departamento de engenharia agricola e solos - deas universidade estadual do sudoeste da bahia...
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRICOLA E SOLOS - DEASAGRICOLA E SOLOS - DEAS
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIASUDOESTE DA BAHIA
CANDIDATODaniel M. Tapia T
Eng. Agro MScVitória da Conquista - 2008
“ “ Estuda a estrutura e Estuda a estrutura e função do ecossistema solo”função do ecossistema solo”
Estrutura:Estrutura: composição da composição da comunidade biológica e comunidade biológica e componentes abióticoscomponentes abióticos
Função: Função: fluxo de energia, ciclagem fluxo de energia, ciclagem biogeoquímica e regulação mútua biogeoquímica e regulação mútua dos organismos e ambiente dos organismos e ambiente
Ecologia dos solo (ODUM, Ecologia dos solo (ODUM, 1971):1971):
Estrutura dos solosEstrutura dos solos
Componentes abióticosComponentes abióticos
Componentes dos solosComponentes dos solos
Componentes bióticosComponentes bióticos:: Heterogêneos: Heterogêneos: organismos com metabolismo diversos organismos com metabolismo diversos convivendo lado a lado, interagindo em convivendo lado a lado, interagindo em equilíbrio dinâmico muitas vezes com equilíbrio dinâmico muitas vezes com dependência associada e gerando alta dependência associada e gerando alta
biodiversidadebiodiversidade Estão em AEstão em Associação com
componentes abióticoscomponentes abióticosConseqüência do Manejo dos solosConseqüência do Manejo dos solos: : efeitos efeitos
impossíveis de se preverimpossíveis de se prever
Componentes dos solosComponentes dos solos
Componentes bióticos e abióticos do Componentes bióticos e abióticos do solosolo
ÁguaÁguaArAr
AreiaAreia
SilteSilte
Hifas de fungosHifas de fungos
Complexo matéria Complexo matéria orgânica e argilaorgânica e argila
ArgilaArgila
BactériasBactérias
Fatores que afetam a distribuição dos microrganismos no solo
1- Profundidade1- ProfundidadeConcentração Concentração decrescente de decrescente de
microorganismos microorganismos com a com a
profundidade, profundidade, acompanhando a acompanhando a matéria orgânica matéria orgânica
do solo.do solo.
2.8453722.3 508493.274143-75042
2.7463402.4361342.8460262.1453201.7213181.4262160.683120.6436(%)(mg C kg solo-1)(%)
CCmicrmicr/C/CorgorgBiomassa microbianaBiomassa microbianaTeor de argilaTeor de argila
2-Teor de argila sobre a BMS2-Teor de argila sobre a BMS
3-Frações granulométricas do solo na BMS3-Frações granulométricas do solo na BMS
Textura solo: argilo-siltoso
4.14.1132.5132.5< 0.002< 0.002
2.62.6327.5327.50.02-0.0020.02-0.0022.32.363.963.90.05-0.020.05-0.021.81.8283.0283.00.2-0.050.2-0.051.51.5122.0122.0> 0.2> 0.2
2.02.0873.0873.0Solo totalSolo total
(mg kg solo-1)(mm)(mm)
CCmicrmicr/C/CorgorgBiomassa Biomassa microbiana Cmicrobiana C
Fração Fração granulométricagranulométrica
A BMS tem potencial para aumentar N, P e KA BMS tem potencial para aumentar N, P e KDiaz-Raviña et al. (1993), Soil Biol.Biochem.25:25-31Diaz-Raviña et al. (1993), Soil Biol.Biochem.25:25-31
kg hakg ha-1-1
100-600 100-600
50- 50-
300 300
kg hakg ha-1-1
N 120 - 720 (100-700% >)N 120 - 720 (100-700% >)
P 90 – 560 (8-100% >)P 90 – 560 (8-100% >)
K 85 - 475 (1-69% >)K 85 - 475 (1-69% >)
Ca 12 - 66 Ca 12 - 66
Solos agrícolasSolos agrícolas
200-1000200-1000
Solos sob florestaSolos sob floresta
400-1600400-160030 cm30 cm ((gCgCmicrmicr.g.g-1-1))
4- Utilização do solo4- Utilização do solo
Funções gerais dos Funções gerais dos microrganismos nos microrganismos nos
solossolos
Raízes de Raízes de plantas e plantas e
partes partes aéreasaéreas
Número Número aproximado aproximado (porção de (porção de
solo)solo)
BiomasBiomassa sa
(libras/ac(libras/acre)re)
•Últimas Últimas fontes de fontes de
quase todo quase todo carbono no carbono no solo para os solo para os microrganismicrorganis
mosmos• 100100 x mais x mais microrganismicrorganismos perto mos perto das raízes das raízes
das plantas das plantas que numa que numa distância distância
maiormaior
60 – 150 60 – 150 polegadas polegadas (culturas (culturas anuais)anuais)
1.500 – 3,000 1.500 – 3,000 polegadas polegadas (pastagens (pastagens perenes) perenes)
3.0003.000(culturas (culturas anuais)anuais)
15.00015.000(pastage(pastage
ns ns perenes)perenes)
Componentes bióticos dos Componentes bióticos dos solossolos
BactériasBactériasNúmero Número
aproximadaproximado por o por
porção de porção de solosolo
Biomassa Biomassa aproximaaproxima
da da (libras/acr(libras/acr
e)e)
Junto com os Junto com os fungos são o fungos são o grupo mais grupo mais
importante na importante na decomposição da decomposição da matéria orgânica.matéria orgânica.
Compostos Compostos extracelulares extracelulares ajudam a se ajudam a se ligarem às ligarem às
partículas dos partículas dos solos nos solos nos
agregados.agregados. Grupos Grupos
especializados especializados estão envolvidos estão envolvidos em cada etapa do em cada etapa do
ciclo do ciclo do NitrogêneoNitrogêneo
300 milhões – 300 milhões – 50 bilhões 50 bilhões
400 – 4.000400 – 4.000
FungosFungosNúmero Número
aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)
Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)
•Grupo mais Grupo mais envolvido na envolvido na
decomposição de decomposição de compostos compostos resistentes resistentes
(lignina)(lignina)• Crescimento da Crescimento da hifa através do hifa através do solo ajuda sua solo ajuda sua
ligação aos ligação aos agregadosagregados
• Fungos em Fungos em simbiose com simbiose com
raizes de plantas raizes de plantas aumentam a aumentam a absorção de absorção de
nutrientes e água nutrientes e água diminuindo a diminuindo a incidência de incidência de
doençasdoenças
500.000 – 100 500.000 – 100 milhõesmilhões
500 – 5.000500 – 5.000
ActinomicetActinomicetosos
Número Número aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)
Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)
•Tipos de bactéria Tipos de bactéria
com crescimento com crescimento
semelhante aos semelhante aos
fungos e funções fungos e funções
semelhante a semelhante a
ambosambos
• Produzem Produzem
compostos que compostos que
proporcionam ao proporcionam ao
solo um aroma solo um aroma
típicotípico
100 milhões– 100 milhões– 2 bilhões2 bilhões
400 – 4.000400 – 4.000
NematóidesNematóidesNúmero Número
aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)
Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)
•Animais mais Animais mais numerosos no solonumerosos no solo
•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica
100 mil– 50 100 mil– 50 milhõesmilhões
50-10050-100
ArtrópodesArtrópodesNúmero Número
aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)
Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)
•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica
100 - 1000100 - 1000 1-101-10
MinhocasMinhocasNúmero Número
aproximadaproximado (porção o (porção de solo)de solo)
Biomassa Biomassa (libras/acre)(libras/acre)
•Auxiliam outros Auxiliam outros microrganismos na microrganismos na decomposição da decomposição da matéria orgânicamatéria orgânica
0 - 20 - 2 10-4010-40
Biomassa Microbiana nos solosBiomassa Microbiana nos solos
Principal fonte de enzimas no soloPrincipal fonte de enzimas no solo
Responsável por toda a atividade biológicaResponsável por toda a atividade biológica
Catalisa transformações bioquímicas Catalisa transformações bioquímicas
Representam fonte e dreno de Representam fonte e dreno de carbono carbono
Troca de nutrientes entre a Troca de nutrientes entre a atmosfera e o ecossistema solo-atmosfera e o ecossistema solo-plantaplanta
DecomposiçãoDecomposição (aeróbica, anaeróbica) (aeróbica, anaeróbica)
Degradação de moléculas orgânicas Degradação de moléculas orgânicas
complexas complexas ((Pseudomonas sp.)Pseudomonas sp.)
Transformações de nutrientes Transformações de nutrientes (Solubilização (Solubilização
de fosfato, mineralização)de fosfato, mineralização)
Interações mutualísticas Interações mutualísticas (FBN – simbiótica e(FBN – simbiótica e
assimbiótica)assimbiótica)
BactériasBactérias
DecomposiçãoDecomposição (aeróbica e fermentação por leveduras) (aeróbica e fermentação por leveduras)
Degradação de moléculas orgânicas complexas Degradação de moléculas orgânicas complexas
Basidiomicetos – lignina)Basidiomicetos – lignina)
Produção de antibióticos Produção de antibióticos ((Penicillium - penicilina)Penicillium - penicilina)
Solubilizadores de fosfato Solubilizadores de fosfato ((Aspergillus)Aspergillus)
MicorrizasMicorrizas
Agregação do soloAgregação do solo
FUNGOSFUNGOS
Processos em que participamProcessos em que participam
Plantas superiores
GEE Energia solar
Resíduos vegetais
NematóidesÁcaros Minhocas
Matéria orgânica
Protozoários
Bactérias eActinomicetos
GEE Humus
Nutrientes minerais
Nutrientes minerais
Fungos
Produção primáriaProdução primária
Perda deenergiacalórica
Colêmbolas
ConsumidoresConsumidores
Microrganismos e a Microrganismos e a agregação dos solosagregação dos solos
•Solo consiste de:Solo consiste de:Partículas mineraisPartículas minerais
Matéria orgânica Matéria orgânica (proveniente da (proveniente da
decomposição de decomposição de plantas, animais e plantas, animais e microrganismos)microrganismos)
Minerais e partículas Minerais e partículas orgânicas são orgânicas são
intimamente ligadas, intimamente ligadas, formando vários tipos formando vários tipos
de agregadosde agregados
Microrganismos e agregação Microrganismos e agregação (estruturação)dos solos(estruturação)dos solos
Tipos de Tipos de agregadosagregados
Formação dos agregados: Formação dos agregados: etapasetapas Floculação:Floculação: quaquando partículas
primárias permanecem íntimamente
unidas devido a forças interativas
(eletrostática, Van der Waals, e/ou
pontes de hidrogênio)
Cimentação: Cimentação: estabilização dos flóculos
pela ação de agentes cimentantes
(compostos orgânicos, carbonatos, Fe e
óxidos de Al)
Exemplos de Polissacarídeos Exemplos de Polissacarídeos extracelulares derivados de extracelulares derivados de
microrganismos com ação cimentantemicrorganismos com ação cimentantePolissaPolissa
ca-ca-rídeorídeo
MicrorganismoMicrorganismo
XantanaXantanass
Xanthomonas Xanthomonas campestriscampestris
DextranDextranaa
Aerobacter spp, Aerobacter spp, Streptococcus bovisStreptococcus bovis
CurdlanCurdlan Alcaligenes faecalisAlcaligenes faecalis
PullullanPullullan Aureobasidium Aureobasidium pulullanspulullans
Comparação entre Flóculos formados e Comparação entre Flóculos formados e Matéria orgânica dispersa Matéria orgânica dispersa
FlóculosFlóculosMatéria orgânica dispersaMatéria orgânica dispersa
Formação dos agregadosFormação dos agregadosAgregados ou
partículasRaízes
Hifas de fungosPorosSólido
Principais Principais agentes agentes ligantesligantes
Raízes e hifas de Raízes e hifas de fungosfungos
Material húmico
Partículas de argila
Flocos de Partículas de argila
Hifa Bactérias
Partículas de argila
Fragmentos de plantas e fungos
Fragmentos de plantas e fungos no interior de partículas
inorgânicas
Localização dos microrganismos Localização dos microrganismos em agregadosem agregados
Interação entre raízes e Interação entre raízes e hifas de fungoshifas de fungos
Fatores bióticos e abióticos Fatores bióticos e abióticos e a agregação do soloe a agregação do solo
Argila Sílica Sesquióxidos hidratadosSesquióxidos hidratados
Fatores que afetam a agregação do Fatores que afetam a agregação do solosoloFatoresFatores Efeitos ou Efeitos ou
contribuiçãocontribuiçãoTamanho das Tamanho das partículaspartículas
Balanço/ densidade de cargas e Balanço/ densidade de cargas e superfície específicasuperfície específica
Regime hídricoRegime hídrico Ciclos de umedecimento/ Ciclos de umedecimento/ secagemsecagem
Matéria orgânica do Matéria orgânica do solosolo
Substrato microbiano e ação Substrato microbiano e ação cimentantecimentante
Cultivo do soloCultivo do solo Promove a dispersão das Promove a dispersão das partículaspartículas
MicrorganismosMicrorganismos Adesão das partículas e Adesão das partículas e produção de agentes produção de agentes
cimentantescimentantes
MacrorganismosMacrorganismos Promovem aglomeração das Promovem aglomeração das partículaspartículas
Raízes finas Raízes finas Decomposição favorece Decomposição favorece microrganismos; ação mecânica microrganismos; ação mecânica que promove aproximação das que promove aproximação das
partículaspartículas
Balanço entre Balanço entre microrganismos x microrganismos x agregação do soloagregação do solo
MatériaMatéria orgânica vivaMatéria orgânica viva((Principalmente Fungos Principalmente Fungos FilamentososFilamentosos))
Comprimento e Comprimento e espessura de espessura de hifas e raízeshifas e raízes
EstabilidadeEstabilidade
Dos Dos
AgregadosAgregados
≈≈+
Adição de matéria orgânica estéril Adição de matéria orgânica estéril (sem microrganismos, não afeta a (sem microrganismos, não afeta a
agregação....agregação....
O cultivo do solo e a O cultivo do solo e a agregaçãoagregaçãoEstrutura do soloEstrutura do solo
(agregação)(agregação)
Matéria Matéria orgânicaorgânica
MicrorganismMicrorganismosos
ManejoP
rote
geFa
vore
ce
Estimula
Decompõe
Reduz
Protege
Solo como habitatSolo como habitat
Microhabitat ou microsítio: Microhabitat ou microsítio: volume do solo onde células, volume do solo onde células, comunidades ou populações comunidades ou populações microbianas existem e que são microbianas existem e que são afetadas por este microambiente e afetadas por este microambiente e por sua vez também o afetapor sua vez também o afeta Microambiente: Microambiente: situação físico - química no qual uma situação físico - química no qual uma célula, população ou comunidade célula, população ou comunidade microbiana vivem num dado momentomicrobiana vivem num dado momento
ConsideraçõesConsiderações
Complexidade Biológica: Complexidade Biológica: maior diversidade genéticamaior diversidade genética Garante relações diversas: Garante relações diversas: positivas ou negativaspositivas ou negativas Limita explosão Limita explosão
populacionalpopulacional Gera equilíbrio: Gera equilíbrio: tampão tampão
biológico biológico impede a ação de efeitos impede a ação de efeitos
externosexternos
““Solos com comunidade diversa Solos com comunidade diversa de organismos se recuperam de organismos se recuperam
melhor do stress”melhor do stress”
Equilíbrio biológico de um Equilíbrio biológico de um ecossistemaecossistema
1- Papel dos 1- Papel dos microrganismos no solomicrorganismos no solo
1- Gênese do solo: 1- Gênese do solo: espécies fotossintéticas e fixadoras do nitrogêneo (Cianobactérias e lìquens)
AnabaenaAnabaena
FBNFBN FotossínteseFotossíntese
2- Intemperismo: 2- Intemperismo: através de através de participação de reações que participação de reações que liberam prótons, nutrientes liberam prótons, nutrientes inorgânicos e ácidos orgânicosinorgânicos e ácidos orgânicos
3- Agregação do solo:3- Agregação do solo:
4- Interações com partículas do solo4- Interações com partículas do solo::
pili, Flagelospili, Flagelos
Enzimas: funçõesEnzimas: funções
Catalizadoras das reações bioquímicas e Catalizadoras das reações bioquímicas e
parte integral da ciclagem de nutrientesparte integral da ciclagem de nutrientes• Ciclo do C Ciclo do C – glicosidase (liberação de açúcares• Ciclo do N Ciclo do N – ureases, amilases e proteases (liberação de N-inorg)• Ciclo do S Ciclo do S – arilsulfatase (libera SO4-)• Ciclo do P Ciclo do P – fosfatases ácidas e alcalinas (liberação de P-inorg)• Desidrogenase Desidrogenase – indicar o estado • metabólico
5- Enzimas microbianas5- Enzimas microbianas: : ex.ureases e ex.ureases e proteasesproteases
6- Utilização de substratos por 6- Utilização de substratos por microrganismos como fonte de microrganismos como fonte de
energiaenergia MO do solo: plantas e outros
organismos
Substâncias recalcitrantes: Naturais: ex. húmus
Artificiais: xenobióticos
7- Microrganismos e pH do solo7- Microrganismos e pH do solo
8- Microrganismos e água dos 8- Microrganismos e água dos solossolos
Filmes de água:Filmes de água: maior sítio de atividade microbianamaior sítio de atividade microbiana
• Movimentação dos microrganismos Movimentação dos microrganismos entre os porosentre os poros• Acesso facilitado à substratosAcesso facilitado à substratos
9- Interação entre 9- Interação entre microrganismosmicrorganismos Micorrizas Micorrizas: : Associação Associação SimbióticaSimbiótica positiva positiva
Pinusspp.(Pine)Endomicorrizas Endomicorrizas arbusculararbuscular
EctomicorrizasEctomicorrizas
9- Interação entre 9- Interação entre microrganismosmicrorganismos Líquens: Líquens: Associação Associação SimbióticaSimbiótica positiva positiva
Bioindicadores da qualidade do solo: sensíveis à poluição
10- Interação entre os 10- Interação entre os microrganismos:microrganismos:
Nódulos de Nódulos de Rhizobium:Rhizobium: associação associação Simbiótica positivaSimbiótica positiva
Pisumsativum(pea)
Fixação do nitrogênio no solo
11- Interação entre os 11- Interação entre os microrganismos:microrganismos:
ComensalismoComensalismo:: associação Simbiótica associação Simbiótica positivapositiva
MicrorganisMicrorganismo mo
AA
MicrorganisMicrorganismo mo
BB
Beneficia Beneficia
•Desinto- xicando o ambiente
•Conver- tendo substratos
** Super-Comensalis-moMas não é prejudicadoMas não é prejudicado
12- Interação entre 12- Interação entre os microrganismos:os microrganismos: Parasitismo Parasitismo Associação Associação simbiótica negativasimbiótica negativa
DoençasDoenças
13-Interação entre os 13-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Competição: Competição: associação associação simbióticasimbiótica negativa negativa
Mesmo MicrohabitatMesmo MicrohabitatMaior habilidade Maior habilidade
genéticagenética
14-Interação entre os 14-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Predação: Predação: associação simbióticaassociação simbiótica negativa negativa
14-Interação entre os 14-Interação entre os microrganismos:microrganismos: Amensalismo: Amensalismo: associação associação simbióticasimbiótica negativa negativa
Conclusão Conclusão Clima úmido Clima árido
Temp. intermediárias
(17-27 oC)
Temperaturas
extremas
pH do solo
5-8
pH alto
ou baixo
Floresta descídua
Floresta tropical
Floresta coníferas
Pastagem permanente Cultivo contínuo
Retôrno de resíduos
compostagem
Excesso fertilizantes
e pesticidas
Boa drenagem
aeração
Impedimento drenagem
inundação
Biomassa Biomassa DiversidadeDiversidade
Biomassa Biomassa DiversidadeDiversidade
INTER-RELAÇÕES INTER-RELAÇÕES BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA e GASES DO MICROBIANA e GASES DO SOLOSOLO
BIOMASSA BIOMASSA MICROBIANA MICROBIANA
GASES DO GASES DO SOLOSOLO
Quais são as principais relações ?
biomassamicrobiana decomposição da MOS
• imobilização de nutrientes
• mineralização de nutrientes
• produção/oxidação de gases
efeito estufa
CO2
N2O
CH4
fatores ambientais trocas solo/atmosfera
1-15 Mg.ha-1.ano-1
Biomassa Biomassa microbianamicrobiana
7-10 Mg.ha-1.ano-1
15-16 Mg.ha-1.ano-1
Floresta tropical
Pastagem
Cultura anual
NH4+
NO3-
Humus
CO2
N2OCH4NOx
No soloNo solo
Em soluçãoEm solução
Na atmosferaNa atmosfera
Ca+
K+ PO3-
Mg
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