superior a 15 mg/dm3 em solos que apresentam 16 a 35,9% de argila em sua composição. Os solos de cerrado, apresentam maior quantidade de nitrogênio e carbono orgânico total, assim como, matéria orgânica, seguido das áreas de soja, milho e cana-de-açúcar. Foi observado, entre diferentes classes de uso do solo, mesma tendência de valores para esses atributos, o que evidencia a relação entre esses parâmetros. Os valores reduzidos desses componentes em áreas de cultivo de cana-de-açúcar refletem os aspectos da utilização dos solos para fins agrícolas, já que, esse tipo de cultura permanece implantada no solo por longos períodos de tempo e a qualidade da matéria orgânica adicionada aos solos, segundo Tejada et al. (2007), pode interferir negativamente na atividade biológica do solo. Corroborando com esses resultados, Assis et al. (2006) verificaram redução na quantidade de nitrogênio e carbono orgânico total quando o solo é submetido a diferentes sistemas de uso e manejo em diferentes profundidades. Ao avaliar a atividade enzimática nos solos amostrados, diferenças significativas foram encontradas na atividade das enzimas α, β e e fosfatase ácida (p=0,0000001). A atividade das enzimas α e β-glicosidase e fosfatase ácida é fortemente influenciada pelo tipo de cultura a qual o solo foi submetido. A atividade de α e β glicosidase foi superior em áreas cultivadas com milho, seguido por cerrado, soja e cana-de-açúcar (Figura 2). É possível notar que, as culturas anuais (milho e soja) apresentam níveis mais elevados de atividade dessa enzima, quando comparados à culturas perenes (cana). Dessa forma, sistemas agrícolas onde o solo é utilizado para plantio de culturas anuais, como a soja e o milho, proporcionam melhores condições para a ação das enzimas α e β-glicosidase, do que solos cultivados com cana-de- açúcar. Esses resultados podem ser explicados pelo fato de que, o sistema de rotação de culturas e técnicas de plantio direto propiciam maior deposição de compostos orgânicos que são utilizados como substratos por enzimas extracelulares. Percebe-se que a atividade dessas enzimas correlaciona-se positivamente com a quantidade de potássio presente no solo. Ademais, verificou-se uma relação entre ambas essas enzimas.Isso se deve ao fato de que ambas as enzimas estão relacionadas a degradação de carboidratos e sua conversão em glicose (TABATABAI, 1994). A atividade da enzima fosfatase ácida apresentou comportamento variável entre as diferentes classes de uso do solo (Figura 2) e exibiu, em áreas de cerrado, maiores valores de atividade enzimática. As áreas cultivadas com milho apresentaram, em média, o segundo maior nível de atividade da enzima fosfatase ácida, seguida por cana e soja. A variação entre áreas de cerrado e áreas cultivadas com milho é de apenas 16,5%. Esse fato pode ser explicado pela utilização adubos fosfatados, já que, a produção de fosfatase é controlada pela demanda biológica e altas concentrações de fósforo reduzem a atividade dessa enzima (ALLISON et al, 2007). Jakelaits et al. (2008) observaram uma redução de 5,5% na atividade dessa enzima, quando comparada a área de vegetação natural. Matsouka, Mendes e Loureiro (2002) observaram redução na atividade dessa enzima em áreas de cultivo perene e cultivo anual.

Valores (média) de propriedades físico-químicas de solos de cerrado nativo e solos submetidos a cultivo de cana, soja e milho.


Efeito das diferentes classes de uso do solo sobre a atividade enzimática. Diferentes letras representam diferenças significativas entre as classes.

Conclusões

As propriedades físico-químicas pouco se diferiram entre as classes de uso do solo, embora a quantidade de nitrogênio e carbono orgânico total, assim como, matéria orgânica foi superior em áreas de cerrado. De modo distinto, a atividade de enzimas hidrolases apresentou variações significativas entre diferentes classes de uso do solo. As enzimas α e β-glicosidase tiveram um incremento na atividade, em áreas de milho, seguida por áreas de cerrado. A enzima fosfatase ácida comporta-se de maneira distinta e sua atividade foi reduzida pela substituição da vegetação nativa de cerrado para fins agrícolas. É possível perceber, que o efeito da implantação de culturas perenes (cana-de-açúcar) nos solos de cerrado em Goiás são negativos e promovem alterações nas condições do solo que são visualizadas pela redução da atividade biológica. Esses resultados demonstram que a substituição de mata nativa por sistemas agrícolas, tem ocasionado impactos no ecossistema solo, já que, o desmatamento promove a perda de biodiversidade de microrganismos que são responsáveis pelos processos bioquímicos e ciclagem de nutrientes no solo. Dessa forma, o monitoramento da atividade de enzimas hidrolases pode evidenciar alterações provenientes da conversão do cerrado em sistemas agrícolas e contribuir para avaliação da qualidade dos solos que apresentam diferentes tipos de cultivos agrícolas.

Agradecimentos

À FAPEG - Fundação de Amparo à Pesquisa de Goiás pela concessão da bolsa de mestrado. Capes/FAPEG (AuxPE 2036/2013). Ao Programa Institucional de Bolsas de Incentivo

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