UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CÂMPUS DE BOTUCATU QUALIDADE FÍSICA E QUÍMICA DO SOLO EM FUNÇÃO DO SISTEMA DE PRODUÇÃO E DA APLICAÇÃO SUPERFICIAL DE SILICATO E CALCÁRIO EM EXPERIMENTO DE LONGA DURAÇÃO JAYME FERRARI NETO BOTUCATU – SP Março de 2016 Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia (Agricultura) UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CÂMPUS DE BOTUCATU QUALIDADE FÍSICA E QUÍMICA DO SOLO EM FUNÇÃO DO SISTEMA DE PRODUÇÃO E DA APLICAÇÃO SUPERFICIAL DE SILICATO E CALCÁRIO EM EXPERIMENTO DE LONGA DURAÇÃO JAYME FERRARI NETO Orientador: Prof. Dr. Carlos Alexandre Costa Crusciol Co-orientador: Prof. Dr. Ciro Antonio Rosolem BOTUCATU – SP Março de 2016 Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia (Agricultura) III Aos meus queridos pais, Jayme Ferrari Junior e Aparecida Odiléia de S. Ferrari Às minhas irmãs Ana Carolina Ferrari e Adriana Cristina Ferrari DEDICO À minha noiva Lívia, E aos meus amigos do coração OFEREÇO “Sejam alegres na esperança, pacientes na tribulação e perseverantes na oração.” (Rm 12, 12) IV AGRADECIMENTOS A Deus. A Nossa Senhora Aparecida pela intercessão junto a Deus. Ao Prof. Dr. Carlos Alexandre Costa Crusciol pela orientação e amizade. Ao Prof. Dr. Ciro Antonio Rosolem, pela co-orientação, no momento em que o orientador realizava seu pós-doutoramento no exterior, e pelos ensinamentos e conselhos repassados. Ao Prof. Dr. Alan Franzluebbers, da Universidade Estadual da Carolina do Norte – Raleigh (EUA), pela oportunidade, colaboração e ensinamentos durante o estágio no exterior, e acima de tudo, à amizade, e também às suas técnicas, Ellen Leonard e Erin Silva, que me ajudaram muito nas análises realizadas, à elas meu respeito, consideração, admiração e amizade. Aos grandes amigos que fiz durante o período que passei em Raleigh-Carolina do Norte: Carolina Mata Machado, Wedisson Santos, Carolina Benjamin, Luciano Gattiboni, sua esposa Marisa e seu filho Eduardo, Michael Hukulak, Caroline Rodrigues, Rodolfo Vieira, Thays Quadros, Dircélio Nascimento, Oswaldo Medina, Wilmer Javier Pacheco, Kristie Yamamoto, Petra Chang, Liliane Borsatti, Bruna Line, Leonardo Deiss, Thays Schneider, Naiana Manzke, Ana Sevarolli Loftus, Ashty Mizelle, Mary “Molly” Pershing, Janet “Janny” Chappell, Alceu Assmann, Tangriani Assmann, Sarah Lyons, Anthea Saez, Juan Calviño, Juliana Silva, Christiane Martins, Sheila Santos, Mariana Mesquita, Andrew Whitaker, Elizabeth “Liz” Gillispie, Shelby, Adam Shelton, Fatemeh, Ling OU, Angel Cruz e Sean. À Universidade Estadual da Carolina do Norte, pela oportunidade e suporte para realização do estágio no exterior. À Faculdade de Ciências Agronômicas, pela oportunidade e suporte para a realização do doutorado. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pela concessão da bolsa de estudos (no país Processo FAPESP no 2011/10566-6 e no exterior Processo FAPESP no 2013/18594-4). Aos membros da banca examinadora, Dr. Gustavo Spadotti Amaral Castro, Prof. Dr. Munir Mauad, Prof. Dr. Juliano Carlos Calonego e Prof. Dr. Dirceu Maximino V Fernandes pela disponibilidade, atenção, correções, sugestões e críticas construtivas que contribuíram muito para o resultado final desta tese. À coordenação do curso de Pós-Graduação em Agronomia (Agricultura), pela dedicação e qualidade de ensino. À Matsuda, unidade de Presidente Prudente-SP, representada pelo Engenheiro Agronômo Pedro Henrique Lopes Lourençoni, pela concessão das sementes da forrageira semeada em 2013. Aos professores do Departamento de Produção e Melhoramento Vegetal – DPMV. Aos funcionários do DPMV: Vera, Eliane, Dorival, Valéria, Célio, Waldemir (FIO), Mateus, Casemiro, Cidão, Camargo e Cirinho, pelos serviços prestados e pela amizade. Aos funcionários da biblioteca e da seção de Pós Graduação, pela atenção e serviços prestados. Aos amigos da pós graduação:Fábio Rafael Echer, Rodrigo Foltran, Rodrigo Garcia, Edemar Moro, Francisco Rafael da Silva Pereira, Juliana Campana, Breno Kennedy, Ewerton Gasparetto, Antonio Carlos Carmeis Filho, Jader Nantes, Jorge Martinelli, Bruno C Aires, Letusa Momesso, Katiuça Sueko, Ariani Garcia, Renata Marques, Maurício Mancuso, Samuel Fioreze, Gustavo Castoldi, Laércio e Laerte Pivetta, Danielle Scudelleti, Otavio Bagiotto Rossato, Cleiton Alves, Murilo de Souza, João Paulo Rigon, Silvia Capuani, Danilo Almeida, Rubiana, Renake, Denise Basso, Bruna Luiza de Souza, Camila T Aquino, Fabiany Liliany, Leticia Moreno, Lucas Perim, Tiara Guimarães, Natalia Corniani e Gabriela Ferraz pelo companheirismo de sempre. A todos os amigos da agronomia turma XL, em especial a André Alencar Giorgetti, André Godoy da Silva, Hermelindo Giacon Neto, Bianca Franco Schrepel, Pamela Stuani, Vanessa Van Mellis, Hélio Makoto Umemura, Johnny Oliveira, Rodrigo Félix, Monique Medeiros e Alexandre Barreiro. Aos queridos amigos da turma XLI da agronomia: Rodrigo Werle, Marcella Menegale, Samuel Zoca e da turma XLVI: Jéssica Danila Silva, Aline Retz e Débora Pantojo de Souza. Aos queridos Matheus Gabriel Palhano e Aline Coelho Frasca que iniciaram essa empreitada como estagiários e hoje são pós graduandos, eu agradeço a colaboração, profissionalismo e entusiasmo que demonstraram e também a amizade e aos momentos de descontração que tivemos. VI A João Arthur Antonangelo pela parceria realizada e por sua amizade. Aos ex-estagiários Felipe de Andrade Faleco, Gabriela R. Roque, Daniele D. Becero, Dênis E. Bôa, Lucas A. Rozas, Luiz E. Ricardo, Manoela C. Oliveira, Mariana Damha, Rafael Soares, Tamires E. Ferreira, e Yuri Kacuta, pela essencial ajuda na condução deste trabalho e pela amizade. Aos meus amigos Gustavo S. A. Castro e Claudio Hideo Martins da Costa pelos anos de boa convivência e pela parceria em diversas experimentações desde a graduação. Aos amigos de Botucatu-SP, Italo Farias Noesse, Felipe Alves, Gabriel Canavarro, Tiago Donini, Hermes Moreira Junior, Giórgia Bonini, Diego Acerra Calani, Júlio e Nando Bull pela descontração nas horas de descanso e apoio nos momentos difícieis, fundamentais para a conclusão desta tarefa. À minha noiva Lívia, por seu amor, incentivo, companheirismo, estando sempre ao meu lado nos bons e maus momentos. À família da minha noiva a qual considero como minha família também. Aos meus pais e irmãs, pelo amor incondicional e apoio em todos os momentos, vocês foram meu maior incentivo para vencer os desafios que apareceram em minha vida.Também ao meu cunhado Rodrigo Acerra Calani por sua amizade e companheirismo de longa data. Gostaria de deixar os meus votos de sincera gratidão a todos os que me ajudaram a superar um pequeno problema de saúde com orações, indicações de profissionais, conversas e conselhos. Seria impossível colocar o nome de todos e seria injusto se eu me esquecesse de alguém. Muito obrigado, terei vocês sempre em meu coração. A todos aqueles que, de alguma maneira, contribuíram para a realização deste trabalho. VII SUMÁRIO Lista de Tabelas ................................................................................................................... IX Lista de Figuras .................................................................................................................. XII 1. RESUMO ...................................................................................................................... 1 2. SUMMARY .................................................................................................................. 3 3. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 5 4. Revisão de literatura ...................................................................................................... 9 4.1. Sistema plantio direto ............................................................................................. 9 4.2. Correção da acidez do solo em SPD ..................................................................... 10 4.3. Uso do silicato como corretivo da acidez do solo ................................................ 17 4.3.1. O Silício ......................................................................................................... 19 4.3.2. O Silício no solo ............................................................................................ 19 4.3.3. O Silício nas plantas ...................................................................................... 22 4.4. Rotação de culturas para regiões de inverno seco ................................................ 24 4.5. Importância e dinâmica da matéria orgânica dos solos (MOS) ............................ 33 5. MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................... 41 5.1. Localização e caracterização climática da área experimental............................... 41 5.2. Histórico da área experimental ............................................................................. 43 5.3. Delineamento experimental e tratamentos. ........................................................... 44 5.4. Critérios para aplicação e características dos corretivos de acidez do solo .......... 46 5.5. Condução do experimento .................................................................................... 47 5.5.1. Culturas de verão – Safra............................................................................... 47 5.5.2. Cultura de safrinha......................................................................................... 49 5.5.3. Adubos verdes ............................................................................................... 50 5.5.4. Forrageira perene - Urochloa brizantha ........................................................ 51 5.5.5. Pousio ............................................................................................................ 52 5.6. Amostragens e avaliações realizadas .................................................................... 52 5.6.1. Atributos químicos do solo ............................................................................ 52 5.6.2. Atributos físicos do solo ................................................................................ 52 5.6.3. Quantidade acumulada de massa de matéria seca ......................................... 54 5.6.4. Carbono e nitrogênio total e mineralizável, carbono da biomassa microbiana e fracionamento físico da matéria orgânica do solo – Universidade Estadual Da Carolina Do Norte – EUA. .......................................................................................... 55 5.6.5. Análises do C e N total, mineralizável, C da biomassa microbiana, fracionamento físico da matéria orgânica e estoque de C. .......................................... 55 5.6.6. Produção de massa de matéria seca de parte aérea e diagnose de macronutrientes e Si das culturas ................................................................................ 59 5.6.7. Componentes da produção e produtividade de grãos .................................... 60 5.7. Análise estatística ................................................................................................. 61 6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 62 6.1. Matéria orgânica do solo ....................................................................................... 62 6.2. C e N total, mineralizável, carbono da biomassa microbiana (CBMS) e fracionamento físico da matéria orgânica do solo. .......................................................... 67 6.3. Características químicas do solo ........................................................................... 79 6.3.1. Doze meses após a última aplicação dos corretivos ...................................... 80 6.3.2. Vinte e quatro meses após a última aplicação dos corretivos...................... 100 6.4. Atributos físicos do solo ..................................................................................... 118 6.5. Produção de massa de matéria seca de parte aérea, nutrição, componentes da produção e produtividade de grãos. ............................................................................... 125 VIII 6.5.1. Ano agrícola 2011/2012 .............................................................................. 125 6.5.2. Ano Agrícola 2012/2013 ............................................................................. 141 7. Respostas às hipóteses ............................................................................................... 155 8. CONCLUSÕES ......................................................................................................... 157 9. Referências Bibliográficas ......................................................................................... 159 IX LISTA DE TABELAS Tabela 1. Características químicas iniciais do solo avaliadas de 0 a 0,60m de profundidade em 2006. .............................................................................................................................. 42 Tabela 2. Caracterização granulométricas do solo da área experimental realizada em 2006. ............................................................................................................................................. 42 Tabela 3. Diâmetro médio ponderado (DMP), diâmetro médio geométrico (DMG) e índice de estabilidade de agregados (IEA) do solo por ocasião da caracterização da área experimental realizada em 2006. ......................................................................................... 42 Tabela 4. Densidade do solo (Ds), porosidade total (Pt), microporosidade (Mic) e macroporosidade (Mac) do solo, por ocasião da caracterização da área experimental realizada em 2006. ............................................................................................................... 42 Tabela 5. Esquema das rotações de culturas de 2006 a 2013 que compuseram os sistemas I (safra-forrageira), II (safra-safrinha), III (safra-adubo verde) e IV (safra-pousio). ............ 44 Tabela 6. Valores da saturação por bases (V%) e capacidade de troca catiônica (CTC) na camada de 0 a 0,20 m do solo verificados em dezembro de 2010 nos 4 sistemas de produção estudados onde a correção da acidez do solo foi realizada em 2006 por meio da aplicação do calcário ........................................................................................................... 46 Tabela 7. Quantidade de massa de matéria seca acumulada, em Mg ha-1, de 2006 a 2013, em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos da acidez do solo. ......... 63 Tabela 8. Probabilidade dos valores de F referentes ao N e C mineralizáveis e carbono da biomassa microbiana do solo (CBMS) nas camadas de 0-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m de profundidade do solo em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos.... 70 Tabela 9. N e C Mineralizáveis e C da biomassa microbiana (CBMS) nas camadas de 0,00- 0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m de profundidade do solo. ..................................................... 71 Tabela 10. Probabilidade dos valores de F para nitrogênio total (NT), C orgânico total (COT), N particulado (NP), C orgânico particulado (COP), C associado aos minerais (COAM), relação C/N e labilidade da matéria orgânica (COP/COAM), nas profundidades 0,00-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos. ............................................................................................................................ 75 Tabela 11. Nitrogênio total (NT), C orgânico total (COT), C orgânico particulado (COP), N particulado e C orgânico associado aos minerais (COAM), nas profundidades 0,00-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos. ............................................................................................................................................. 76 Tabela 12. Relação C/N e labilidade da matéria orgânica do solo (COP/COAM) nas profundidades 0,00-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos....................................................................................................... 77 Tabela 13. Desdobramento da interação dos sistemas de produção e corretivos da acidez do solo quanto à labilidade da matéria orgânica do solo COP/COAM na profundidade de 0 a 0,05 m. ................................................................................................................................. 78 X Tabela 14. Estoques de carbono orgânico total (COT) nas camadas 0,00-0,05; 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m do solo em função em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos. ............................................................................................................................ 79 Tabela 15. Probabilidade dos valores de F para densidade do solo (DS), micro (MIC), macro (MAC) e porosidade total do solo (PT), diâmetro médio ponderado (DMP), diâmetro médio geométrico (DMG), índice de estabilidade dos agregados (IEA) e resistência mecânica do solo à penetração (RP) nas profundidades de 0-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos. ............... 119 Tabela 16. Densidade (DS), micro (MIC), macro (MAC) e porosidade total do solo (PT) nas profundidades 0-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos..................................................................................................... 120 Tabela 17. Diâmetro médio ponderado (DMP), diâmetro médio geométrico (DMG), índice de estabilidade dos agregados (IEA) e resistência mecânica do solo à penetração nas profundidades 0-0,05, 0,05-0,10 e 0,10-0,20 m em função do sistema de produção e da aplicação dos corretivos..................................................................................................... 121 Tabela 18. Teores foliares de macronutrientes e Si do feijão em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo e dos sistemas de produção em sistema plantio direto. ........ 126 Tabela 19. Produção de massa de matéria seca de parte aérea, componentes da produção e produtividade da cultura do feijão em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo e dos sistemas de produção em sistema plantio direto. ..................................................... 129 Tabela 20. Teores foliares de macronutrientes e silício das plantas de trigo em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo em sistema de plantio direto. ......................... 133 Tabela 21. Massa de matéria seca de parte aérea, componentes da produção e produtividade do trigo em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo em sistema plantio direto. ..................................................................................................................... 134 Tabela 22. Teores de macronutrientes e silício da massa de matéria seca de parte aérea do milheto por ocasião do 1o e 2o cortes, 52 e 130 DAE, respectivamente, em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo em sistema plantio direto............................... 136 Tabela 23. Massa de matéria seca de parte aérea por ocasião do 1º e 2º cortes, 52 e 130 DAE, respectivamente, antes da dessecação aos 190 DAE, e massa de matéria seca de parte aérea total do milheto em função da aplicação dos corretivos em sistema plantio direto. ................................................................................................................................. 138 Tabela 24. Teores de macronutrientes e silício da matéria seca da parte aérea da Urochloa brizantha antes do manejo com triturador de palha horizontal (130 DAE) em função da aplicação dos corretivos da acidez do solo em sistema plantio direto............................... 139 Tabela 25. Massa de matéria seca de parte aérea antes do manejo com triturador de palha horizontal (130 DAE) e antes da dessecação (190 DAE) e massa de matéria seca total da Urochloa brizantha em função da aplicação superficial de calcário e silicato. ................. 140 Tabela 26. Teores de macronutrientes e Si foliares do arroz em função da aplicação dos corretivos e dos sistemas de produção em sistema plantio direto. .................................... 142 Tabela 27. Produção de massa de matéria seca de parte aérea, componentes da produção e produtividade da cultura do arroz em função da aplicação superficial de calcário e silicato e dos sistemas de produção em sistema plantio direto. ........................................................ 145 XI Tabela 28. Produção de massa de matéria seca de parte aérea e teores de macronutrientes e silício por ocasião do florescimento da crotalária em função da aplicação de calcário e silicato em sistema de plantio direto.................................................................................. 149 Tabela 29. Teores de macronutrientes e silício da massa de matéria seca da parte aérea da Urochloa brizantha aos 110 DAE em função da aplicação de calcário e silicato em sistema de plantio direto. Botucatu, Estado de São Paulo, Brasil, 2013. ....................................... 150 Tabela 30. Teores foliares de macronutrientes e silício do trigo em função da aplicação calcário e silicato em sistema de plantio direto. ................................................................ 152 Tabela 31. Massa de matéria seca de parte aérea, componentes da produção e produtividade do trigo em função da aplicação de calcário e silicato. .............................. 153 XII LISTA DE FIGURAS Figura 1. Precipitação pluvial (▐ ), temperaturas máxima (▬) e mínima (─), registradas durante a condução do experimento, nos anos agrícolas de 2011/12 e 2012/13. ................ 43 Figura 2. Incubador (A), Amostras “branco” referente a cada caixa e termômetros dentro do incubador (B), Caixas com capacidade para armazenar 25 frascos de 1L cada dentro do incubador (C), Amostras de solo acondicionadas nos dessecadores (D) e amostras prontas para serem tituladas (E). ...................................................................................................... 58 Figura 3. Valores de matéria orgânica (M.O.) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos corretivos da acidez do solo. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ..................................................................................................................................... 65 Figura 4. Valores de matéria orgânica (M.O.) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos corretivos da acidez do solo. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ..................................................................................................................................... 66 Figura 5. Valores do potencial hidrogeniônico (pH) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a ú ltima aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ........ 81 Figura 6. Valores de hidrogênio e alumínio (H + AL) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...... 82 Figura 7. Valores de alumínio trocável (Al+3) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ................. 85 Figura 8. Valores de fósforo (P) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ........................................ 87 Figura 9. Valores de potássio (K) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. ............................................................................................................................... 90 XIII Figura 10. Valores de cálcio (Ca) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ........................................ 93 Figura 11. Valores de magnésio (Mg) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ................. 94 Figura 12. Valores de silício (Si) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ........................................ 95 Figura 13. Valores de saturação por bases (V%) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)),12 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...... 97 Figura 14. Valores do potencial hidrogeniônico (pH) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)),24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. .... 100 Figura 15. Valores de hidrogênio e alumínio (H + AL) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. .... 102 Figura 16. Valores de alumínio trocável (Al+3) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ............... 104 Figura 17. Valores de fósforo (P) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...................................... 106 Figura 18. Valores de potássio (K) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...................................... 109 Figura 19. Valores de cálcio (Ca) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...................................... 112 XIV Figura 20. Valores de magnésio (Mg) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ............... 113 Figura 21. Valores de silício (Si) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. ...................................... 114 Figura 22. Valores de saturação por bases (V%) do solo em diferentes sistemas de produção (Forrageira (A), Safrinha (B), Pousio (C), e Adubo Verde (D)) em função de aplicação ou não de corretivos (calcário ( ), silicato (∆) e controle (♦)), 24 meses após a última aplicação dos mesmos. Barras horizontais indicam o DMS pelo teste de LSD. .... 115 1 1. RESUMO A adoção do sistema plantio direto (SPD) foi um dos grandes avanços da agricultura brasileira, e, diversos sistemas de produção agrícola são empregados nesse sistema. Da mesma forma que no sistema convencional de manejo do solo, no SPD também existe a necessidade de aplicação de insumos, especialmente, materiais corretivos da acidez. Os objetivos foram avaliar a influência da aplicação superficial dos corretivos da acidez do solo e dos sistemas de produção nas características físicas e químicas, bem como nas frações da matéria orgânica do solo, nutrição e produtividade das culturas graníferas em região de inverno seco. Este projeto foi continuação de um experimento instalado no ano agrícola 2006/2007, na Fazenda Experimental Lageado, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP, localizada no município de Botucatu (SP), e foi conduzido durante os anos agrícolas 2011/2012 e 2012/2013. As parcelas foram constituídas por quatro sistemas de produção (I. Sistema “Safra consorciada com Forrageira”; II. Sistema “Safra – safrinha”; III. Sistema “Safra – Pousio”; IV. Sistema “Safra – Adubo Verde/Planta de Cobertura”) e as subparcelas por duas fontes de corretivos de acidez aplicados em outubro de 2006 e 2011, e o tratamento controle (I – Correção com calcário dolomítico; II – Correção com silicato de cálcio e magnésio; III – Sem correção). O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, no esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. Foram realizadas as seguintes avaliações: as frações da matéria orgânica do solo (MOS) aos 24 2 meses após a última aplicação dos corretivos, os atributos químicos do solo aos 12 e 24 meses após a última aplicação dos corretivos, os atributos físicos do solo aos 24 meses após a última aplicação dos corretivos, teores de macronutrientes e silício e produção de massa de matéria seca de parte aérea em todas as culturas, componentes da produção e produtividade das culturas graníferas. O uso de espécies do gênero Urochloa em rotação com culturas graníferas aumenta os valores do C mineralizável, C da biomassa microbiana do solo (CBMS), C orgânico particulado (COP), C orgânico associado aos minerais (COAM) e do C orgânico total (COT) na camada de 0 a 0,05 m do solo. Quanto aos corretivos da acidez, aos 24 meses após a última aplicação dos corretivos, nota-se que há mais C mineralizável e CBMS na camada de 0 a 0,05 m do solo, por consequência da calagem. Quanto aos atributos químicos do solo, no período entre 12 e 24 meses após a última aplicação dos corretivos ocorre máxima reação dos corretivos da acidez no solo, aumentando a saturação por bases até a profundidade de 0,40 m. A reação do silicato é mais rápida que a reação do calcário, sendo o silicato mais eficiente que o calcário, principalmente, com relação à disponibilização de P, além de aumentar a concentração de Si no solo. O uso de forrageiras na rotação de culturas (sistema safra-forrageira) melhora a microporosidade na camada de 0 a 0,05 m de profundidade e a estabilidade dos agregados na camada de 0,10 a 0,20 m do solo. Com relação aos corretivos da acidez do solo, do mesmo modo que constatado para à MOS, não há efeito negativo da aplicação dos corretivos da acidez do solo nos atributos físicos do mesmo. As produtividades do feijão, arroz e do trigo cultivado na entressafra do primeiro ano agrícola são superiores por consequência da aplicação do silicato. As culturas do feijão e arroz são mais produtivas quando cultivadas sobre a fitomassa de forrageiras (sistema safra-forrageira). A produtividade do arroz quando cultivado após o trigo é baixa, não sendo indicada a sucessão de cultivos entre essas culturas. Palavras-chave: sistema plantio direto, culturas anuais, correção da acidez do solo, carbono-orgânico. 3 PHYSICAL AND CHEMICAL QUALITY OF THE SOIL AS A FUNCTION OF THE CROP SYSTEM AND SURFACE APPLICATION OF SILICATE AND LIME IN A LONG TERM EXPERIMENT Botucatu, 2016, p. 184. Tese (Doutorado em Agronomia/Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”. Author: Jayme Ferrari Neto Adviser: Carlos Alexandre Costa Crusciol Co-adviser: Ciro Antonio Rosolem 2. SUMMARY The adoption of the no-tillage system (NTS) was one of the great advances in Brazilian agriculture, and several crop systems are used in this system. As well as observed in conventional soil management in a NTS there is also the need for application of soil acidity amendments. The aims were to evaluate the influence of surface application of soil acidity amendments and crop systems in the physical and chemical attributes, as well as in the fractions of soil organic matter, nutrition and grain yield of the crops in dry winter region. The present study was conducted in 2011/2012 and 2012/2013 and it was a sequence of a long term study that had been conducted since 2006/2007 in the College of Agricultural Sciences – FCA/UNESP, in Botucatu-SP, Brazil. The experimental design was the complete randomized block with split plots and four replications. Main plots consisted of four cropping rotations (“Season-Forage”; “Season-off-season”; “Season-Fallow” and “Season-Green manure”) and subplots by two sources of soil acidity amendments (dolomitic lime, calcium/magnesium silicate) plus a control, with no soil acidity correction. The following evaluations were performed:soil organic matter (SOM) fractions at 24 months after the last application of soil acidity amendments, chemical soil properties at 12 and 24 months after the last application of soil acidity amendments, soil physical properties at 24 months after the last application of soil acidity amendments, macronutrients and silicon concentrations and shoot dry matter of all crops, yield components and grain yield of the cash crops. The use of Urochloa spp in rotation with cash crops increases the values of mineralizable C, soil microbial biomass C (CBMS), 4 particulate organic carbon (POC), organic carbon associated with minerals (COAM) and total organic carbon (TOC) in the 0 to 0.05 m from the ground. At 24 months after the last application of the soil acidity amendments there are more mineralizable C and CBMS in the 0 to 0,05 m from the ground, as a consequence of the superficial liming. Between 12 and 24 months after the last application of the soil acidity amendments occurs maximum reaction of lime and silicate, increasing the base saturation to a depth of 0.40 m. The silicate reaction is faster than lime reaction, being silicate more efficient than lime, particularly in increase P availability, besides increase the Si concentration in the soil. The use of the forage crop rotation (Season- forage system) improves microporosity in the 0 to 0.05 m depth and stability of aggregates in the 0.10 to 0.20 m depth. Regarding the soil acidity amendments, as well as observed for the MOS, there are not negative effect as a consequence of the application of soil acidity amendments in the soil physical attributes. The grain yield of common bean, rice and wheat grown in the off season of the first year are higher as a consequence of the application of silicate. The grain yields of common bean and rice are higher when grown on the straw of forage (Season - forage). The grain yield of rice when grown after wheat is low and is not recommended the succession between these crops. Keywords: no tillage system, annual crops, correction of soil acidity, organic carbon. 5 3. INTRODUÇÃO Os solos tropicais são caracterizados por serem ácidos, altamente intemperizados e de baixa fertilidade natural. Assim, um dos grandes avanços da agricultura brasileira foi a descoberta da correção da acidez do solo por meio da aplicação e posterior incorporação do calcário no solo por operações mecânicas como as arações e gradagens. Outro grande avanço da agricultura nacional foi a adoção do sistema plantio direto (SPD) que trouxe consigo benefícios relacionados à manutenção de fitomassa vegetal sobre a superfície do solo, como a proteção do solo contra agentes erosivos, notadamente o impacto das águas das chuvas, a maior conservação de água no solo ao serem reduzidas as perdas de água pelo processo de evaporação bem como menores amplitudes térmicas nas camadas superficiais do solo que são favoráveis aos processos fisiológicos como a germinação das sementes e posterior crescimento das plantas, bem como a fixação biológica de nitrogênio por bactérias. Ainda sobre os benefícios do SPD, na literatura existem relatos positivos quanto às propriedades químicas, físicas e biológicas do solo e também com relação ao estoque de carbono e às frações da matéria orgânica do mesmo, porém esses benefícios são mais difíceis de serem alcançados em regiões que possuem distribuição de chuvas irregular em determinado período do ano, como as regiões de inverno seco, pois muitas vezes não se consegue realizar um segundo cultivo durante o ano agrícola. 6 Nesse sentido, a maior limitação para a sustentabilidade do SPD em regiões de inverno seco, como na grande maioria do território do Estado de São Paulo e do Brasil Central, caracterizada pelo Bioma Cerrado, é a baixa produção de fitomassa no período de outono/inverno e inverno/primavera, devido às condições climáticas desfavoráveis, notadamente baixa disponibilidade hídrica e elevadas temperaturas. Assim, ocorre a rápida decomposição da fitomassa de plantas graníferas leguminosas e gramíneas cultivadas no verão, como soja, milho, arroz e feijão, havendo alta probabilidade de insucesso das culturas de safrinha. Logo, muitas áreas destas regiões ficam ociosas durante sete meses do ano e com baixa cobertura vegetal sobre o solo, comprometendo a viabilidade e sustentabilidade do sistema plantio direto. Para minimizar este problema, os produtores estão optando pela integração de culturas como milho, soja, arroz, feijão e sorgo, com plantas forrageiras, notadamente as espécies do Gênero Urochloa (Syn. Brachiaria), semeadas concomitantemente ou em rotação, como forma de produção de forragem no período de menor disponibilidade nessa região, e, de fitomassa para o sistema plantio direto na safra seguinte. Trabalhos têm relatado vários efeitos benéficos do consórcio entre culturas graníferas e forrageiras perenes, como, reciclagem de nutrientes, maior estabilidade de agregados, maior aeração e retenção de água no solo, supressão de plantas daninhas, além do aumento do estoque de carbono total, do carbono contido nas frações lábeis ou até mesmo nas frações estáveis da matéria orgânica do solo, garantindo assim estabilidade ao sistema de produção. Assim, como descrito para as forrageiras, os adubos verdes e ou plantas de cobertura, também são opções de culturas a serem semeadas no período de entressafra, visando melhorar as propriedades do solo. O cultivo da crotalária adiciona nitrogênio ao sistema por meio da fixação simbiótica, além disso, essa leguminosa é eficiente na supressão de nematóides, sendo essa última característica responsável pelo aumento do cultivo dessa espécie de adubo verde nas regiões produtoras de grãos do Cerrado. O milheto é uma planta de cobertura eficaz na produção de massa de matéria seca, reciclagem de nutrientes, dentre outros, sendo apontado como uma das culturas responsáveis pela expansão do SPD na Região Central do Brasil. Essa planta de cobertura produz quantidade de fitomassa que pode ser superior a 14 Mg ha-1, cobre rapidamente a superfície do solo, sendo eficiente em competir com as plantas daninhas por 7 água, luz e nutrientes. Além disso, o milheto possui crescimento radicular vigoroso, que também pode promover melhorias nos atributos físicos do solo como aumentar a aeração e a retenção de água e também pode contribuir para reduzir a compactação. Dentro desse contexto, a utilização dos adubos verdes ou plantas de cobertura pode ser viabilizada semeando-os em sucessão à cultura granífera no final da estação chuvosa. O cultivo de uma cultura granífera no período de entressafra é uma das formas de se evitar os períodos de pousio e também aumentar a renda do produtor rural. Nesse contexto, o cultivo do trigo na entressafra no bioma Cerrado deve ser incentivado pelos órgãos governamentais devido à importância da cultura para o Brasil e para o mundo, pois esse cereal de inverno está entre os principais produtos utilizados para a alimentação da população brasileira e mundial. Na região do Cerrado, o cultivo do cereal pode ser realizado sob regime de sequeiro ou irrigado, permitindo também a semeadura no período de entressafra no SPD. No entanto, além da escolha das espécies vegetais que irão compor as rotações de culturas, a correção da acidez do solo deve ser feita, pois o não revolvimento do solo no SPD e o conseqüente acúmulo de resíduos vegetais e fertilizantes na superfície aceleram o processo de acidificação do solo. A calagem é prática essencial para que sejam alcançados os tetos produtivos das culturas, tendo como benefício a neutralização da acidez do solo, o fornecimento de cálcio e magnésio, a redução da toxidez de alumínio, o aumento da disponibilidade de nutrientes e o aumento da saturação por bases do solo. Contudo, no SPD, a calagem é realizada mediante a aplicação do calcário na superfície do solo, sem incorporação. Porém, esse método de calagem ainda é bastante questionado, pois o calcário é um produto que apresenta baixa solubilidade em água. Outro problema relacionado à aplicação de calcário em superfície, no sistema plantio direto, é a correção da acidez em subsuperfície, que limita, em muitos casos, o crescimento radicular e a absorção de água e nutrientes pelas plantas. Isso porque a reação lenta do calcário pode não corrigir a acidez e a deficiência de cálcio e magnésio e aumentar a disponibilidade de nutrientes e a saturação por bases em subsuperfície, em tempo hábil para evitar que o agricultor corra risco de não alcançar produtividades satisfatórias em razão da ocorrência de veranicos, além da possibilidade de ocorrer uma superdosagem do calcário nos primeiros centímetros do solo. 8 Os silicatos de cálcio e magnésio provenientes das escórias de siderurgia são materiais que se comportam de forma semelhante ao calcário, e geralmente são materiais mais solúveis que o calcário, podendo a aplicação superficial destes ser uma alternativa viável para correção da acidez e aumentar a disponibilidade de nutrientes e a saturação por bases do solo em profundidade e em menor tempo que o calcário, além de fornecer silício às plantas, elemento benéfico capaz de proteger as plantas, principalmente as gramíneas, contra estresses bióticos e abióticos e também aumentar sua eficiência fotossintética. Outro ponto a ser considerado é o interesse em se identificar sistemas de produção que favoreçam não só o aporte de C, mas que promovam a estabilidade da matéria orgânica dos solos (MOS), para que sejam promovidas as melhorias nos atributos químicos do solo, como o aumento da CTC, nos atributos físicos, como o aumento da macro, micro e porosidade total do solo, além de aumentar o estoque de C dos solos tropicais. No entanto, pesquisas sobre a dinâmica da correção da acidez do solo nos diferentes sistemas de produção agrícola por meio da aplicação superficial do calcário e silicato em SPD, em experimentações de longa duração, são escassas, mas são extremamente importantes para que se possa conhecer a influência dos corretivos nas frações da MOS, nas características físicas e químicas do solo dos diferentes sistemas de produção, bem como na nutrição e produtividade das culturas graníferas em região de inverno seco. Assim, o presente trabalho possui as seguintes hipóteses: 1- O silicato de cálcio e magnésio corrige mais rapidamente a acidez do perfil do solo que o calcário no sistema plantio direto. 2 – O sistema safra consorciada com forrageira promove as melhores condições edáficas, por conseqüência da inserção de forrageiras no sistema de produção. 3 – As produtividades das culturas de verão são maiores no sistema safra consorciada com forrageira. 4 – As produtividades das culturas graníferas são superiores quando a correção da acidez do solo é feita por meio da aplicação superficial do silicato, comparativamente, à calagem superficial. Dessa forma, os objetivos do trabalho foram avaliar a influência da aplicação superficial dos corretivos da acidez do solo e dos sistemas de produção nas características físicas e químicas, bem como nas frações da matéria orgânica do solo, nutrição e produtividade das culturas graníferas em região de inverno seco. 9 4. REVISÃO DE LITERATURA 4.1. Sistema plantio direto A introdução do SPD, a partir da década de 70 no sul do Brasil, foi um dos maiores avanços no processo produtivo da agricultura brasileira (LOPES et al., 2004; GARCIA et al., 2013). Desde então, a área cultivada sob esse sistema aumentou de forma exponencial, e recentemente ocupou aproximadamente 27 milhões de hectares (CAIRES, 2013). O Cerrado é o bioma predominante do Brasil central, e abrange cerca de 205 milhões de hectares. A maioria dos solos dessa região são Latossolos (46%) caracterizados por serem solos altamente intemperizados, profundos, de baixa fertilidade natural, alta saturação de alumínio, e alta fixação de P (FAGERIA; BALIGARD, 2008). Embora de baixa fertilidade natural, estas áreas possuem topografia favorável para agricultura e temperaturas adequadas para o crescimento das plantas durante todo o ano. A introdução do sistema plantio direto foi um dos fatores que tornou possível a exploração contínua e racional do Cerrado, trazendo incrementos na produção agrícola nacional, elevando a produtividade e a competitividade de nossos produtos. O SPD tem se destacado como uma das estratégias mais eficientes para melhorar a sustentabilidade do sistema agrícola em regiões de clima tropical e subtropical, reduzindo as perdas de solo e nutrientes por erosão (HOBBS et al, 2008), e a expansão de áreas sobre SPD ocorre de maneira mais rápida na América do Sul, onde 10 países como Argentina, Brasil, Paraguai e Uruguai utilizam este sistema em aproximadamente 70% do total de sua área agricultável (DERPSCH; FRIENDRICH, 2009). A adequada utilização do SPD preconiza o não revolvimento do solo, exceto nos sulcos de semeadura (AMARAL et al., 2004a) e a manutenção dos restos culturais sobre a superfície do solo, resultando na proteção contra o impacto das gotas da chuva, o que favorece a infiltração, reduz as perdas de água por escoamento superficial e de solo e nutrientes por erosão, e diminui a amplitude térmica do solo ao longo do dia (HERNANI et al., 1999). Como os solos tropicais brasileiros são ácidos, há a necessidade de estudos relacionados à correção da acidez do solo no SPD, por meio da aplicação superficial de corretivos da acidez do solo (CASTRO, 2012). 4.2. Correção da acidez do solo em SPD A acidez do solo é um dos fatores que mais limitam a produtividade das culturas. Cerca de 17% da África, 6% da Austrália e Nova Zelândia, 10% da Europa, 26% da Ásia e 41% da América possuem solos ácidos (VON UEXKULL; MUTERT, 1995). Estas áreas ácidas representam parte significativa de pelo menos 48 países em desenvolvimento localizados principalmente em áreas tropicais, sendo mais freqüentes em Latossolos e Argissolos na América do Sul e em Latossolos africanos (NARRO et al., 2001). Na América do Sul, 85% dos solos são ácidos, e aproximadamente 850 milhões de hectares desta área não são devidamente aproveitados (FAGERIA; BALIGAR, 2008). O cerrado brasileiro, principal região produtora de grãos do país, possui 205 milhões de hectares, sendo a maioria dos solos desta região representados por Latossolos (46%), Argissolos (15%) e Neossolos (15%), solos estes caracterizados por possuírem baixa fertilidade natural, deficiência em Ca e Mg, alta saturação por alumínio e alta capacidade de fixação do P (FAGERIA; STONE, 1999). Apesar dessas características negativas, quando as limitações químicas são eliminadas pela aplicação de corretivos da acidez do solo e utilização de adequadas quantidades de fertilizantes, as produtividades das culturas obtidas nesses solos situam-se entre as maiores do mundo (SANCHEZ; SALINAS, 1981). 11 No entanto, a não movimentação promove modificações químicas no solo em função do acúmulo de resíduos vegetais, corretivos e fertilizantes na sua superfície e, segundo Rheinheimer et al. (1998), estas modificações ocorrem de forma gradual e progressiva, a partir da superfície do solo, e afetam tanto a disponibilidade de nutrientes quanto o processo de acidificação do solo. A calagem é prática usual na correção da acidez do solo e por consequência de sua reação no solo os valores do pH e a saturação por bases são elevados, as concentrações de Ca e Mg aumentam e a concentrações do Al diminuem, alterando a disponibilidade de nutrientes para as plantas (MIRANDA; MIRANDA, 2000). Além do calcário, outros materiais podem ser utilizados como corretivos de acidez, desde que contenham um “constituinte neutralizante” ou “princípio ativo”, óxidos, hidróxidos, carbonatos e silicatos de cálcio e/ou magnésio (ALCARDE, 1985). Os silicatos de cálcio e magnésio são semelhantes aos carbonatos em sua composição, portanto, estas fontes podem substituir, e com vantagens, o calcário (CARVALHO-PUPATTO et al., 2004; RAMOS et al., 2006). Devido à semelhança entre os corretivos, a recomendação de aplicação dos silicatos pode ser baseada em qualquer um dos métodos utilizados para recomendação de calagem. Segundo Alcarde e Rodela (2003) o silicato de cálcio é 6,78 vezes mais solúvel que o carbonato de cálcio (CaCO3 = 0,014 g dm-3; CaSiO3 = 0,095 g dm-3), sendo uma boa opção para aplicação superficial no SPD (CARVALHO-PUPATTO et al., 2004). Castro e Crusciol (2013ab) obtiveram resultados positivos com o uso de ambas as fontes de correção da acidez do solo em SPD, os autores observaram aos 6 meses após a aplicação dos corretivos, silicato e calcário, aumento dos valores de pH, Ca, Mg e V% e decréscimo das concentrações de Al e H+Al até 0,10 m de profundidade, e aos 18 meses após a aplicação dos corretivos esses efeitos foram observados até 0,40 m, sendo verificada menor concentração de Al na profundidade de 0,20 a 0,40 m por consequência da silicatagem em relação à calagem. Com relação ao P os efeitos ficaram restritos às camadas superficiais do solo, pois aos 6 meses após a aplicação dos corretivos houve aumento da concentração desse elemento até 0,05 m do perfil do solo, sendo esse aumento maior em função da silicatagem, e, aos 18 meses a concentração de P aumentou até 0,10 m de profundidade, não havendo diferenças quanto as fontes dos corretivos da acidez aplicados. 12 Os materiais corretivos utilizados são pouco solúveis e os produtos da reação do calcário têm mobilidade limitada, a ação da calagem superficial normalmente fica restrita às camadas superficiais do solo, conforme observado por Ritchey et al. (1982), Caires et al. (1998), Alleoni et al. (2005) e Caires et al. (2006), porém alguns pesquisadores têm demonstrado que os benefícios acima citados podem ocorrer também na subsuperfície do solo (OLIVEIRA; PAVAN, 1996; CAIRES et al., 1999; RHEINHEIMER et al., 2000; FRANCHINI et al., 2000; CAIRES et al., 2011; CASTRO; CRUSCIOL, 2013ab). A amenização da acidez abaixo da camada de deposição do corretivo da acidez do solo só ocorre quando o pH na zona de dissolução do calcário atinge valores da ordem de 5,0 a 5,6 (RHEINHEIMER et al., 2000; CAIRES et al., 2005). Conforme relatado por Caires (2013), nos solos ácidos com cargas variáveis a calagem superficial normalmente não tem efeito rápido na redução da acidez das camadas subsuperficiais do solo. No entanto, ao longo dos anos os efeitos nocivos da acidez das camadas mais profundas do solo podem ser amenizados. Assim, em função do tempo após a aplicação superficial do calcário, vai ocorrendo a correção da acidez da superfície em direção às camadas mais profundas do solo. Mello et al. (2003) destacaram que em apenas 12 meses, os atributos químicos do solo (pH, H+Al, Ca e Mg) podem ser alterados positivamente, na camada de 0 a 0,10 m em função da aplicação superficial do calcário. Soratto e Crusciol (2008), observando os resultados da aplicação superficial de doses de calcário ao longo de 18 meses, observaram a elevação dos teores de Ca e Mg nas camadas de 0 a 0,05 m e 0,05 a 0,10 m nos primeiros 6 meses e até a camada de 0,20 a 0,40 m aos 12 e 18 meses após a aplicação inicial do corretivo. O mesmo foi observado por Marcolan e Anghinoni (2003), porém segundo os autores, isto só ocorre em SPD consolidado (8 – 12 anos de SPD). Nestas condições, Caires et al. (2011) observaram elevação do pH do solo até a profundidade de 0,60 m, 8 anos após a aplicação do calcário. Caires et al. (2008) demonstraram que a reaplicação superficial de calcário em solo já corrigido por meio da calagem superficial pode facilitar a movimentação dos produtos da reação do calcário para as camadas subsuperficiais, proporcionando melhorias ainda mais acentuadas na acidez do perfil do solo. Nesse estudo, os autores relataram que quando foi aplicado superficialmente 3 Mg ha-1 de calcário a aproximadamente 7 anos após a primeira aplicação de 6 Mg ha-1 de calcário, foram 13 observados os mais baixos níveis de Al3+ trocável e de saturação por Al3+ até a profundidade de 0,60 m do perfil do solo. Os mecanismos que podem estar envolvidos na melhoria das condições de acidez em subsuperficie por meio da aplicação superficial de corretivos em SPD são o deslocamento vertical das partículas finas do corretivo decorrentes de condições favoráveis de estruturação do solo, mobilização química dos corretivos em formas inorgânicas, principalmente sais de nitrato e sulfato, e orgânicas. O deslocamento físico das partículas do corretivo através de canais formados por raízes mortas, mantidos intactos em razão da ausência de revolvimento do solo é relatado por diversos autores (OLIVEIRA; PAVAN, 1996; PETRERE; ANGHINONI, 2001; AMARAL et al., 2004b). Também ocorre a formação de planos de fraqueza no solo que permitem o deslocamento físico das partículas finas dos corretivos da acidez do solo através do movimento descendente da água (PETRERE; ANGHINONI, 2001; AMARAL et al., 2004b). Conforme relatado por Caires et al. (1999), a ausência de efeito da calagem superficial sobre o pH nas camadas intermediárias de solo, voltando a atuar em profundidade, é um indício de que não deve ocorrer acentuado deslocamento físico do calcário, devendo a elevação do pH nas camadas subsuperficiais do solo ser atribuída a outros mecanismos. Dessa forma, a maior parte do efeito da calagem em profundidade é devido à movimentação de íons (TEDESCO; GIANELLO, 2000). Assim, a água que infiltra no solo, normalmente está enriquecida com os produtos da dissolução do calcário, responsáveis pela neutralização da acidez e aumento dos cátions de reação básica, permitindo as melhorias das condições da acidez em subsuperfície (RHEINHEIMER et al., 2000). Pode ocorrer também, o arrasto das partículas dos corretivos pela água de infiltração nas galerias de organismos do solo e macrocanais biológicos (RHEINHEIMER et al., 2000), formados pela mesofauna do solo (ácaros e colêmbolas) e macrofauna (minhocas, besouros, cupins, formigas, dentre outros). A incorporação biológica do corretivo da acidez pela ação dos microorganismos também pode ocorrer, pois corresponde a mais de 95% da decomposição ocorrida no solo, sendo que os outros 5% da fauna participam com o rearranjo dos detritos e sua desintegração, podendo haver assim a incorporação dos restos vegetais da superfície juntamente com o corretivo aplicado (HOLTZ; SÁ, 1995). 14 A pequena mobilização do solo que ocorre na linha de semeadura em SPD, também contribui com a movimentação física do calcário em função da incorporação ocorrida nesta região, e, com os repetidos ciclos de semeadura, auxilia no caminhamento em profundidade das partículas do corretivo (RHEINHEIMER et al., 2000). Dentro desse contexto, conforme relatado por Tedesco e Gianello (2000), a maior parte do efeito da calagem em profundidade é devido à movimentação de íons. Nesse mecanismo, a dissolução do calcário em solos ácidos, promove a liberação dos ânions OH- e HCO3 -, que reagem com os cátions de reações ácidas da solução do solo H+, Al3+, Fe2+, Mn2+, ocorrendo, posteriormente, a formação e a migração de Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2 para as camadas subsuperficiais do solo (OLIVEIRA; PAVAN, 1996; RHEINHEIMER et al., 2000). Costa (2000), em estudos com calagem superficial em SPD, verificou aumento nos teores de Mg na solução do solo, em todo o perfil do solo, indicando movimentação para as camadas subsuperficais do Mg oriundo da reação de hidrólise do calcário dolomítico aplicado em superfície. Os resultados confirmaram a hipótese estabelecida por Oliveira e Pavan (1996), de formação de pares iônicos entre o bicarbonato, cálcio e magnésio facilitando o seu movimento no perfil do solo. Quando o pH da solução do solo alcança valores superiores a 5,5, a espécie HCO3 - passa a estar presente como forma estável na solução e sua concentração aumenta até atingir valores máximos na faixa de pH 8,0 e 8,5 (BOHN et al., 1979). Nessas condições, o HCO3 - pode migrar com o Ca2+ e o Mg2+, corrigindo a acidez do solo além do local de aplicação do calcário (OLIVEIRA; PAVAN, 1996). Entretanto, enquanto existir cátions ácidos na camada superficial a reação de neutralização da acidez ficará limitada à essa camada, não havendo o efeito nas camadas subsuperficiais do solo (RHEINHEIMER et al., 2000). A eficiência da calagem superficial sobre a elevação do pH, movimentação de bases trocáveis e redução da acidez potencial (H+Al), nas camadas subsuperficiais, tem sido associada por alguns autores ao manejo de resíduos orgânicos (MIYAZAWA et al., 1996; OLIVEIRA; PAVAN, 1996; FRANCHINI et al., 2001; MEDA et al., 2001; MEDA et al., 2002; MIYAZAWA et al., 2000; MIYAZAWA et al., 2002; ZIGLIO et al., 1999). Segundo Caires et al. (2000) e Miyazawa et al. (2000), a permanência de resíduos vegetais na superfície e a ausência de revolvimento do solo reduzem a taxa de decomposição dos ligantes orgânicos por microrganismos, sendo que com a disponibilidade de água, os compostos orgânicos podem ser solubilizados e 15 lixiviados. Tal fato, somado ao constante aporte de resíduos, possibilita a produção contínua desses compostos orgânicos, podendo resultar em sua perenização no solo (AMARAL et al., 2004a). De acordo com Miyazawa et al. (1996) e Franchini et al. (2001), o provável mecanismo de lixiviação de bases trocáveis em áreas de SPD está relacionado à formação de complexos orgânicos hidrossolúveis presentes nos restos das plantas, sendo esses ácidos orgânicos responsáveis por promoverem as maiores alterações químicas até as camadas subsuperficiais dos solos. Na camada superficial do solo, os ligantes orgânicos complexam o Ca2+ e o Mg2+ trocáveis, formando um composto estável ou com carga negativa, o que facilita sua mobilidade no solo (MIYAZAWA et al., 2000). Na camada subsuperficial, o Ca2+ e o Mg2+ dos complexos Ca- ligante orgânico e Mg-ligante orgânico são deslocados pelo alumínio trocável do solo, porque os íons Al3+ formam complexos mais estáveis que o Ca2+ e o Mg2+, diminuindo a acidez trocável e aumentando o cálcio trocável (CAIRES et al., 1998). O efeito do resíduo vegetal na mobilidade dos produtos da dissolução do calcário no solo varia com a espécie de planta, com as variedades de uma mesma espécie e com o estádio em que a planta é manejada (MEDA et al., 2002; FRANCHINI et al., 2003). Além disso, os resíduos produzidos pelas plantas de cobertura são mais eficientes do que os de culturas comerciais obtidos após a colheita de grãos (FRANCHINI et al., 1999ab; 2003; MEDA et al., 2001; MIYAZAWA et al., 2002). Franchini et al. (2003) avaliando a composição orgânica da fração solúvel de resíduos vegetais observaram que a capacidade desses materiais na mobilização de cátions em solos ácidos estava relacionada com o teor de ácidos orgânicos de baixo peso molecular, tais como: citrico, málico, t-aconítico entre outros, cuja presença na planta está diretamente relacionada com a atividade metabólica e conseqüentemente com seu estádio de desenvolvimento, o que os torna mais abundantes nos resíduos manejados em seu pleno crescimento vegetativo ou início do florescimento, situação comum em plantas de cobertura. Franchini et al. (2001) verificaram que a presença de compostos orgânicos hidrossolúveis de baixo peso molecular favoreceu o deslocamento do calcário no perfil do solo até os 0,20 m, enquanto que a ausência dos mesmos proporcionou correção da acidez do solo apenas nos 0,05 m iniciais. 16 Os efeitos dos compostos orgânicos solúveis presentes nas plantas de cobertura sobre a química dos solos ácidos são de curto prazo (MIYAZAWA et al, 1993) e não condizem aos efeitos de longo prazo relacionados à dinâmica da matéria orgânica do solo (FRANCHINI et al., 2004). Além disso, o cultivo de leguminosas na rotação de culturas com as plantas de cobertura e ou a adubação com fontes inorgânicas de N podem causar acidificação do solo com o tempo, e anular o efeito das plantas de cobertura na neutralização da acidez do solo (CAIRES, 2013). Contudo, estudos sobre esse assunto precisam ser realizados em campo em experimentos de longa duração. Ainda segundo Caires (2013), a melhoria das condições de acidez nas camadas subsuperficiais do solo em função da calagem superficial tem ocorrido com maior frequência em solos com elevado teor de matéria orgânica, há longo período em SPD. Outro aspecto interessante sobre a correção da acidez do solo no SPD é que tem sido observada menor toxicidade do Al3+ nesse sistema. Concentrações de Al3+ trocável consideradas tóxicas em solos ácidos não tem causado restrição ao crescimento de raízes de soja e milho (CAIRES et al., 2001; 2004), na ausência de limitação hídrica em SPD. Esses efeitos têm sido relacionados com a menor concentração de espécies tóxicas como o Al3+ e AlOH2+ e maior concentração de Al complexado com ligantes orgânicos. A complexação do Al com ligantes orgânicos no SPD tem ocorrido predominantemente com ácidos orgânicos de alto peso molecular (ALLEONI et al., 2010). A menor fitotoxicidade do Al também pode ser consequência dos maiores teores de Ca2+ e Mg2+ trocáveis dos solos manejados em SPD, devido à mais alta CTC a pH 7,0 oriunda do maior aporte de matéria orgânica. Em solos ácidos manejados em plantio direto, os teores de Ca2+ e Mg2+ trocáveis muitas vezes são suficientes para atender à demanda das culturas (CAIRES et al., 1998; 1999). O maior teor de matéria orgânica e a maior concentração de nutrientes na superfície do solo sob plantio direto podem alterar a dinâmica do Al em solução (CAIRES, 2013). Essas duas características reduzem a atividade do Al e o seu potencial químico pela formação de complexos de Al ligados à matéria orgânica e pela maior força iônica da solução do solo (SALET et al., 1999). A maior umidade que ocorre nas camadas superficiais do solo, em razão da cobertura vegetal que reduz as perdas de água por evaporação, pode proporcionar 17 adequada absorção de nutrientes pelas plantas mesmo em condições de elevada acidez (CAIRES; FONSECA, 2000). Contudo, o fato da toxicidade do alumínio ser menor em SPD não significa que devem ser aplicadas menores quantidades dos corretivos da acidez do solo, pois em condições de déficit hídrico, o crescimento radicular, a absorção de nutrientes e a produtividade das culturas serão afetados negativamente, conforme Caires et al. (2008b) observaram na cultura do trigo. Além de tudo o que foi relatado na presente revisão, o poder tampão do solo e a qualidade do corretivo da acidez aplicado também influenciarão na reação do corretivo da acidez no solo. O tamponamento também afeta a profundidade de atuação das reações de correção do solo provocadas pela calagem (ERNANI et al., 2001). O poder tampão de um solo está ligado à sua capacidade de resistir às aplicações de ácidos ou bases, sem sofrer grandes alterações em seu pH. Esta capacidade encontra-se associada aos constituintes do solo. Assim, solos argilosos ou com elevados teores de matéria orgânica, geralmente apresentam maior poder tampão, pois os pontos de troca dos colóides orgânicos e minerais, funcionam como receptores e fornecedores de H+, mantendo o pH do solo sem grandes alterações (LUCHESE, et al. 2001). Pöttker e Ben (1998) observaram que em um solo de textura média houve maior efeito da calagem aplicada em superfície na correção da acidez em profundidade em comparação a um solo de textura argilosa. A qualidade do corretivo utilizado também pode ter influência na velocidade de correção da acidez do solo. De modo geral, quanto menor a granulometria do corretivo, mais rápida é a sua reação no solo (GONÇALVES et al., 2011). No entanto, a velocidade de reação e o efeito residual do corretivo são grandezas inversas. Contudo, são necessários estudos a respeito da velocidade de correção bem como do efeito residual dos corretivos da acidez do solo em SPD. 4.3. Uso do silicato como corretivo da acidez do solo Segundo Alcarde (1985), além do calcário, outros materiais podem ser utilizados como corretivos da acidez do solo, desde que contenham um “constituinte neutralizante” ou “princípio ativo” como os óxidos, hidróxidos, carbonatos e silicatos de 18 cálcio e/ou magnésio. Os silicatos de Ca e Mg, por possuírem composição semelhante aos carbonatos, podem substituir o calcário e com vantagens (CORREA et al., 2007), podendo sua recomendação de aplicação ser baseada em qualquer um dos métodos utilizados para recomendação de calagem. Uma das vantagens é que o silicato de cálcio é 6,78 vezes mais solúvel que o carbonato de cálcio (CaCO3 = 0,014 g dm-3; CaSiO3 = 0,095 g dm-3) (ALCARDE; RODELA, 2003), sendo uma boa opção para aplicação superficial no SPD (CARVALHO-PUPATTO et al., 2004). Um grande número de materiais que possuem o silicato em sua constituição podem ser utilizados para a correção da acidez dos solos como escórias de siderurgia, wollastonita, metassilicato de cálcio, silicato de potássio, silicato de cálcio e silicato de magnésio (PRADO; FERNANDES, 2001; CASTRO, 2009), esses materiais promovem a elevação do pH, dos teores de cálcio e de magnésio trocáveis, da CTC e da saturação por bases dos solos, aumentam a disponibilidade de fósforo e silício e reduzem a toxidez de ferro, manganês e alumínio (CASTRO; CRUSCIOL, 2013ab, PRADO; FERNANDES, 2003; KORNDORFER et al., 2002; PULZ et al., 2008). Outras vantagens são referentes ao fornecimento de Si para as culturas, pois apesar do silício não ser considerado nutriente, Barbosa Filho et al. (2000) e Korndörfer et al. (2002) relataram que as gramíneas como um todo, quando bem nutridas com silício, conseguem acumular grandes quantidades deste elemento na epiderme foliar, aumentando a resistência da parede celular e assim diminuindo a perda de água por evapotranspiração, elevando a tolerância à pragas e doenças e, também, a eficiência fotossintética. No Brasil são produzidas cerca de 6,25 milhões de toneladas de escórias de siderurgia (MEDEIROS et al. 2009), como subproduto da mineração do ferro e da produção do aço, consideradas as fontes mais abundantes e baratas de silicatos. Assim, os materiais inertes do minério de ferro e do carvão, que não foram reduzidos no processo siderúrgico de formação do aço, combinam-se com o cálcio (Ca) e o magnésio (Mg) do calcário, dando origem à escória de siderurgia (PEREIRA, 1978). O uso das escórias de siderurgia na agricultura, além dos benefícios supracitados referentes à correção da acidez do solo e fornecimento de Si às plantas, pode 19 evitar um problema ambiental ao ser dado destino a um resíduo da indústria siderúrgica, desde que não contenham metais pesados em concentrações tóxicas ou contaminantes ao solo. 4.3.1. O Silício O Si é o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, tem sido motivo de várias pesquisas que tem demonstrado os seus efeitos benéficos para a agricultura, pois contribui para o crescimento e produção vegetal, principalmente, aumentando a tolerância de grande número de espécies vegetais aos estresses bióticos e abióticos (MA, 2004; GUNES et al., 2007; HATTORI et al., 2005). O registro da utilização do Si como fertilizante se deu há algum tempo e, curiosamente um dos primeiros experimentos contendo Si ainda está sendo conduzido, depois de 100 anos de avaliação na estação de Rothamsted (Inglaterra). Os efeitos benéficos foram observados até a década de 70, onde as maiores produtividades e disponibilidade de P para as plantas foram encontradas nas parcelas fertilizadas, anualmente, com 450 kg ha-1 de silicato de sódio (RUSSEL, 1976). 4.3.2. O Silício no solo No processo de formação dos solos, o Si se apresenta como um dos principais elementos constituinte dos argilo-minerais e pode afetar de forma significativa à nutrição das plantas. Em geral, os solos possuem de 5 a 40% de Si na sua composição (MA et al., 2001). Essa grande variação percentual deve-se ao grau de intemperismo dos solos. Os mais intemperizados, como os Latossolos, possuem baixos teores, enquanto solos mais jovens como os Cambissolos concentram maiores teores do elemento (TISDALE et al., 1985). Em solos de textura e idade variadas do Estado de São Paulo, Raij et al. (1973) verificaram os menores valores de Si solúvel em um Latossolo fase arenosa, e os maiores valores num Podzólico argiloso, atribuindo a referida observação à reduzida porcentagem de argila no Latossolo, aliada à menor superfície específica total para o Argissolo, menos intemperizado e mais argiloso. Os autores verificaram ainda, teores de Si extraível com CaCl2 0,0025 mol L-1 variando de 1 a 43 mg dm-3, sendo os maiores valores 20 encontrados nos solos mais argilosos e havendo também relação inversa com o grau de intemperismo. Considerando-se a série liotrópica dos elementos no solo (FASSBENDER, 1978), onde os nutrientes são classificados de acordo com a susceptibilidade de lixiviação e com seu raio iônico, temos que o silicato é um dos elementos mais facilmente lixiviáveis no perfil do solo. A partir disso, pode-se estabelecer que, assim como o Na e o K, o íon silicato apresenta menor efeito agregante no solo, o que facilita o caminhamento do elemento ao longo do perfil, aumentando perdas por lixiviação, evidenciada nos baixos teores deste elemento em solos tropicais (MENEGALE et al., 2015). Entretanto, o silício está presente no solo de diversas formas, como constituinte dos minerais primários, minerais secundários e adsorvido aos colóides do solo. Contudo, a maior concentração do nutriente se encontra na forma de ácido monosilícico (H4SiO4), disponível na solução do solo, onde a maior parte não se encontra dissociada, elevando a possibilidade de perdas por lixiviação. As principais fontes do nutriente, presentes na solução do solo são provenientes da decomposição de resíduos vegetais, dissociação do ácido silícico polimérico, liberação de Si dos óxidos e hidróxidos de Fe e Al (JONES; HANDRECK, 1967). Além disso, podemos incluir o nutriente no sistema a partir da adição de fertilizantes silicatados e também da água de irrigação (MENEGALE et al., 2015). Contudo, a quantidade do elemento disponível na solução do solo é diretamente dependente da estabilidade dos minerais da fase sólida, ocorrendo, portanto, correlação positiva entre os teores do elemento e a quantidade de argila no material coloidal (MEYER; KEEPING, 2001). Um dos fatores mais estudados e que interfere na solubilidade do silício no solo, em condições aeróbicas, é o pH. A adsorção de silício monomérico por hidróxidos de ferro e alumínio recém-precipitados e por argilas de um Latossolo aumenta com a elevação do pH de 4,0 até 9,0 (MCKEAGUE; CLINE, 1963), fato este evidenciado pela maior absorção de Si observada em plantas de arroz submetidas à elevação do pH do solo (OLIVEIRA et al., 2007). Outros autores também relataram que a absorção desse elemento benéfico pelas plantas está intimamente relacionada ao pH do solo (OLIVEIRA et al., 2007; CASTRO; CRUSCIOL, 2013ab). 21 Além da correção da acidez do solo realizada pelo silicato podemos citar, também, a “competição” entre os íons silicato e fosfato pelo mesmo sítio de adsorção dentro do complexo de troca de íons no solo. Sugere-se que os íons silicato deslocam os íons fosfato dos colóides, liberando-os para a solução do solo, pelo fato dos ânions silicatos ocuparem os mesmos pontos de adsorção dos ânions fosfatos (EPSTEIN; BLOOM, 2006). Dentro desse contexto, um estudo realizado por Pozza et al. (2007) a fim de quantificar a dessorção competitiva entre os ânions silicato e fosfato na fração argila gibbsítica de um Gleissolo Melânico, com o silicato e o fosfato previamente adsorvidos ao material coloidal, adicionou-se, em sequência, o fosfato e o silicato intercalados, esse estudo demonstrou que a aplicação prévia do silicato reduziu a fixação de fosfato. Desse modo, a aplicação prévia do silicato favoreceu a disponibilidade do fosfato em solos altamente intemperizados, evidenciando a interação desses ânions. Pulz et al. (2008), avaliando os efeitos da aplicação do silicato de cálcio e magnésio e calcário na correção da acidez do solo, e sua consequente influência na nutrição e produtividade de tubérculos de batata, relataram que o material silicatado proporcionou maior disponibilidade de P e Si no solo e maior absorção destes elementos pelas plantas de batata, resultando maior produtividade, além da melhor arquitetura das plantas. Em ensaio realizado em um Latossolo Vermelho distroférrico avaliando-se o efeito de doses de silicato de cálcio combinadas com calcário (0+0, 2+0, 4+0, 6+0, 2+4, 4+2, e 0+6 Mg ha-1, respectivamente) na fertilidade do solo e nas plantas de Urochloa brizantha submetidas a diferentes intensidades de pastejo, Luz et al. (2011) verificaram maiores valores de pH e das concentrações de Ca, Mg, K e maior saturação por bases (V%), além da menor concentração de H+Al em função da aplicação do silicato nas profundidades de 0-0,10, 0,10-0,20 e 0,20-0,40 m em um curto período de reação dos materiais no solo (45 dias); entretanto, o calcário proporcionou melhor efeito de correção a longo prazo (365 dias).Os autores concluíram que as concentrações de nutrientes das folhas não foram influenciadas pela aplicação do silicato de cálcio, mas aumentou-as no solo e nas plantas, culminando na maior produção de massa de matéria seca de parte aérea da forrageira. 22 4.3.3. O Silício nas plantas O Si não é considerado elemento essencial às plantas (JONES; HANDRECK, 1967) porque não atende aos critérios diretos e indiretos de essencialidade. No entanto, Epstein e Bloom (2006) citaram efeitos benéficos relatados em culturas adubadas com Si como resistência às doenças e pragas, resistência à toxidez provocada por metais, menor evapotranspiração, aumento da nodulação em leguminosas, aumento da atividade de enzimas, efeitos na composição mineral, dentre outros. Por isso, o Si é classificado como elemento benéfico ou útil (MARSCHNER, 1995). A absorção do Si é um processo ativo, com gasto energético, mesmo quando as raízes estão na presença de altas concentrações do elemento (MALAVOLTA, 2006), pois as plantas absorvem Si exclusivamente como ácido monossilícico, também chamado de ácido ortosilícico [Si(OH)4] (ELAWAD; GREEN JUNIOR, 1979). Essa forma monomérica de ácido silícico é encontrada na água doce e salgada em baixas concentrações, e se gelatiniza formando sílica gel quando em elevadas concentrações ou baixo pH (CALOMME et al., 2002). Contudo, o solo não é o único meio de fornecer Si às plantas. Mitani et al. (2009) identificaram dois genes transportadores de silício presentes em milho, o ZmLsi1 e o ZmLsi6, sendo que o primeiro é mais expressivo em raízes, enquanto o segundo ocorre mais em folhas. O transporte do Si é feito pelo xilema e sua distribuição depende das taxas de transpiração dos diferentes órgãos da planta. O elemento é imóvel na planta e, em plantas de arroz, é depositado nas lâminas foliares, bainhas foliares, colmos, cascas e raízes, sendo que na lâmina foliar o acúmulo é maior que na bainha foliar (TANAKA; PARK, 1966). O Si acumula-se nos tecidos de todas as plantas, representando entre 0,1 a 10% da massa de matéria seca das mesmas. Existem duas hipóteses para a ação do Si nas plantas. Na primeira, considerada como barreira física, o Si depositado na epiderme das folhas de arroz está diretamente relacionado à resistência das plantas às doenças fúngicas, cujo mecanismo de resistência mais aceito é de natureza mecânica (BARBOSA FILHO et al., 2000). A segunda é considerada uma barreira química, e explicaria melhor o efeito benéfico do elemento, que tem levado a incrementos no crescimento e na produtividade final das culturas, uma vez que este elemento atua de forma indireta sobre alguns aspectos fotossintéticos e bioquímicos, e especialmente quando estas plantas estão submetidas a algum tipo de estresse, seja de natureza biótica ou abiótica (MA; YAMAJI, 2006; 23 ABDALLA, 2011). O mais provável, é que ambas possuam sua participação, proporcionando os benefícios observados nas mais diversas culturas. O fornecimento de Si pode ainda reduzir a perda de água por transpiração (MA; YAMAJI, 2006) e aumentar a superóxido dismutase, a peroxidase e a atividade da catalase (MOUSSA, 2006), minimizando os danos causados por veranicos (CRUSCIOL et al., 2009). Segundo Agarie et al. (1998), o Si estaria também envolvido na biossíntese dos componentes da parede celular, devido às folhas das plantas de arroz tratadas com Si apresentarem níveis mais altos de polissacarídeos do que as folhas das plantas não tratadas com Si. Muitos estudos têm demonstrado efeitos benéficos da aplicação de Si, em diversas culturas como tomate, pepino, café, girassol, feijão caupi, batata, arroz, aveia branca, cana-de-açúcar, cevada, feijão, milho, pastagens, sorgo, soja e trigo (MA et al., 2001; GONG et al., 2005; HATTORI et al., 2005; LIANG et al., 2005; GUNES et al., 2007; 2008; REIS et al., 2008 MALI; AERY, 2009; PULZ et al., 2008; CRUSCIOL et al., 2009; MANCUSO et al., 2014; CASTRO et al., 2011; SORATTO et al., 2012; CASTRO; CRUSCIOL, 2013ab; CRUSCIOL et al., 2013), abrangendo culturas acumuladoras e não- acumuladoras desse elemento. Porém, os benefícios do Si são mais comumente relatados nas plantas gramíneas acumuladoras de Si como arroz, aveia branca, cana-de-açúcar, milho, trigo dentre outras. Por outro lado, Pereira Junior et al. (2010), avaliando a influência de doses de Si na cultura da soja não observaram influência sobre as características agronômicas e também sobre a produtividade da cultura. Conforme relatado por Menegale et al. (2015) em revisão sobre o Si no sistema solo planta, ainda não estão muito bem definidos os benefícios do Si sobre plantas leguminosas ou não-acumuladoras, o que depende de estudos mais aplicados, haja vista que, para a mesma cultura, a soja, Castro e Crusciol (2013b) obtiveram resultados positivos com a aplicação de silicato comparativamente à aplicação de calcário. As plantas acumuladoras são as que absorvem e acumulam de 100 a 150 g kg-1 de Si, as plantas tidas como intermediárias absorvem e acumulam de 10 a 50 g kg-1 de Si e as plantas não-acumuladoras possuem concentrações abaixo de 5 g kg-1 de Si. Plantas consideradas não-acumuladoras, como as dicotiledôneas, absorvem o Si mais lentamente que a absorção de água, o que acaba gerando um aumento na concentração do elemento no meio (ADATIA; BESFORD, 1986). 24 As respostas à aplicação de Si são potencializadas quando as culturas são submetidas a algum tipo de estresse, seja ele de natureza biótica ou abiótica (MA, 2004; GUNES et al., 2007; 2008; HATTORI et al., 2005). A deficiência hídrica, comum no bioma Cerrado, pode inibir a fotossíntese devido a alterações no conteúdo de clorofila, danos no aparato fotossintético e redução da condutância estomática da folha, além de modificar a atividade de algumas enzimas e o acúmulo de açúcares e proteínas na planta (HATTORI et al., 2005), reduzindo a absorção de nutrientes (GUNES et al., 2008), refletindo em menor crescimento e produtividade das culturas. A ação benéfica do Si tem sido associada a diversos efeitos indiretos, dentre os quais, destacam-se o aumento da capacidade fotossintética, a melhoria da arquitetura das plantas, a redução da transpiração, aumento da resistência mecânica das células, maior resistência das plantas a pragas e doenças, diminuição do efeito tóxico do B, Mn, Fe e outros metais pesados e aumento da absorção de nutrientes (GUNES et al., 2007). 4.4. Rotação de culturas para regiões de inverno seco Na maioria das regiões do Brasil, principalmente nas que possuem distribuição de chuvas irregular, normalmente é realizado apenas um cultivo, na estação chuvosa do ano, deixando-se o solo descoberto e sujeito às intempéries climáticas o resto do ano, o que muitas vezes causa erosão e perda de nutrientes (GASSEN; GASSEN, 1996), sendo esta perda dependente das condições climáticas da região e das culturas utilizadas. Para Derpsch et al. (1991) a rotação de culturas é um manejo conservacionista, que consiste em alternar espécies vegetais ao longo dos anos em uma mesma gleba ou talhão. Inúmeras vantagens têm sido relacionadas à rotação, dentre elas a diversificação da renda do produtor rural, melhor aproveitamento das máquinas agrícolas, variação no tipo e na profundidade explorada pelos sistemas radiculares, controle de plantas daninhas, pragas e doenças, fixação de nitrogênio pelas leguminosas, efeitos alelopáticos, redução das perdas de água e de solo, além de aumento da produtividade. Todavia, Calegari (2000) infere que a rotação de culturas é a alternância de espécies vegetais na mesma estação em determinada área, observando-se um período mínimo sem o cultivo da mesma espécie na mesma área. Ademais, Adegas (1997) cita que esta alternância regular e ordenada de culturas em sequência temporal numa 25 determinada área, dificulta a instalação de plantas invasoras. O fato ocorre pelas características das culturas utilizadas em um sistema de rotação, como rapidez de crescimento, eficiência na ocupação do espaço do solo, sombreamento e liberação de substâncias alelopáticas para as plantas daninhas (CASTRO et al., 2011). A escolha das espécies a comporem as rotações de culturas é determinante para o sucesso do SPD (ARGENTA et al., 2001; OLIVEIRA et al., 2002) e depende da manutenção de sistemas capazes de gerar quantidades de fitomassa suficiente para manter o solo coberto durante todo o ano (CERETTA et al., 2002). No entanto, a produção de palhada para o SPD em regiões com inverno seco, está sujeita principalmente às condições de umidade e temperaturas elevadas em boa parte do ano, as quais causam a rápida decomposição da fitomassa depositada sobre o solo. Segundo Bertol et al. (2004), caso não haja esta manutenção, o sistema de cultivo, compreendido como rotação e sucessão de culturas, não influenciará, em geral, as propriedades físicas do solo, tanto em SPD quanto no preparo convencional e, além disso os efeitos benéficos do SPD e da rotação não ocorrerão da forma esperada. Entretanto, um dos pontos chaves para que se tenha um melhor aproveitamento do sistema de produção é que sejam evitados os períodos de pousio, e para isso pode-se realizar o cultivo de uma cultura granífera na entressafra como o milho, arroz, feijão, trigo, cevada, dentre outros, pode-se também realizar o cultivo de uma espécie de planta de cobertura e ou adubo verde como a crotalária, guandu-anão, milheto, bem como optar pelo plantio de pastagens como as Urochloas spp, as quais podem servir como fonte de alimento para os animais e ou como fonte de cobertura vegetal para o SPD. Silva e Rosolem (2001) avaliaram várias culturas antecessoras à soja, e constataram que após o pousio, a oleaginosa acumulou menor quantidade de N, K, Ca, Mg e S, mostrando, assim, que o cultivo anterior pode promover maior eficiência no acúmulo dos nutrientes na parte aérea das culturas subsequentes. Com o mesmo enfoque, estudando a rotação de culturas com soja, Santos et al. (1998) verificaram que os menores valores de produtividade de grãos e altura da inserção de vagens estão relacionados diretamente às características da cultura antecessora. Outro fator que deve ser levado em consideração é o aumento da produtividade das culturas quando cultivadas em intervalos maiores na mesma área, conforme observado por Silveira (2002), na região dos cerrados, em que constatou aumento da produtividade de grãos da soja em cultivos bienais. 26 O cultivo de uma cultura granífera no período de entressafra é uma das formas de se diminuir o período de pousio e também aumentar a renda do produtor rural. Nesse contexto, o cultivo do trigo na entressafra deve ser incentivado devido à importância da cultura para o Brasil e para o mundo, pois esse cereal de inverno está entre os principais produtos utilizados para a alimentação da população brasileira e mundial. Na região do Cerrado, o cultivo do cereal pode ser realizado sob regime de sequeiro ou irrigado, permitindo também a semeadura no período de entressafra no SPD. O Brasil produziu, na safra de 2015, cerca de 7 milhões de toneladas de grãos de trigo, para um consumo estimado em 12 milhões de toneladas. Esses dados mostram que o Brasil não é auto-suficiente na sua produção, destacando-se como um dos maiores importadores mundial do grão. A importação brasileira tem origem de países como Argentina, Canadá e EUA, pagando-se até 30% mais caro que o produto nacional (CONAB, 2015). Segundo dados publicados pelo MAPA (2012), a produção projetada de trigo para 2021/2022 esta estimada em 6,9 milhões de toneladas, para um consumo de 11,7 milhões de toneladas no mesmo ano. Destaca-se que o consumo interno do cereal no Brasil deverá crescer em média 1,2% ao ano, entre 2011/12 e 2021/2022. Essas projeções demonstram a necessidade de expansão da área cultivada, além do aumento da produtividade nas áreas já produtoras. Neste contexto, a região do Brasil Central, onde predomina o bioma Cerrado, apresenta grande potencial para a expansão da cultura do trigo, por oferecer ótimas condições de clima, posição estratégica de mercado e capacidade de industrialização. Dentre os Estados brasileiros com potencial para expansão da cultura, São Paulo é estrategicamente um dos mais interessantes, já que a região concentra a maior parte do polo industrial do cereal. Além do aspecto logístico, a produção paulista pode suprir a demanda na entressafra da produção dos Estados do Sul e da Argentina e com características superiores de qualidade industrial para panificação, o que pode garantir ao produtor melhor rentabilidade (ALBRECHT et al., 2005). Além disso, o desenvolvimento de cultivares modernas, adaptadas às condições edafoclimáticas da região, por inúmeras instituições de pesquisa, favorece a expansão da triticultura no Estado de São Paulo (TRINDADE et al., 2006). 27 Além do cultivo de uma cultura granífera como o trigo na entressafra, pode-se também realizar o plantio de uma espécie de cobertura e ou adubo verde nesse período. A adubação verde é a prática de cultivo e incorporação de plantas, produzidas no local ou adicionadas, com a finalidade de manter e ou aumentar os teores de matéria orgânica e nutrientes dos solos, indo ao encontro da tendência mundial pela busca de alimentos mais saudáveis, provenientes da agricultura orgânica ou produzidos com a mínima utilização de insumos “químicos” e degradação do ambiente (SILVA et al., 1999). Uma das principais limitações ao uso da adubação verde na região dos cerrados está relacionada à época de semeadura. Se o produtor optar pela semeadura do adubo verde antes da cultura comercial, pode ocorrer atraso na semeadura de verão, prejudicando o desenvolvimento da mesma. Segundo Pereira et al. (1992), o uso da adubação verde pode ser viabilizado com a semeadura no final da estação chuvosa, após a colheita da cultura comercial, aproveitando o beneficio da cobertura vegetal durante toda a entressafra. A rotação utilizando-se adubos verdes e culturas gramíneas pode ser benéfica pela utilização do nitrogênio residual por parte da gramínea. O fato foi comprovado por Mascarenhas et al. (1998), que demonstraram que a produtividade de grãos do arroz foi maior quando em sucessão a soja e a crotalária, no segundo ano de cultivo, do que quando sucedeu somente a soja, indicando efeito positivo adicional do adubo verde, no caso a crotalária, sobre o arroz. Trabalhos citam que a adubação verde pode provocar incrementos na produção de culturas subsequentes em até 65% em relação a cultivos contínuos. (TANAKA et al., 1992; RODRIGUES FILHO et al., 1996). Experimentos realizados por Silveira (2002) objetivando avaliar os efeitos da rotação de culturas sobre o feijoeiro, no cerrado brasileiro, permitiram constatar que a rotação arroz consorciado com calopogônio proporcionou as maiores produtividades de grãos do feijoeiro nos seis anos de cultivo. De acordo com o autor a inclusão de leguminosas melhorou as características físicas, químicas e biológicas do solo, além do mais as rotações com leguminosas determinaram os maiores incrementos de nitrogênio total no solo. De modo geral, as piores produtividades do feijoeiro foram alcançadas nas rotações milho-feijão e milho-feijão-milho-feijão-arroz-feijão. A menor produtividade do feijoeiro após o milho foi atribuída, em parte, à deficiência de nitrogênio, devido à maior competição dos microorganismos, para com o nutriente, durante a decomposição da palhada de milho. 28 Silva et al. (1999) destacaram que o monocultivo de gramíneas, em decorrência de seu sistema radicular fasciculado e superficial, acaba explorando o solo continuamente a uma mesma profundidade, diminuindo o estoque de nutrientes na camada de 0-0,20 m, onde estão concentradas as raízes, além de degradar a estrutura do solo, compactando-o e reduzindo sua porosidade. Entre as espécies vegetais utilizadas como plantas de cobertura e para adubação verde, as leguminosas se destacam pela associação simbiótica com bactérias fixadoras de nitrogênio (N2), que resulta em aporte de quantidades expressivas deste nutriente ao sistema solo-planta (PERIN et al., 2003), contribuindo com a nutrição das culturas subseqüentes (ANDREOLA et al., 2000; ZOTARELLI, 2000). Outra característica de destaque das leguminosas é a baixa relação C/N, que aliada à presença de compostos solúveis, favorece sua decomposição e mineralização por microorganismos do solo e a ciclagem de nutrientes (ZOTARELLI, 2000). Vários autores relataram que o cultivo de espécies de adubos verde pode resultar em maiores produções das culturas subseqüentes em até 65% em relação a cultivos contínuos. (MIYASAKA et al., 1965; FERRAZ et al., 1977; TANAKA et al., 1992; RODRIGUES FILHO et al., 1996). Entre as diversas leguminosas que são utilizadas para adubação verde na região dos cerrados e na maior parte do Estado de São Paulo, destacam-se: mucuna-preta (Mucuna aterrima), guandu (Cajanus cajan), crotalárias (Crotalaria juncea, Crotalaria ochroleuca, Crotalaria paulina e Crotalaria spectabilis), feijão-bravo-do-ceará (Canavalia brasiliensis), feijão-de-porco (Canavalia ensiformis), estilosantes (Stylosanthes guianensis) (PEREIRA et al., 1992), e dentre as gramíneas o milheto (Pennisetum glaucum) vem se destacando no SPD no Centro-Oeste. As espécies de crotalária se destacam na produção de massa de matéria seca de parte aérea, sendo importantes plantas de cobertura utilizadas no SPD. As principais características dessas espécies são: boa cobertura do solo, proporcionado pelo rápido crescimento, alta produção de biomassa, resistência a pragas e doenças, elevada ciclagem e reciclagem de nutrientes e supressão de nematóides parasitas (INOMOTO et al., 2008). Essa última característica tem acarretado em grande expansão do cultivo dessa espécie nas áreas de produção de grãos na região do cerrado brasileiro (COSTA et al., 2012). O milheto (Pennisetum glaucum (L.) R. Br.) possui ciclo anual e crescimento ereto, alta adaptabilidade a solos de baixa fertilidade e arenosos, sendo 29 tolerante à seca (KICHEL, 1998), é o sexto cereal mais cultivado em todo o mundo, sendo utilizado para diversos fins, como para formação de pasto, feno, silagem, cobertura morta para o SPD, podendo ser inserido na rotação ou consorciação com crotalária, guandu-anão entre outras espécies (SILVA et al., 2010; FERRARI NETO et al., 2011). Estima-se que no Brasil, no intervalo das safras 2003/04 e 2008/09, a área cultivada com este cereal tenha passado de quatro para cinco milhões de hectares (EMBRAPA, 2008). O milheto é eficaz na produção de massa de matéria seca (10 a 14 Mg ha-1), promove uniforme cobertura vegetal sobre o solo após manejado, resultando em maior competição com as plantas daninhas, recicla quantidades satisfatórias de nutrientes, principalmente N e K, e possui crescimento radicular vigoroso, promovendo maior aeração do solo e contribui significativamente para reduzir a compactação (TORRES et al., 2005; CRUSCIOL; SORATTO, 2007, 2009; BOER et al.; 2007; TIMOSSI et al., 2007; PIRES et al., 2008; PACHECO et al., 2011; GONÇALVES et al., 2006; BORDIN et al., 2008; CALONEGO; ROSOLEM, 2010; CARNEIRO et al., 2008; SILVA et al., 2010; CASTRO, 2009; BOER et al., 2007; CRUSCIOL; SORATTO, 2009), sendo uma das culturas que contribuiu para a expansão do SPD no Cerrado brasileiro (SALTON; KICHEL, 1997). Nesse sentido, nas regiões brasileiras produtoras de grãos, caracterizadas como de inverno seco, o milheto (Pennisetum glaucum (L.) R. Brown), dentre outras gramíneas, têm sido a principal espécie utilizada como planta de cobertura. Os benefícios proporcionados pela utilização dos adubos verdes nem sempre trazem melhorias visíveis ou lucro imediato ao produtor. No entanto, a sua utilização quando de forma racional e, se possível inserida dentro de um sistema de rotação ou sucessão de culturas, pode trazer inúmeros benefícios às culturas subsequentes como também ao próprio solo, mediante as melhorias nas suas características físicas, químicas e biológicas. Outra opção para que sejam evitados os períodos de pousio em regiões de inverno seco é o sistema de integração lavoura – pecuária (ILP), ou sistema safra-forrageir