Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

1. Disciplina: Ecologia Microbiana Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

2. Transformações e Ciclo do Enxofre • Maior estoque: Litosfera (FeS2) • S atmosférico: Atividades antrópicas • SO42-: Forma assimilada pelas plantas; Aceptor de e- p/ redutores de sulfato

3. Mineralização e Imobilização • Fração orgânica: • - 90% do S da camada arável encontra-se na matéria orgânica, a maioria ligado ao carbono com aminoácidos e ésteres metionina cisteína

4. Mineralização e Imobilização • Frações do S no solo: • - SO42- • - S-orgânico lábil (disponível) • - S-resistente (complexado) • Decomposição: • - Heterotróficos • - Sulfatases (SO42-) – Solos aerados • - Desulfidrases (H2S) – Solos alagados • Transformações Inorgânicas • - Redução dissimilatória (respiratória): SO42- ou S0 → S2- (indesejável devido a formação de chuvas ácidas) • - Redução assimilatória (imobilização): SO42- ou S0 → S-orgânico • - Oxidação da Pirita (Thiobacillus ferroxidans)

5. Oxidação da Pirita com Produção de Sulfato (Mineração de Carvão, Criciúma-SC) Oxidação da Pirita

6. Fósforo (P) • O fósforo é essencial para plantas e animais na forma dos íons PO43- e HPO42- (ortofosfato) • Faz parte de moléculas como ácidos nucléicos (DNA), energéticas (ATP e ADP), de células lipídicas, e da estrutura do corpo de animais como fosfato de cálcio (ossos, dentes, etc.) – ausente em celulose, hemicelulose, lignina, e proteínas

7. O ciclo do Fósforo • Encontrado em formações rochosas, sedimentos, e em sais de fosfato (absorvido por plantas), mas nunca na forma gasosa • Encontrado em pequenas quantidades, por isso é um fator limitante • A ciclagem do fósforo é uma das mais lentas, especialmente se estiver nos sedimentos (feita por microrganismos) • No solo pode ser adsorvido por partículas do solo, tornando-se, assim, imobilizado

8. Fósforo • Três formas de fósforo nos solos: • Fósforo orgânico: na matéria viva, plantas, microrganismos, etc. • Fósforo solúvel: disponível. Orgânico bem como ortofosfato. Menor proporção de P do solo • Fósforo adsorvido: indisponível. Anionicamente ligado a cátions de Al, Fe e Ca.

9. O ciclo do Fósforo • O ciclo do fósforo tem 2 componentes principais que ocorrem em diferentes escalas de tempo: • No componente local ele cicla nos ecossistemas em tempo ecológico • Nos sedimentos ele faz parte da porção classificada em tempo geológico. Somente será mobilizado milhões de anos mais tarde

10. O ciclo do Fósforo

11. Transformações e Ciclagem do P Planta (10) Resíduos vegetais e animais (5) Fertilizantes (10) Absorção Solução do Solo (0,001 - 0,01) (A/B) Processos: Mobilização Imobilização Aquisição Perdas (C) A/B Decom./Min. C Imobilização D Solubilização E Adsorção/Reten. (B) (C) (A) (B/E) Biomassa Microbiana (10 - 30) (E) (E) (B) adsorção precipitação mineral lábil passivo resistente (D) Inorgânico (50 - 200) (kg.ha-1) Orgânico (100 - 400) (C)

12. P-ORGÂNICO DO SOLO • Devido ao alto teor nos microrganismos (2% MS) é o segundo nutriente mais abundante na MOS (400 kg ha-1) • Alta correlação com C-orgânico do solo • 1 a 3% da MOS: 30-50 % P-inositol (Fitatos) 3-5 % Ác. Nucléicos até 5% outros Importância é evidente como reserva no solo, porém complicada quanto ao efeito nutricional ...

13. Mineralização de Fosfatos Orgânicos • Frações: lábil, passiva ou resistente: • moderadamente lábeis são responsáveis por 80-90 % do P-mineralizado. • Macromoléculas precisam ser degradadas antes da mineralização pelos heterotróficos do solo: Hidrólise enzimática 1- Fosfatases – Hidrólise de ésteres (MO - fungos, plantas, animais) 2- Nucleases/nucletidases – Nucleotídeos e Ac. Nucléicos (MO rizosféricos) 3- Fosfolipases – fosfolipídeos (actinomicetos)

14. Mineralização P-orgânico PO4-3 Imobilização Imobilização Biológica de Fosfatos • Relação C/P: Bactérias do solo = 30:1 • Resíduos de alfafa = 26:1 • Milho = 600:1 - Teor e relação C/P do resíduo em decomposição • C:P  300 tendem a imobilizar. • C:P  200 favorece a mineralização líquida “ Imobilização é temporária em função da progressão da mineralização” “ P-microbiano é a principal fração mineralizável (pode atingir 50% por ano)”

15. Solubilização Fosfatos Insolúveis Pi assimilável Plantas (exsudatos) Microrganismos SOLUBILIZAÇÃO DE FOSFATOS (P-Ca; P-Fe; P-Al) - Descoberta: Século passado (1908) quando Sackett detectou a “Ação solvente” de bactérias do solo - Gerretsen (1948): Eliminação dos MO reduz absorção de P - Sperber (1957): Solubilização é comum dentre os MO do solo e tentou elucidar o mecanismo, sugerindo o envolvimento de ácidos orgânicos

16. Solubilização de Fosfatos - Os microrganismos solubilizadores de fosfatos (MSP) • ocorrência generalizada (bactérias, fungos): • Bacillus, Pseudomonas, Aspergillus • Densidade população é variável (rizosfera > solo) • Facilidade para solubilização de P-Ca, limitada solubilização para P-Al e P-Fe Ca5OH(PO4)3 + 4H+ 5Ca2+ + H2O + 3HPO4-2 FePO4 + 2H+  Fe2+ + H2PO4- AlPO4 + 2H+  Al3+ + H2PO4- Tem potencial, mas falta P&D para aplicação em larga escala

17. Mostarda Aveia Microrganismos Solubilizadores de Fosfatos Areia esterilizada Inoculado com 1% solo de jardim Inoculado com 1% solo de jardim Areia esterilizada Ca3(PO4)2, CaHPO4, Fe3(PO4)2 e FN de Marrocos Marra (2009)

18. ProcessosBiológicosqueRegulam a Disponibilidade de P naRizosfera e suaAquisiçãopelasRaízes Moreira & Siqueira, 2006

19. Perda de fósforo dos solos • Perdas volumosas logo após fertilização orgânica (chuva) • Perdas por erosão: P associado a partículas do solo • Aração, transformação de ecossistemas florestais à agricultura, etc. • Queimas de compostos combustíveis • Rejeitos humanos (3,000,000 kg de P/ano)

20. Efeito antropogênico • Uso excessivo de fertilizantes • Contaminação das correntes de água pelo uso de ácido sulfúrico para extrair o fósforo das rochas • Lixiviação contaminando lençóis freáticos causando eutrofização