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Dinâmica de nutrientes no sistema
solo-planta visando BPUFs
Valter Casarin
IPNI - Brasil
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INTRODUÇÃO
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MO
SB
CTC
Fonte: Sparovek et al.
Restrição dos solos brasileiros em relação à fertilidade
Lopes & Fox (1977):
- 518 amostras de terra - Disponibilidade de P: 0,1 e
16,5 ppm P - 92% das amostras com P < 2
ppm
“A disponibilidade de P muito baixa é possivelmente a maior limitação para o cultivo de plantas e sua correção pode ser bastante dificultada devido à
elevada capacidade de fixação de P destes solos” Lopes & Fox (1977)
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CARACTERÍSTICAS SOLOS TROPICAIS
Solos divergem quanto às propriedades físicas, químicas e
biológicas.
Se faz necessário aferir tais propriedades para que se possa
manejar visando eficiência.
Os solos do Brasil são geralmente de reação ácida, baixa
fertilidade e elevada capacidade de fixação de fósforo.
Resumindo ainda mais:
O manejo correto dos solos visando a adequada nutrição das
culturas passa necessariamente pela compreensão dos princípios
básicos de dinâmica dos nutrientes no solo.
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SOLO FASE SÓLIDA
ORGÂNICA
INORGÂNICA
POROS
AR
ÁGUA
ORGANISMOS
MACRO
MICRO
De forma
simples
ASPECTOS BÁSICOS DE QUÍMICA DO SOLO:
PCZ ou PESN:
pH onde –S = +S
Efeito de profundidade
ADSORÇÃO:
Ligação iônica = Pratic/te todos os cátions
Ligação covalente = H+
-
CARGAS:
Constantes
Variáveis (principalmente pH)
-
+
+
- - -
- -
- -
+
- - -
- -
- -
Al3+
Ca2+
Mg2+
H+
K+
Ca2+
Al3+
NH4+
H+
H+
H+
H+
CARGAS:
Constantes
Variáveis (principalmente pH)
PCZ ou PESN:
pH onde –S = +S
Efeito de profundidade
ADSORÇÃO:
Ligação iônica = Pratic/te todos
os cátions
Ligação covalente = H+
SOLO
ORGÂNICA
INORGÂNICA
AR
ÁGUA
ORGANISMOS
MACRO
MICRO
De
forma
simples
FASE SÓLIDA
POROS
Fase Sólida Fase Solução
Al3+
H+
H+
H+ Ca2+
Fe3+
K+ EQUILÍBRIO
K+
Al3+
Cl- H+
H+
H+ H2PO-
4
Ca2+
Fe3+
SO24-
K+
Equação de Kerr
( K+ ) = K ex [ K+ ]
(Na+) [ Na+]
Equação de Kerr
( K+ ) = K ex [ K+ ]
(Na+) [ Na+]
SB = K + Ca + Mg (+Na) CTC pH 7,0 = SB + (H+Al)
V% = SB x 100 CTC pH 7,0
Equilíbrio quando se adiciona cátions em solução
SB = K + Ca + Mg (+Na)
CTC pH 7,0 = SB + (H+Al)
V% = SB x 100
CTC pH 7,0
KCl
K+ + Cl-
Al3+
Cl- H+
H+
H+ H2PO-
4
Ca2+
Fe3+
SO24-
K+
Ca CO3
Ca CO3 + H2O Ca2+ + HCO3- + OH-
Ca+
Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+
Equilíbrio quando ocorre absorção
Al3+
Cl- H+
H+
H+ H2PO-
4
Ca2+
Fe3+
SO24-
K+
K+
Mg2+
Al3+
Cl- H+
H+
H+ H2PO-4
Ca2+
Fe3+
SO24-
K+
E o fósforo (P) ?
Comportamento distinto.
3 FATOS
1) Grande parte como P – orgânico
2) Forma compostos de baixa solubilidade
Formação de P – Ca, Fe e/ou Al
3) Estável dentro da estrutura de certas particulas
Al3+
Cl- H+
H+
H+
H2PO-4
Ca2+
Fe3+
SO24-
K+ Al3+
Cl- H+
H+
H+ Ca2+
Fe3+
SO24-
K+
Formação de P – Ca, Fe e/ou Al
CONSEQÜÊNCIAS:
Transporte até superfície da raiz por difusão
[ P ] na solução
Disponibilidade de P às plantas
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Representação esquemática dos mecanismos de contato íon-raiz
Fonte: Malavolta (1976).
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Elemento
Processo de contato (% do total)
Aplicação do fertilizante Interceptação radicular Fluxo de massa Difusão
Nitrogênio 1 99 0 Distante, em cobertura (parte)
Fósforo 2 4 94 Próximo das raízes
Potássio 3 25 72 Próximo das raízes, em
cobertura
Cálcio 27 73 0 A lanço
Magnésio 13 87 0 A lanço
Enxofre 5 95 0 Distante, em cobertura (parte)
Boro 3 97 0 Distante, em cobertura (parte)
Cobre1 15 5 80 Próximo das raízes
Ferro1 40 10 50 Próximo das raízes
Manganês1 15 5 80 Próximo das raízes
Zinco1 20 20 60 Próximo das raízes
Molibdênio2 5 95 0 Em cobertura (parte)
Relação entre o processo de contato e a localização dos fertilizantes
Fonte: Modificada de Malavolta (1976).
(1) Complementação com aplicação foliar.
(2) Aplicação via semente e/ou foliar.
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Cálcio, Magnésio e
Acidez do Solo
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Reações envolvidas na correção da acidez do solo
CaCO3 + H2O + 2H+ Ca2+ + H2CO3 + OH-
Al3+ + 3 OH- Al(OH)3 + 3 H+
(1)Neutralização da acidez (H+)
(2)Imobilização do Al3+
(3)Necessitamos de uma base forte
Ca2+ + H2CO3 + OH- Ca2+ + CO2 + H2O + OH-
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Reações envolvidas na correção da acidez do solo
MgCO3 + H2O + 2H+ Mg2+ + H2CO3 + OH-
Al3+ + 3 OH- Al(OH)3 + 3 H+
(1) Neutralização da acidez (H+)
(2) Imobilização do Al3+
(3) Necessitamos de uma base forte
Mg2+ + H2CO3 + OH- Mg2+ + CO2 + H2O + OH-
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Com o aumento do pH do solo, a saturação por Al3+ diminui. Na maioria dos
solos, pouco ou nenhum efeito de toxicidade de Al3+ no crescimento das
plantas é observado acima de pH 5,0-5,5
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Delhaize & Ryan (1995)
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Delhaize & Ryan
(1995).
+ Al+3 =
Delhaize & Ryan (1995)
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+ Al+3 =
Delhaize & Ryan (1995)
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5 cm
Fonte: Denardin, J.E. (EMBRAPA)
Possível consequência da calagem
(e da adubação) superficial ??
As plantas vão tender a restringir suas
raízes nos primeiros centímetros de solo.
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pH X Disponibilidade de Nutrientes
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Reações envolvidas na gessagem do solo
Fonte: Preparado por Prochnow.
CaSO4.2H2O Ca2+ + SO4
2-
SO42- + Xn+ Xn+SO4
(1) Aumento de Ca em superfície
(2) Lixiviação de SO42- e cátions acompanhantes
(3) Diminuição da atividade do Al3+
(4) Cuidados são necessários
(5) Gesso é mais solúvel que calcário
(6) Gesso tem base fraca que leva a formação de ácido
forte, não sendo portanto corretivo da acidez
Xn+SO42- Xn+ + SO4
2-
SO42- + Al3+ AlSO4
-
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Desenvolvimento das raízes do
algodoeiro em profundidade, em ausência
e em presença de gesso (cada quadrícula
mede 15 cm x 15 xm), por ocasião da
floração plena, em 22 de março de 2006
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Saturação do complexo coloidal Quanto > a saturação > o fornecimento às plantas
Natureza de outros íons adsorvidos Série Liotrópica: Al > Ca > Mg > K > NH4
+ > Na
Textura e pH do solo Quanto mais ácido e arenoso menor a disponibilidade
Desbalanço entre os cátions Excesso de Ca prejudica a absorção de Mg e vice-versa
Excesso de K prejudica a absorção de Mg
Algumas características relacionadas ao Ca e Mg
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Ca Mg K 9 3 1
a
25 5 1
K%T = 3 a 5
Mg%T = 10 a 15
Ca%T = 40 a 45
Equilíbrio iônico no complexo de troca
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Concentração de potássio no tecido foliar de milho em função da relação Ca2++Mg2+/K+
no solo, na profundidade de 0-20 cm ( = 0-5 cm, = 5-10 cm e = 10-20 cm), em
sistema plantio direto. *: P < 0,05 e **: P < 0,01.
FONTE: Caires et al. (2004) – Revista Brasileira de Ciência do Solo
Po
tássio
na
fo
lha
de
milh
o (
g k
g-1
)
Relação Ca2++Mg2+/K+ no solo
0 15 30 45 10
15
20
25
ŷ = 24,26 - 0,24x
R² = 0,83**
K
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Nitrogênio no Solo
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• Nenhum método que mede N no solo é
utilizado em larga escala no mundo
• Teor de matéria orgânica é utilizado em
alguns Estados
• Principais parâmetros: – Rendimento esperado
– Histórico/manejo/cultura anterior
– Análise foliar
Extraído: Cantarella & Montezano
Critérios para recomendar N
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4. ADIÇÕES AO SOLO
1. Precipitações Atmosféricas: Descargas Elétricas e Poluição
2. Fixação Biológica: Fixação Assimbiótica e Fixação Simbiótica 3. Fertilizantes Orgânicos ou Minerais
Entradas de Nitrogênio no Sistema
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NITROGÊNIO
SOJA – Deficiência visual
Perda da cor verde-escuro, passando a verde-pálido com um leve amarelado e, dias mais tarde, todas as folhas tornam-se amarelas. O sintoma aparece primeiro nas folhas inferiores mas espalha-se rapidamente pelas folhas superiores.
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Condições favoráveis para a máxima fixação de N2
- Inoculação eficiente
- Fornecimento de Mo e Co
- Nutrição balanceada em P e S
- Fornecimento de Ca e Mg
- Sanidade da cultura
- Dose e época de aplicação de N mineral (Feijão)
- Acidez do solo
- Cobertura do solo (T ºC)
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Nitrofosfatos
Nitrato de amônio (NH4NO3)
Nitrato de sódio (NaNO3)
Sulfato de amônio [(NH4)2SO4]
Ureia [CO(NH2)2]
Aqua amônia (NH4OH)
Soluções com N
Fosfatos de amônio (MAP e DAP)
(NH4H2PO4) e [(NH4)2HPO4]
+ NH3
+ Na2CO3
+ H2SO4
+ CO2
+ H2O
+ NH4NO3 + Uréia + H2O
+ H3PO4
NH3
+ O2
HNO3
Fontes Tradicionais
LOPES, 2005.
+ fosfatos de rocha
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Fertilizante
produzido Fertilizante
aplicado N na cultura
N colhido
N no
alimento N consumido
6 47 16 5 12 Perdas
47 31 14 26
100
Fonte: Martinelli, 2007
94
Perdas de nitrogênio na aplicação da ureia cadeia de produção vegetal
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Aumentam a acidez do solo
Índice salino relativamente elevado
Solubilidade alta em água
Isento de macronutriente 2ários
(Exceção: Sulfato de Amônio: 24% S)
CARACTERÍSTICAS DOS PRINCIPAIS ADUBOS NITROGENADOS
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Como aumentar a eficiência dos ADUBOS NITROGENADOS
Parcelamento da adubação de N
- A dose recomendada de N é alta (> 80
kg N.ha-1)
- Solos arenosos
- Solos argilosos com baixa CTC
- Áreas sujeitas a chuvas com altas
intensidades
- Culturas de ciclo longo (Ex: café)
- Áreas de irrigação (pivô, aspersão, etc)
Reduzir as perdas por volatilização
- Incorporação do adubo
Correção dos solos
- > CTC efetiva
- > crescimento radicular
Espaçamento e potencial de
produção
- > espaçamento < eficiência
- > potencial de produção > eficiência
Uso de fertilizante de solubilidade
controlada (+ lenta)
- Ureia revestida (S)
- Inibidores da urease
- Inibidores da nitrificação
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Fósforo no Solo
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a) O fósforo é um macronutriente primário ou nobre
N - P2O5 - K2O
b) Menos extraído e o mais aplicado nas lavouras
- Baixo teor no solo
- Dinâmica no solo
c) Função: Energia (ATP)
Estrutural (RNA e DNA)
d) Nutriente que mais limita a produção
P2O5 > N = K2O
Características Gerais do Fósforo
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Adubação Fosfatada
P NO
FERTILIZANTE
P NA SOLUÇÃO
DO SOLO
P
LÁBIL
P NA EROSÃO E
NA ÁGUA DE
DRENAGEM
P NÃO
LÁBIL
FASE
SÓLIDA
DO SOLO
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Elemento é encontrado em grandes quantidades
no solo - 100 a 2000ppm;
Em compensação, a quantidade disponível às
plantas é extremamente baixa;
Solo Cerrado comum 1ppm de P disponível = 3kg/ha de P
Macronutriente menos exigido pelas plantas ( 20 a
30 kg/ha P2O5), mas aplicado em maior quantidade
nas adubações (60 a 120 kg/ha P2O5);
Fixação de Fósforo
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56 mg/dm3 (soja normal) 5 mg/dm3 Soja Deficiente
Nortelândia (MT) – 76% de argila
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a) Precipitação/dissolução
b) Adsorção/dessorção
c) Mineralização/imobilização
Reações do P no solo
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Reações no solo
a) Precipitação/dissolução
O fósforo da solução do solo precipita com o Al, o Fe e o Mn (pH baixo).
Quando o pH é corrigido, esses elementos se precipitam e o fósforo fica
disponível.
H2PO4- + Fe
+2, Al
+3, Mn
+2 +OH
- AlH2PO4(OH)2
(pH – ácido) VARISCITA
FeH2PO4(OH)2
STRENGITA
MnH2PO4(OH)2
(pH + ácido)
Reações do P no solo
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Reações no solo
b) Adsorção/dessorção
Adsorção Específica: O fósforo sofre adsorção
específica com os óxidos de Ferro, Alumínio e com
as Argilas silicatadas, que também se encontram em
menor quantidade em solos ácidos.
M-OH + H2PO4- M-H2PO4
- + OH -
(pH - ácido) (pH + ácido)
Onde, M = Si, Fe ou Al
Reações do P no solo
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a) Reação do solo
A adsorção aumenta abaixo de pH 6,5 e acima
de pH 7,5
b) Concentração de P na solução
A adsorção aumenta com a concentração de P
na solução
Fatores que interferem na adsorção
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c) Teor e natureza da argila
Maior teor de argila → Maior adsorção
Óxidos de Fe e Al > Minerais argila
Matéria Orgânica não adsorve P
d) Saturação de P do solo
Maior saturação → menor adsorção
e) Tempo de contato com o solo
Maior tempo → maior adsorção
Fatores que interagem na adsorção
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1000
750
500
250
00,001 0,01 0,1
P - solução ( g/ml)
Pad
sorv
ido
(g/g
de
so
lo)
1,0 10,0
LV1 65
46
46
9
35
LE
HPG
AQ
SoloArgila(%)
LV2
Fonte: Sousa et al. 2004.
Retenção de P no solo
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A M.O. melhora a disponibilidade de P por uma série de
motivos:
a) Fonte de P (20 a 60% P total)
CHONPS + O2 H2PO4-
P orgânico (ácido fítico) pH 6,0 a 7,0 Inositol + H2PO4-
Temp, umidade,
C/P 150
P mineral (insolúveis) Micorrizas H2PO4-
Imobilização
Transitória
Matéria Orgânica
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b) Formação de complexos fosfo-húmicos
facilmente assimiláveis
c) Fosfatos orgânicos são mais fracamente retidos
d) Diminuição do contato fosfato/argila
Teores de P em folhas de milho, após
5 anos de cultivo em sistema de
plantio direto e convencional
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
Plantio Direto Plantio
Convencional
Sistema de plantio
P n
as
folh
as
de
mil
ho
%
Significativa
(Tukey 5%)
Fonte: Muzilli, 1983
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Solos com alta capacidade de reter P
em formas indisponíveis
MO afeta reações do P no solo: - Saturação e Bloqueio de sítios reativos
- Ciclagem de P e Formas orgânicas
Disponibilidade de P às culturas
Fósforo no Solo
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Fe
Fe
O
H2PO4-
+
R - C O
O
OH
OH
Bloqueio de sítios na superfície de óxidos de Fe
+
+
H -
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Fe
Fe
O C - R
O
O
H2PO4-
Bloqueio de sítios na superfície de óxidos de Fe
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P Mehlich P soluçãoProf (cm) PC PD PC PD
-------mg kg-1
-------- --------g dm-3
-------0-2 4,2 14,5 6,0 27,02-4 3,9 14,5 8,0 25,04-6 3,8 16,6 5,0 23,06-8 4,0 19,1 7,0 24,08-10 4,0 14,6 15 28,010-15 4,4 7,3 8,0 16,015-20 3,8 4,4 7,0 24,020-30 4,4 1,2 11,0 17,0
Ciotta et al. (2002)
Experimento com 20 anos em PD (Guarapuava, PR)
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Razões para o bom desempenho da adubação P a lanço
1. Nível de fertilidade atual (P médio a alto) dos solos cultivados
2. Clima tropical favorável com elevada precipitação
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Potássio no Solo
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Proporções entre as diversas formas de K do solo
• Rede cristalina de minerais primários e minerais de argila – 90 a 98%
• Fixado nos minerais de argila – 0 a 10%
• Trocável e solúvel – 1 a 2%
• Matéria Orgânica – 0,5 a 2%
Formas de ocorrência de K no solo
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(1)Textura do solo
Solos mais ricos em M.O. e argila maior CTC
maior adsorção mais K-trocável menor perda
por lixiviação
(2) Reação do solo (pH)
Em solos ácidos a CTC está preenchida principalmente
com H menos K-trocável maior perda por
lixiviação
Fatores que influem na disponibilidade de potássio para as plantas
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(3) Equilíbrio iônico excesso de Ca++ e Mg++ desloca o K+ adsorvido para a solução do solo maiores perdas por lixiviação
Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+
K Mg
> lixiviação
> adsorção
Ca
Al
H
Fatores que influem na disponibilidade de potássio para as plantas
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(4) Natureza da Planta
As gramíneas absorvem mais facilmente
potássio do que as leguminosas.
Fatores que influem na disponibilidade de potássio para as plantas
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Werle R, Garcia RA, Rosolem CA. Lixiviação de K em função
da textura e da disponibilidade do nutriente no solo. RBCS,
v.32, 2008.
Estudo realizado:
2 solos: 21% argila (1,5% MO) e 48% argila
(2,5% MO)
6 anos de soja c/ 0, 60, 120 e 180 kg/ha K2O
Colunas de 40 cm: 80 kg/ha K2O
100 mm por 16 semanas: 1600 mm
Figura 2. Intensidade de K percolado nas
doses 0 (a) e 180 (b) kg/ha K2O (+80
kg/ha) em função da aplicação de água.
Semanas In
ten
sid
ad
e lix
ivia
ção
, µ
g/m
L
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Enxofre no Solo
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ENXOFRE
• Exigido em quantidades às vezes superiores as de Fósforo.
• Elemento deficiente em muitos solos tropicais
• É um dos macronutrientes menos utilizados nas adubações
Deficiência de S nas culturas nos últimos anos:
• Emprego de fertilizantes concentrados (sem enxofre) tem aumentado
• Emprego de S nos defensivos tem diminuído
• Emprego de combustíveis fósseis tem diminuído
• Reservas de enxofre dos solos estão se esgotando
Introdução
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Sulfato (SO42-)
• É a forma disponível mais importante para as plantas
• É a espécie mais estável em solos arejados
H2S
• Aparece em solos muito reduzidos (encharcados)
• Pode ser tóxico em certas concentrações
Enxofre na solução
Gases
SO2 e H2S
• SO2 e H2S podem ocorrer no solo em pequenas quantidades
• SO2 atmosférico penetra na planta pelos estômatos sendo
metabolizado
Formas de ocorrência
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Adsorção pode ser
- Não específica: depende de cargas positivas nos colóides
- Específica: não depende de cargas positivas
Natureza do complexo coloidal
- Óxidos de Al > Óxidos de Fe > Caulinita > Minerais de argila 2:1
pH do solo
- A adsorção diminui com o aumento do pH, tornando-se muito baixa acima
de pH 6,5
Presença de outros ânions
- Ânions como fosfato e molibdato diminuem adsorção (competição)
Sulfato (SO42-)
Lixiviação
H2PO4- > SO4
= > NO3- > Cl-
Adsorção (fixação)
Formas de ocorrência
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Fosfato Adicionado
S-SO4 Adsorvido
0
0,12
0,24
0,36
2,9
1,7
0,6
0,0
meq/100g
Efeito do fosfato na absorção do sulfato
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• Representa de 80 a 95% do total de enxofre do solo
• É uma forma de reserva de S do solo
• Principáis compostos orgânicos sulfurados de origem vegetal
são: aminoácidos, as proteínas e os ésteres de sulfato
Enxofre orgânico
Formas de ocorrência
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MINERALIZAÇÃO
• Fenômeno realizado por microorganismos heterotróficos não
especializados
Proteína-S hidrólise Aminoácido-S
Aminoácido-S hidrólise Ácidos org. + NH3 + H2S
Outros produtos finais: S elementar, SO2, SO42-
Transformações no solo
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TRANSFORMAÇÃO DO S MINERAL
OXIDAÇÃO:
• A oxidação do enxofre no solo é feita por bactérias do gênero Thiobacillus
H2S + ½ O2 S + H2O
S + 1,5 O2 + H2O H2SO4
REDUÇÃO:
• Ação de bactérias anaeróbias
SO42- SO2 S H2S Testemunha 2941
90 – 60 – 90 (uréia) 3741
90 – 60 – 90 (sulfato) 2295
Município do Rio Grande
Transformações no solo
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Micronutrientes
no Solo
Curso de Especialização em Manejo do Solo ESALQ/USP
Dr. Valter Casarin
IPNI Brasil - Diretor Adjunto
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Boro B Cloro Cl Cobre Cu Ferro Fe
Manganês Mn Molibdênio Mo Zinco Zn Cobalto Co Silício Si Níquel Ni
Legislação Brasileira (Decreto 4.954/14-01-04)
Instrução Normativa n.º 5 / 23/02/07
Micronutrientes de Plantas
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Conteúdo: f (rocha e solo)
Fe > Mn > Zn Cu > B > Mo
Ordem encontrada no solo
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Rocha matriz (material de origem)
Resíduos animais e vegetais
Corretivos e fertilizantes
Defensivos agrícolas
Precipitação Cl e B
Origem dos micronutrientes do solo
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Fixado Absorvido
Imobilizado Adsorvido
Liberação Liberação
Equilíbrio dos micronutrientes no solo
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NUTRIENTE FORMAS
Formas de absorção pelas raízes das plantas
H3BO3, H2BO3-
Cl-
Cu++
Fe++
Mn++
MoO42-
Zn++
Co++
H4SiO4
Boro (B)
Cloro (Cl)
Cobre (cu)
Ferro (Fe)
Manganês (Mn)
Molibdênio (Mo)
Zinco (Zn)
Cobalto (Co)
Silício (Si)
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B
Cl
(Fe)
Micro Metálico
Mo
Absorção: contato íon - raiz
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1) Fluxo de massa (Lixiviação)
Cl- > H3BO3 > MoO4=
2) Difusão (Fixação no solo)
Cu2+ > Mn2+ > Zn2+ > Fe2+
Absorção: contato íon - raiz
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Comportamento dos micronutrientes
elementos no solo
* Aplicação Foliar/Aplicação em Mudas
Fonte: Malavolta et al, 1997.
Processo de contato
Elem. Interceptação Fluxo de massa Difusão Aplicação de adubos
------------------- (% do total) -------------------
B 3 97 0 Distante, em cobertura (parte)
Mo 5 95 0 Cobertura
Cu* 15 5 80 Próximos das raízes
Fe* 40 10 50 Próximos das raízes
Mn* 15 5 80 Próximos das raízes
Zn * 20 20 60 Próximos das raízes
Relação entre o processo de contato e a localização dos fertilizantes
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a) Material de origem do solo
b) Textura do solo
c) Aeração do solo
. Ferro
. Manganês
. Cobre
d) Práticas culturais
. Calagem (reação do solo)
. Adubação fosfatada
. Plantio direto
e) Características genéticas da planta (Ex: soja RR)
f) Desbalanceamento entre nutrientes
g) Altas produtividades (Lei do mínimo)
h) Queima de restos culturais (Boro: Cana-de-açúcar e algodão)
Fatores associados a deficiência e a disponibilidade
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OBRIGADO