A saúde do solo é essencial para garantir a produtividade e a qualidade das culturas, e o conhecimento profundo sobre suas limitações e potencialidades tem sido um fator determinante para o crescimento contínuo do agronegócio brasileiro.

Além de influenciar diretamente a produção, o manejo adequado do solo contribui de forma significativa para a economia do País, representando uma parcela importante do PIB.

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Essa liberação é muito lenta para compensar a remoção de nutrientes pela produção agrícola e para atender às necessidades das culturas.

O uso de fertilizantes na agricultura

Dentre os materiais utilizados na agricultura, o fertilizante é o mais utilizado. Com base no processo de produção, pode ser categorizado em três tipos:

1. Biofertilizantes.
2. Químico;
3. Orgânico.

Os fertilizantes, portanto, são projetados para complementar os nutrientes já presentes no solo.

O uso de adubo químico, adubo orgânico ou biofertilizante tem suas vantagens e desvantagens no contexto do fornecimento de nutrientes, crescimento das culturas e qualidade ambiental.

As vantagens precisam ser integradas para otimizar o uso de cada tipo de fertilizante e obter um manejo equilibrado de nutrientes para o crescimento das culturas.

Os microrganismos do solo desempenham um papel significativo na regulação da dinâmica da decomposição da matéria orgânica e na disponibilidade de nutrientes para as plantas, como nitrogênio, fósforo e enxofre.

É bem reconhecido que os inoculantes microbianos constituem um componente importante do manejo integrado de nutrientes que leva a agricultura.

Além disso, inoculantes microbianos podem ser utilizados como insumo econômico para aumentar a produtividade das culturas. As doses de fertilizantes podem ser reduzidas e mais nutrientes podem ser colhidos do solo.

Biofertilizantes

O biofertilizante é definido como uma substância que contém microrganismos vivos e é conhecido por ajudar na expansão do sistema radicular e na melhor germinação das sementes.

Uma planta saudável geralmente tem uma rizosfera saudável que deve ser dominada por micróbios benéficos. Por outro lado, em solo insalubre e dominado por micróbios patogênicos, o crescimento ideal das plantas não seria possível.

Os biofertilizantes diferem dos fertilizantes químicos e orgânicos no sentido de que não fornecem diretamente nenhum nutriente às culturas e são culturas de bactérias e fungos especiais. A tecnologia de produção de biofertilizantes é relativamente simples e o custo de instalação é muito baixo em comparação com plantas de fertilizantes químicos.

A rizosfera é a zona do solo ao redor da raiz que é afetada por ela. O significado da rizosfera surge da liberação de material orgânico da raiz e do efeito subsequente do aumento da atividade microbiana na ciclagem de nutrientes e no crescimento das plantas. Nela, as quantidades e os tipos de substratos são diferentes do solo e isso leva à colonização por diferentes populações de bactérias, fungos, protozoários e nematoides.

Outros fatores físico-químicos que podem ser diferentes nesta região são acidez, umidade e estado nutricional, condutividade elétrica e potencial redox.

A associação entre organismos e raízes pode ser benéfica (absorção de água, estabilização do solo, promoção do crescimento, fixação de N₂, biocontrole, antibiose e simbiose), prejudicial (infecção e fitotoxicidade) ou neutra (fluxo de nutrientes, liberação de enzimas livres, fixação, aleopatia e competição).

Esses efeitos dependem frequentemente das condições do solo e, portanto, devem ser considerados variáveis.

As interações que são benéficas para a agricultura incluem micorrizas, nodulação de leguminosas e produção de compostos antimicrobianos que inibem o crescimento de patógenos.

Claramente, o objetivo de manipular a rizosfera deve ser aumentar o equilíbrio dos efeitos benéficos, uma vez que a rizosfera é profundamente afetada pela fertilização.

Fertilizantes químicos

Vantagens do uso de fertilizantes químicos

• Os nutrientes são solúveis e imediatamente disponíveis para as plantas, portanto, o efeito geralmente é direto e rápido.
• O preço é mais baixo e mais competitivo do que o fertilizante orgânico, o que o torna mais aceitável e frequentemente aplicado pelos usuários.
• Eles são bastante ricos em nutrientes; apenas quantidades relativamente pequenas são necessárias para o crescimento das culturas.

Desvantagens do uso de fertilizantes químicos

• A aplicação excessiva pode resultar em efeitos negativos, como lixiviação, poluição dos recursos hídricos, destruição de microrganismos e insetos amigáveis, suscetibilidade das culturas ao ataque de doenças, acidificação ou alcalinização do solo ou redução da fertilidade do solo – causando danos irreparáveis ​​ao sistema geral.
• A oferta excessiva de nitrogênio leva ao amolecimento do tecido vegetal, resultando em plantas mais sensíveis a doenças e pragas.
• Reduzem a colonização das raízes das plantas com micorrizas e inibem a fixação simbiótica de nitrogênio pelos rizóbios devido à alta fertilização de N.
• Aumentam a decomposição da matéria orgânica do solo, o que leva à degradação da estrutura do solo.
• Os nutrientes são facilmente perdidos dos solos por fixação, lixiviação ou emissão de gases e podem levar à redução da eficiência dos fertilizantes.

Fertilizantes orgânicos

Vantagens dos fertilizantes orgânicos

• O fornecimento de nutrientes é mais equilibrado, o que ajuda a manter as plantas saudáveis.
• Aumentam a atividade biológica do solo, o que melhora a mobilização de nutrientes de fontes orgânicas e químicas e a decomposição de substâncias tóxicas.
• Aumentam a colonização de micorrizas, o que melhora a oferta de P.
• Melhoram o crescimento das raízes devido à melhor estrutura do solo.
• Aumentam o teor de matéria orgânica do solo, melhorando assim, a capacidade de troca de nutrientes, aumentando a retenção de água no solo, promovendo a agregação do solo e tamponando o solo contra a acidez, alcalinidade, salinidade, pesticidas e metais pesados ​​tóxicos.
• Liberam nutrientes lentamente e contribuem para o reservatório residual de N e P orgânico no solo, reduzindo a perda por lixiviação de N e a fixação de P; eles também podem fornecer micronutrientes.
• Fornecem alimentos e estimulam o crescimento de microrganismos benéficos e minhocas.
• Ajudam a suprimir certas doenças de plantas, doenças do solo e parasitas.

Desvantagens de usar fertilizantes orgânicos

• Eles são comparativamente baixos em teor de nutrientes, portanto, é necessário um volume maior para fornecer nutrientes suficientes para o crescimento das culturas.
• A taxa de liberação de nutrientes é muito lenta para atender às necessidades das culturas em pouco tempo, portanto, pode ocorrer alguma deficiência de nutrientes.
• Os principais nutrientes das plantas podem não existir no fertilizante orgânico em quantidade suficiente para sustentar o crescimento máximo da cultura.
• A composição nutricional do composto é altamente variável; o custo é alto comparado aos fertilizantes químicos.
• A aplicação prolongada ou pesada em solos agrícolas pode resultar em acúmulo de sais, nutrientes ou metais pesados e pode afetar adversamente o crescimento de plantas, organismos do solo, qualidade da água e saúde animal e humana.

Considerações finais

A gestão eficiente da nutrição das plantas deve assegurar uma produção agrícola melhorada e sustentável e salvaguardar o ambiente.

O fertilizante químico, orgânico ou microbiano tem suas vantagens e desvantagens em termos de fornecimento de nutrientes, qualidade do solo e crescimento das culturas.

Desenvolver um sistema adequado de manejo de nutrientes que integre o uso desses três tipos de fertilizantes pode ser um desafio para alcançar a meta da agricultura sustentável.

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Vários mecanismos são usados ​​por cepas microbianas para aumentar a absorção de nutrientes, melhorar a fertilidade do solo e aumentar o rendimento das culturas, como fixação de nitrogênio, solubilização de potássio e fósforo, excreção de fitohormônios, produção de substâncias supressoras de fitopatógenos, proteção de plantas contra estresses abióticos e bióticos e desintoxicação de poluentes subterrâneos.

Considerando as crescentes exigências de consumo na terra e os perigos decorrentes do uso excessivo de fertilizantes químicos e pesticidas, os biofertilizantes são considerados uma alternativa promissora e não tóxica aos agroquímicos sintéticos, incluindo controle de fungos e minimização da contaminação por micotoxinas.

Considera-se que a implementação de inoculantes microbianos supera as deficiências associadas às técnicas agrícolas baseadas em produtos químicos. A pesquisa sobre o uso generalizado de biofertilizantes, portanto, é uma das principais no trabalho científico para o desenvolvimento da agricultura sustentável.

O que são biofertilizantes?

Biofertilizantes é um termo interpretado de várias maneiras. Não é difícil encontrar definições que identifiquem o biofertilizante como extrato de algas marinhas, resíduos urbanos compostos, misturas microbianas com constituintes não identificados ou produtos fertilizantes minerais enriquecidos com compostos orgânicos.

Curiosamente, os trabalhos de pesquisa científica apresentam uma interpretação muito ampla desse termo, representando desde adubos verdes, passando por estercos animais, até extratos de plantas.

O conceito de biofertilizante mudou junto com o estado do conhecimento sobre as associações que ocorrem entre os microrganismos do solo e as plantas. Não se deve determinar como biofertilizante, mas como inoculante, aquelas substâncias que melhoram o aproveitamento dos nutrientes presentes no solo, mas não os substituem (como os fertilizantes minerais).

Da mesma forma, os microrganismos que potencializam o crescimento das plantas pela síntese de fitohormônios são considerados como fitoestimuladores ou bioestimulantes, enquanto aqueles que possuem a capacidade de biodegradar poluentes orgânicos são referidos como rizorremediadores. Nem todos os inoculantes microbianos, portanto, devem ser identificados diretamente como biofertilizantes.

O biofertilizante é um microrganismo individual que exerce propriedades promotoras de crescimento de plantas, mas no contexto agronômico, esse termo se refere ao produto composto por cepa(s) benéfica(s), que são úteis na mobilização de nutrientes, incluídos em um carreador, possuindo características que permitem seu armazenamento no momento especificado pelo produtor, e pronto para aplicação efetiva no solo ou planta.

Nesse ângulo, o biofertilizante também pode possibilitar a adição de substâncias que contribuem para a melhora da atividade dos microrganismos.

Não use o termo “biofertilizante” de forma intercambiável, não apenas com termos como esterco vegetal ou animal, consórcio ou fertilizantes se referindo à combinação de compostos minerais e orgânicos, mas também, com bioestimulantes derivados de microrganismos (produtos à base de células microbianas mortas ou extratos de microrganismos origem).

Qual a função dos biofertilizantes?

O principal papel da aplicação de biofertilizantes é promover o crescimento das plantas sem efeitos colaterais prejudiciais para o meio ambiente e aumentar a produtividade das colheitas. A inoculação com biofertilizante aumentou o rendimento da cultura em média 16,2% em comparação com os controles não inoculados.

Os biofertilizantes microbianos desempenham um papel crucial na manutenção da fertilidade do solo no nível adequado e na melhoria de sua estrutura, influenciando a agregação das partículas do solo.

Eles também contribuem para:

• Melhor relação planta-água;
• Proporcionam proteção contra a seca;
• Tornam as plantas menos propensas a algumas doenças do solo, inclusive causadas por fungos que produzem adicionalmente micotoxinas;
• Reduzem a incidência de insetos-praga.

Embora os biofertilizantes sejam uma abordagem comercialmente promissora na agricultura sustentável, existem alguns inconvenientes que os tornam menos competitivos, como vida útil limitada, falta de materiais adequados para produção, aumento da sensibilidade a altas temperaturas e dificuldades relacionadas ao armazenamento e transporte.

Além disso, os fertilizantes microbianos requerem maiores quantidades para fornecer às plantas um teor de nutrientes suficiente, sua eficácia depende das condições do solo prevalecentes na zona de aplicação e os resultados de sua ação são perceptíveis após uso prolongado.

Novas tecnologias, no entanto, estão sendo desenvolvidas para superar as desvantagens associadas à aplicação de biofertilizantes em ecossistemas agrícolas.

Biofertilizantes e a sustentabilidade na agricultura

Os biofertilizantes constituem uma ferramenta promissora em ecossistemas agrícolas como fonte complementar, renovável e ecologicamente correta de nutrientes vegetais.

Como eles têm a capacidade de transformar elementos nutricionalmente importantes de formas não utilizáveis ​​em formas altamente assimiláveis, sem efeitos deletérios no ambiente natural, eles são um componente importante do Sistema Integrado de Nutrientes Vegetais.

A aplicação de fertilizantes biológicos é um elemento-chave para manter a fertilidade do solo e a produtividade das culturas em um nível suficientemente alto, indispensável para alcançar a sustentabilidade da agricultura.

Os biofertilizantes também podem ajudar a mitigar as armadilhas decorrentes da crescente demanda da população global por alimentos e da química generalizada nos agroecossistemas.

A mudança na abordagem das práticas agrícolas os torna uma parte vital da produção agrícola moderna e enfatiza a importância dos inoculantes biológicos nos próximos anos. Sabe-se que vários microrganismos da rizosfera exercem várias atividades promotoras de crescimento de plantas, mas muito poucos foram formulados na forma de biofertilizantes.

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As culturas, em geral, necessitam que o N₂ atmosférico seja modificado por meio de processos naturais ou em forma comercial de fertilizantes nitrogenados.

Por meio de vários processos biológicos ou industriais de fixação, o N₂ atmosférico é transformado nas formas assimiláveis pelas plantas:

1. Amônio (NH₄+);
2. Nitrato (NO₃₂-).

Pode ser fixado também por organismos no solo e em nódulos nas raízes de leguminosas.

Por que o nitrogênio é essencial para fertilidade do solo?

O nitrogênio faz parte da composição de proteínas de plantas e animais. O valor nutricional dos alimentos que ingerimos depende, em grande parte, do fornecimento adequado deste nutriente.

O nitrogênio é exigido pelas culturas em maiores quantidades do que qualquer outro nutriente, exceto potássio (K).

Nitrato e amônio são as principais formas de N absorvidas pelas raízes das plantas.

Embora a quantidade de nitrogênio armazenada na matéria orgânica do solo seja grande, a quantidade decomposta e disponível para absorção pela planta é relativamente pequena. Normalmente, essa decomposição não é sincronizada com a necessidade da planta.

A matéria orgânica libera N lentamente e a taxa é controlada pela atividade microbiana do solo (influenciada por temperatura, umidade, pH e textura).

Suprimento e fontes de nitrogênio

Em geral, estima-se que para cada 1% de matéria orgânica do solo, são disponibilizados cerca de 20 kg/ha de N.

Um dos produtos da decomposição orgânica (mineralização) é o amônio, que pode ser retido pelo solo, absorvido pelas culturas ou convertido em nitrato. O nitrato é absorvido pelas plantas, lixiviado da zona radicular ou transformado em nitrogênio gasoso e perdido para a atmosfera.

Como a maioria dos solos não pode fornecer quantidades suficientes de nitrogênio para sustentar economicamente o crescimento ótimo e a qualidade da cultura, os fertilizantes comerciais são bastante usados para suplementar suas necessidades.

Esterco, lodo de esgoto e outros resíduos que são fontes de nitrogênio são aceitáveis também, quando disponíveis.

A escolha da fonte de nitrogênio correta deve ser baseada em fatores como:

• Disponibilidade;
• Preço;
• Cultura a ser adubada;
• Época e método de aplicação;
• Sistemas de produção e risco de perdas.

Todas as fontes de nitrogênio necessitam de um manejo mais cuidadoso, para o aproveitamento máximo de seu potencial. Quando não manejados corretamente, todas as fontes de nitrogênio podem representar potencial dano ambiental, incluído acúmulo de nitrato em águas subterrâneas e superficiais.

Fertilizantes nitrogenados

Os fertilizantes nitrogenados são os mais utilizados na agricultura e devido à necessidade da redução de suas perdas por volatilização quando aplicado em superfície, a ureia tornou-se o fertilizante convencional mais utilizado para o desenvolvimento de fertilizantes com eficiência aumentada. Eles podem ser classificados em três categorias:

1. Estabilizados;
2. Liberação lenta;
3. Liberação controlada.

Fertilizantes nitrogenados convencionais

Podem ser citados:

• Ureia;
• Nitrato de amônio;
• Sulfato de amônio;
• Nitrato de cálcio;
• MAP;
• DAP, dentre outros.

Fertilizantes nitrogenados estabilizados

Pode-se citar: a ureia tratada com aditivos para estabilização do nitrogênio. Sendo subdivididos em: aditivos para inibição da urease e aditivos para inibição da nitrificação.

Fertilizantes nitrogenados de liberação lenta ou quimicamente modificados

São produtos de condensação da ureia com aldeídos.

Fertilizantes nitrogenados de liberação controlada

São fertilizantes nitrogenados convencionais, como a ureia, com alta solubilidade em água, aos quais são adicionados compostos para o recobrimento do grânulo que serve de barreira física e controla a passagem de nitrogênio por difusão.

Diferença dos fertilizantes

Existem diferenças conceituais entre as tecnologias quando são utilizados os termos liberação lenta e controlada.

• Os fertilizantes de liberação lenta não têm revestimento, como os fertilizantes de liberação controlada.
• Diferenças nos preços, pois geralmente os fertilizantes de liberação controlada são mais caros em função do tipo e quantidade de revestimento utilizado no processo de produção.
• Os fertilizantes de liberação controlada têm a taxa de liberação do nutriente influenciada basicamente pelo tipo e espessura de revestimento, temperatura, umidade do solo e precipitação pluviométrica.

Uso do nitrogênio no milho

A necessidade de adubação com nitrogênio é mais comum do que com quaisquer outros nutrientes. No caso do milho, é o nutriente de maior exigência e de maior custo.

No entanto, sabendo manejar adequadamente o nitrogênio, com base no uso de uma fonte certa, na dose certa, na época correta e no local certo, é possível otimizar a produtividade e o retorno da cultura. Simultaneamente, reduz os riscos de efeitos potencialmente negativos para o ambiente.

Um bom exemplo disso é a adoção de Sistema de Plantio Direto (SPD), por fornecer biomassa à cultura e uma melhor ciclagem de nutrientes. No caso do milho de segunda safra, por exemplo, é comum no Brasil fazer consórcio com braquiária.

Sistemas como esse, trazem diversos benefícios, inclusive econômicos. Alinhar o fornecimento de nitrogênio, com um sistema de preservação e que ainda auxilia contra pragas e daninhas, pode ser promissor, vantajoso e rentável.

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As forças físicas e o agrupamento natural de partículas resultam na formação de agregados de solo de diferentes tamanhos, arranjos e estabilidades, que são as unidades básicas da estrutura do solo.

A agregação do solo é influenciada por vários fatores, como mineralogia do solo, ciclos de umedecimento e secagem, a presença de óxidos de ferro e alumínio em função da faixa de pH do solo, argila e matéria orgânica.

Raízes de plantas contribuem diretamente para a estabilidade dos agregados do solo através da abundância inerente dessas estruturas na matéria orgânica e a produção de exsudatos estimulando a atividade microbiana, e indiretamente pela produção de associados ao exopolissacarídeo.

Microrganismos e estabilidade do solo

A estabilidade do solo resulta de uma combinação de características bióticas e abióticas, e as comunidades microbianas podem fornecer uma medida quantitativa da saúde do solo, uma vez que essas bactérias determinam o funcionamento do ecossistema de acordo com processos biogeoquímicos.

A saúde do solo define a capacidade do solo de funcionar como um sistema vivo vital, dentro dos limites do ecossistema e do uso da terra, para sustentar a produtividade vegetal e animal, manter ou melhorar a qualidade da água e do ar e promover a saúde vegetal e animal.

Os fatores que controlam a saúde do solo compreendem características químicas, físicas e biológicas, como tipo de solo, clima, padrões de cultivo, uso de defensivos agrícolas e fertilizantes, disponibilidade de substratos e nutrientes, concentrações de material tóxico e a presença ou ausência de conjuntos específicos e tipos de organismos.

As interações planta-microrganismos na rizosfera são os determinantes da saúde das plantas, produtividade e fertilidade do solo.

Bactérias promotoras de crescimento

Bactérias promotoras de crescimento de plantas são bactérias que podem aumentar o crescimento das plantas e protegê-las de doenças e estresses abióticos por meio de uma ampla variedade de mecanismos; aqueles que estabelecem associações estreitas com plantas, como os endófitos, podem ter mais sucesso na promoção do crescimento das plantas.

Doenças causadas por microrganismos patogênicos frequentemente resultam em perda de produtividade. Também é bem conhecido que o crescimento das plantas é inibido quando as plantas são infectadas por patógenos, embora o mecanismo subjacente seja mal compreendido.

Algumas bactérias promotoras de crescimento de plantas protegem as plantas colonizadoras do ataque de patógenos, matando diretamente os parasitas. Esses tipos de bactérias promotoras de crescimento de plantas produzem antibióticos como HCN, fenazinas, pioluteorina e pirrolnitrina.

Algumas rizobactérias podem induzir resistência de plantas a micróbios patogênicos, que é chamada de resistência sistêmica induzida. Resistência sistêmica induzida é, em geral diferente da resistência sistêmica adquirida, pois depende da sinalização do ácido jasmônico e do etileno da planta do que da sinalização do ácido salicílico.

O segundo grupo de bactérias promotoras de crescimento de plantas pode estimular o crescimento da planta diretamente na ausência de patógenos, fornecendo substâncias que ajudam as plantas. Bactérias do gênero Rhizobium fixa N2 gasoso em amônia que pode ser usado por plantas leguminosas como fonte de nitrogênio.

Existem bactérias promotoras de crescimento de plantas ajudam as plantas a crescer, fornecendo fosfato solúvel convertido de fósforo insolúvel. Hormônios vegetais que promovem o crescimento, como auxina, citocinina e giberelinas, também podem ser sintetizados por algumas bactérias do solo usando precursores secretados por plantas. Esses hormônios derivados de bactérias posteriormente facilitam o crescimento das plantas.

A remoção de contaminantes do solo, que normalmente induzem respostas ao estresse das plantas e inibem o crescimento das plantas, pelas bactérias do solo também pode ajudar as plantas a crescerem melhor. Em muitos casos, o estresse ambiental causado por poluentes do solo estimula a produção de etileno nas plantas, o que posteriormente retarda o crescimento das plantas.

As raízes das plantas respondem às condições ambientais por meio da secreção de uma ampla gama de compostos, de acordo com o estado nutricional e as condições do solo. Esta ação interfere com a interação planta-bactéria e é um fator importante contribuindo para a eficiência do inoculante.

A exsudação da raiz inclui a secreção de íons, oxigênio e água livres, enzimas, mucilagem e uma variedade de substâncias contendo carbono de metabólitos primários e secundários.

As raízes de plantas excretam 10 a 44% de carbono fixados fotossinteticamente, que serve como fonte de energia, moléculas sinalizadoras ou antimicrobianos para microrganismos do solo. A exsudação da raiz varia com a idade e genótipo da planta e, consequentemente, microrganismos específicos respondem e interagem com diferentes plantas hospedeiras.

Assim, os inoculantes são geralmente destinados a um específico planta da qual a bactéria foi isolada.

Inoculantes bacterianos

Os inoculantes bacterianos podem contribuir para aumentar a eficiência agronômica, reduzindo os custos de produção e a poluição ambiental, uma vez que o uso de fertilizantes químicos pode ser reduzido ou eliminado se os inoculantes forem eficientes.

Para que os inoculantes bacterianos obtenham sucesso na melhoria do crescimento e produtividade das plantas, diversos processos envolvidos podem influenciar a eficiência da inoculação, por exemplo, a exsudação pelas raízes das plantas, a colonização bacteriana nas raízes e a saúde do solo.

De forma geral, os efeitos de práticas agrícolas não sustentáveis, podem causar sérios danos ao meio ambiente. A inoculação é uma das práticas sustentáveis mais importantes na agricultura, pois os microrganismos estabelecem associações com as plantas e promovem o crescimento das plantas por meio de diversas características benéficas.

Endófitos são adequados para inoculação, refletindo a capacidade desses organismos para colonização de plantas, e vários estudos têm demonstrado a comunicação específica e intrínseca entre bactérias e plantas hospedeiras de diferentes espécies e genótipos.

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