Efeitos da Extrusão de H+/OH- em Plantas de Feijão Crescidas com Diferentes Fontes de Nitrogênio Sobre o Início da Formação de Nódulos Radiculares
Ricardo Antônio Tavares de Macedo
RESUMO
MACEDO, Ricardo Antônio Tavares. Efeitos da extrusão de H+/OH- em plantas de feijão crescidas com diferentes fontes de nitrogênio sobre o início da formação de nódulos radiculares. 2010. 126f. Tese (Doutorado em Agronomia, Fitotecnia). Instituto de Agronomia, Departamento de Fitotecnia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2010.
O feijoeiro pode adquirir nitrogênio da matéria orgânica do solo, de adubos ou da fixação biológica do N2 atmosférico (FBN). Entretanto, nesta cultura o processo biológico tem apresentado baixa eficiência nas condições de campo. Em função disso, muitos produtores não inoculam as sementes com estirpes eficientes de rizóbio, sendo a adubação a principal fonte de N para esta cultura. Além da ausência da inoculação, altas doses de N aplicadas no solo inibem a nodulação e a FBN. No entanto, as causas para esta inibição não são totalmente esclarecidas, especialmente pelo fato do N ser absorvido na forma de nitrato (NO3 -) e amônio (NH4 +). Considerando que a rizosfera da planta crescida com nitrato é alcalinizada e com amônio é acidificada, este trabalho teve o objetivo de avaliar o efeito das alterações de pH rizosférico (pHR), causadas pelo metabolismo destas fontes de N, no início da formação de nódulos. Os experimentos foram realizados em câmara de crescimento com luminosidade média de 400 Lux, fotoperíodo de 12/12 horas (luz/escuro) e temperatura de 25ºC ± 2ºC. As plantas foram crescidas em vasos com areia, solos com baixo (8%) e médio (25%) teor de argila e em solução nutritiva. No 1º ensaio (salinidade) foi verificado que o amônio causou maior elevação da condutividade elétrica da areia (CE), obtendo-se na dose de 60 kgN ha-1 o
valor de 1.655 μS cm-1 com amônio e de 1.301 μS cm-1 com nitrato. No ensaio seguinte foram comparadas 2 cultivares contrastantes quanto à capacidade nodular, que confirmaram a alta (Ouro Negro) e a baixa (Rio Tibagi) capacidade. Como entre as cultivares não ocorreram diferenças expressivas nos valores de pHR, nos demais experimentos avaliou-se apenas a Ouro Negro. Neste ensaio e nos demais o amônio foi a fonte de N que mais acidificou a
rizosfera e inibiu a nodulação. Através de análises de regressão para cada fonte de N foi determinada a dose de inibição total da nodulação (nível crítico), pHR nesta dose e a dose onde ocorreu 80% da máxima nodulação (dose de convivência). Em geral, foram observadas as menores doses de NC e de convivência com uso do amônio do que com nitrato. No ensaio em areia (cv Ouro Negro coletada aos 20 DAE), para amônio e nitrato as doses de
convivência foram 13 e 58 kgN ha-1 e os valores de pHR 3,95 e 5,59, respectivamente. No ensaio em diferentes tipos de solo (20 DAE), a dose de convivência foi menor com amônio do que com nitrato, sendo no solo com menor teor de argila 18 e 41 kgN ha-1 e no solo com maior teor de argila 15 e 27 kgN ha-1, respectivamente. Já os valores de pHR para amônio e nitrato foram 4,69 e 6,08 no solo com menor teor de argila e 4,23 e 4,63 no solo com maior teor de argila, respectivamente. Neste ensaio, os neutralizantes alga lithothamnium e calcário de rochas aliviaram a acidificação da rizosfera e otimizaram a nodulação, sendo a alga mais eficiente em relação ao calcário. No ensaio com aplicação de N via foliar, o amônio também acidificou a rizosfera e promoveu menor nodulação (pHR 4,15 e 14 nódulos planta-1) em relação ao nitrato (pHR 5,03 e 27 nódulos planta-1). No 6º experimento (20 DAE) a dose de 115 kgVO4 ha-1 permitiu que na mais alta dose de amônio o pHR não sofresse alterações, permitindo também a dose de convivência de 46 kgN ha-1 para o amônio. Em todos os ensaios, as mais altas doses de N de todas as fontes suprimiram a nodulação, sugerindo que nestas doses ocorreram fatores inibidores independentes do pH e não mensurados.
Palavras chave: Fontes e doses de nitrogênio, pH da rizosfera, inibição da nodulação.
ABSTRACT
MACEDO, Ricardo Antônio Tavares. Effects of extrusion of H+/OH- in bean plants grown with different nitrogen sources on the early formation of root nodules. 2010. 126p. Thesis (Doctor Science in Agronomy, Plant Science). Instituto de Agronomia, Departamento de Fitotecnia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2010.
Bean plants can get nitrogen from soil organic matter, fertilizer or biological fixation of atmospheric N2 (BNF). However, the biological process in this culture has shown low efficiency under field conditions. As a result, many farmers do not inoculate the seeds with efficient strains of rhizobia, being fertilizer the main source of N to this culture. Besides the absence of inoculation, high doses of N applied to the soil inhibit nodulation and BNF.
However, the reasons for this inhibition are not fully understood, especially because the N is uptaked as nitrate (NO3 -) and ammonium (NH4 +). Whereas the rhizosphere of plants grown with nitrate is alkalized and ammonium is acidified, the aim of this study was evaluate the effect of pH changes in rhizosphere (pHR), caused by the metabolism of these N sources, in start of nodules formation. The experiments were conducted in growth chamber with average brightness of 400 lux, photoperiod of 12/12 hours (light/dark) and temperature 25°C ± 2ºC. Plants were grown in pots with sand, soils with low (8%) and medium (25%) clay content and nutrient solution. In the 1st test (salinity) was found that ammonium had the greatest increase in electrical conductivity of the sand (EC), obtained with a 60 KgN ha-1 the value of 1.655 mS cm-1 with ammonium and 1.301 mS cm-1 with nitrate. In the following assay were compared two contrasting cultivars in capacity of nodulate, which confirmed the high (Ouro Negro) and low (Rio Tibagi) capability. As among cultivars were not significant differences in the values of pHR, in others experiments was evaluated Ouro Negro only. In this assay and in others
ammonium was the source of N with more capacity of rhizosphere acidify and inhibit nodulation. Through regression analysis for each N source, was given the dose of total inhibition of nodulation (critical level), pHR at this dose and the dose which was 80% of maximum nodulation (dose of coexistence). In general, was verified the lowest doses of critical level and coexistence using ammonium than with nitrate. In the sand test (Ouro Negro sampled 20 DAE) for ammonium and nitrate the doses of coexistence was 13 and 58 KgN ha-1 and the values of pHR was 3,95 and 5,59, respectively.
In test with different soil types (20 DAE), the dose of coexistence was lower with ammonium than nitrate, being in soil with lower clay content 18 e 41 KgN ha-1 and soil with higher clay content 15 e 27 KgN ha-1, respectively. The values of pHR for ammonium and nitrate were 4,69 and 6,08 in soil with lower clay content and 4,23 and 4,63 in soil with higher clay content, respectively. In this test, the neutralizers lithothamnium algae and limestone alleviated acidification of the rhizosphere and nodulation was optimized, where the algae was more efficient than limestone. In test with leaf application of N, ammonium also more acidify the rhizosphere and promoted less nodulation (pHR 4,15 and 14 nodules plant-1) compared to nitrate (pHR 5,03 and 27 nodules plant-1). In the 6th experiment (20 DAE) the dose of 115 kgVO4 ha-1 allowed that highest dose of ammonium did not make changes in pHR, allowing also the dose of coexistence of 46 KgN ha-1 for ammonium as source of N. In all tests, the highest N rates from all sources completely inhibited nodulation, suggesting that these doses were the occurrence of others inhibiting factors independent of pH and not measured. Keywords: Sources and doses of nitrogen, rhizosphere pH, inhibition of nodulation.
1. INTRODUÇÃO
Em países como o Brasil, que possui grandes áreas agricultáveis e ao mesmo tempo uma população crescente e com baixa condição sócio-econômica, a cultura do feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) mostra-se cada vez mais presente em atividades de subsistência, fato comum em diversos países latinos e africanos, sendo na maioria dos casos a principal fonte de proteína na dieta das populações (CIAT, 1990).
Quando se considera a produção de feijão em escala comercial predominam no cenário agrícola nacional as pequenas e médias propriedades, estando as lavouras com certos investimentos restritas apenas a algumas regiões dos Cerrados de Goiás e de Minas Gerais, Bahia e Espírito Santo (YOKOHAMA et al., 1996) onde o manejo de irrigação e adubação tem possibilitado a geração de incrementos na produtividade. A conseqüência do predomínio de lavouras de feijão com dimensões reduzidas é o baixo nível de tecnificação empregado no cultivo deste cereal, quando comparado a outras culturas de grãos como a soja e o milho, resultando na obtenção de baixos níveis produtivos. No ano de 2008, a área colhida de feijão no Brasil foi de aproximadamente 3,8 milhões de hectares, considerando as três safras anuais, com rendimentos médios pouco superiores a 900 kg de grãos por hectare (FAO, 2010).
No pacote tecnológico necessário à plenitude produtiva da cultura do feijão o manejo da fertilidade do solo é um fator que merece destaque, principalmente considerando a correção da acidez e o fornecimento de nutrientes. Dentre os elementos essenciais aos vegetais, o nitrogênio é o requerido em maior quantidade, podendo no caso do Phaseolusvulgaris L. ser obtido pela absorção radicular na forma mineral nítrica e/ou amoniacal ou através da fixação biológica do N2 atmosférico (FBN) por meio de associação com bactérias simbióticas (rizóbios) introduzidas ao sistema através da inoculação das sementes.
Devido ao fato de o nitrogênio apresentar-se como um insumo de elevado custo para o produtor e da necessidade de serem gerados incrementos na produtividade das lavouras nacionais de feijão, estudos que busquem otimizar a interação entre a fixação biológica de nitrogênio e o uso de nitrogênio mineral são extremamente importantes (FRANCO et al, 2002), especialmente sabendo-se que nesta cultura a magnitude do processo biológico muitas
vezes não permite que todo o nitrogênio requerido seja obtido através desta fonte. Nas condições tropicais, por exemplo, a FBN na cultura do feijão tem sido pouco eficiente. Várias hipóteses foram testadas para explicar essa baixa eficiência, entre elas podemos citar o aprimoramento de estudos com estirpes que devem apresentar alta competitividade e efetividade no solo (RAPOSEIRAS et al., 2006), o efeito direto do pH do solo (MORÓN, et al., 2005), temperatura e umidade do solo (HUNGRIA & FRANCO, 1993) e a deficiência mineral, principalmente do fósforo (CHAGAS et al., 2007) e do molibdênio (JACOB-NETO, 1985; JACOB-NETO et al., 1988; JACOB-NETO & FRANCO, 1995).
Nas últimas décadas a pesquisa na área de FBN com feijoeiro concentrou esforços na tentativa de aumentar a sua eficiência, porém não ocorreram grandes avanços tecnológicos capazes de tornar a inoculação das sementes a forma de fornecer todo o nitrogênio que a planta requer, assim como foi obtido na cultura soja. Por esta razão, vários autores têm proposto o uso de nitrogênio mineral complementar ou como fonte única de suprimento do
elemento para a planta, especialmente quando se espera produtividades elevadas da cultura (ROSOLEM, 1987; TSAI et al., 1993).
Diversos autores afirmam que doses de nitrogênio normalmente utilizadas nas lavouras de feijão inibem a nodulação e a presença de nódulos funcionais (PUIATTI, 1997), porém, a FBN pode se expressar se forem utilizadas baixas dosagens de N-fertilizante e um balanço adequado dos demais nutrientes, podendo ocorrer um efeito sinergístico ao invés de inibidor (TSAI et al., 1993). A razão pela qual a presença do nitrogênio mineral inibe as 2
etapas iniciais do processo de formação dos nódulos e a FBN é alvo de muitas discussões entre os pesquisadores. Enquanto os estudos têm sido direcionados aos efeitos da aplicação de nitrogênio mineral em plantas fixando nitrogênio da atmosfera, pouca relevância tem sido dada às diferentes formas de nitrogênio mineral que as plantas conseguem absorver, mais especificamente os íons nitrato (NO3 -) e amônio (NH4 +). Por se tratar de um ânion e um cátion, respectivamente, ao serem absorvidos promovem diferentes variações eletroquímicas na rizosfera, modificando variavelmente o pH desta região.
De acordo com HINSINGER et al. (2003), a maioria dos processos que contribuem para mudanças no pH da rizosfera ocorre pela liberação de H+ ou OH- pela planta para compensar o desbalanço cátion/ânion proveniente da absorção de íons pela raiz, caracterizando o balanço iônico vegetal. Neste caso a absorção do ânion nitrato e do cátion amônio promove a alcalinização e a acidificação, respectivamente (RAVEN et al., 1990; JACOB-NETO, 2003). Como o processo inicial de formação dos nódulos requer a colonização da rizosfera pelo rizóbio e envolve um complexo sistema de trocas de sinais entre
a planta hospedeira e o microssimbionte (VARGAS et al., 2002), quaisquer alterações eletroquímicas nesta região são suficientes para modificar a magnitude deste processo, o que representa um impacto direto sobre a FBN. CARVALHO (2003) constatou que a absorção de fontes de nitrogênio de diferentes cargas elétricas influenciou o pH e a colonização de Fusarium sp nas raízes de tomateiro cultivado em solução nutritiva. Foi verificado que a fonte nítrica proporcionou os maiores valores no pH da solução e favoreceu o desenvolvimento radicular, com aumentos no número e tamanho dos pêlos radiculares, além da redução da taxa de adesão de conídios e colonização por F. oxysporum f. sp. Lycopersici.
Baseado em fundamentações desta natureza o presente trabalho parte da hipótese que as variações de pH ocorridas na rizosfera do feijoeiro, devido ao balanço iônico da planta afetado pelo metabolismo de fontes nitrogenadas (nitrato e amônio), exercem influência sobre a colonização e infecção pelo rizóbio e, conseqüentemente, sobre a iniciação da formação de nódulos radiculares. Por se tratar de uma cultura em que o processo de fixação biológica do
nitrogênio atmosférico é muito instável e errático, este trabalho teve o objetivo de identificar, simultaneamente, a fonte e a dosagem de nitrogênio mineral de maior impacto nas alterações do pH rizosférico e na nodulação do feijoeiro. Foram também determinadas, para cada fonte de nitrogênio, as doses de nitrogênio de inibição total da nodulação, com o valor de pH rizosférico ocorrido nesta dosagem, e a dose de convivência do nitrogênio com a nodulação
(dose na qual ocorreu 80% da nodulação máxima).
