F:\VIDA24~1\002 quantificação d

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ARAÚJO, E. da S., et al.
QUANTIFICAÇÃO DO N DO SOLO DERIVADO DAS RAÍZES DA
SOJA UTILIZANDO O ISÓTOPO 15N
EDNALDO DA SILVA ARAÚJO1,2
ANDRÉ FERNANDO ALVES MEDEIROS2
FABIANA DE CARVALHO DIAS1
SEGUNDO URQUIAGA2
ROBERT MICHAEL BODDEY2
BRUNO JOSÉ RODRIGUES ALVES2
1- Mestrando em Ciência do Solo, CPGA-CS, Inst. Agronomia, UFRRJ, BR 465, Km 7 - 23890-000, Seropédica, RJ
2- Embrapa Agrobiologia, Cx.Postal 74.505, 23851-970, Seropédica, RJ. Projeto Financiado pela CAPES e IAEA/FAO
RESUMO: ARAÚJO, E. da S.; MEDEIROS, A.F.A.; DIAS, F. de C.; URQUIAGA, S.; BODDEY, R. M.; ALVES,
B.J.R. Quantificação do N do Solo derivado das raízes da soja utilizando o isótopo 15N. Revista
Universidade Rural: Série Ciências da Vida, Seropédica, RJ: EDUR, v.24, n.1, p. 7-12, jan.- jun., 2004.
O sistema radicular da soja pode ser um grande reservatório de N, que tem sido subestimado pelas técnicas
convencionais de amostragem. O objetivo deste trabalho foi quantificar o N das raízes não recuperáveis
(NRnr) da soja mediante a marcação da planta com o isótopo 15N. As raízes das plantas foram marcadas com
uréia-15N fornecida através das folhas. O NRnr representou 81% do N do sistema radicular e 16% do N da
planta inteira, sendo a maior parte, cerca de 83%, concentrada na camada de 0-20 cm de profundidade.
Palavra chave: nitrogênio, raiz, isótopo 15N
ABSTRACT: ARAÚJO, E. da S.; MEDEIROS, A.F.A.; DIAS, F. de C.; URQUIAGA, S.; BODDEY, R. M.; ALVES,
B.J.R. Quantication of the soil N derived if the soyabean roots with 15N leaf labelling thechnique.
Revista Universidade Rural: Série Ciências da Vida, Seropédica, RJ: EDUR, v.24, n.1, p. 7-12, jan.jun., 2004. The soybean root system can be an important reservoir of N that has been underestimated by the
traditional techniques of root sampling. The objective of this work was to quantify the non-recoverable root
N of soybean through 15N-labeling of plant N. Plant roots were labeled with 15N-urea fed through the leaves.
The non-recoverable root N represented 81% of below ground plant N and 16% of total plant N, being
principally, about 83%, concentrated in the 0-20 cm depth interval.
Key words: nitrogen, root, 15N-labeling.
INTRODUÇÃO
Tem sido observado que as culturas
plantadas em sucessão a soja apresentam
um ganho em produtividade (DERPSCH et
al., 1993; ALVES et al., 2002),
freqüentemente explicado pelo incremento
de N do solo, deixado pela cultura. Contudo,
um estudo feito com a cultura da soja,
mostrou que, com a colheita dos grãos, o
balanço de N para o solo é nulo ou, mesmo
negativo, mostrando que a soja exporta mais
N do que é capaz de obter via fixação
biológica de nitrogênio (ZOTARELLI et al.,
2002). O balanço de N é considerado positivo
quando o índice de colheita de N (N nos
grãos/N na planta inteira) é inferior a
proporção de N na planta derivada da FBN.
Para o cálculo do balanço de N, além do N
na parte aérea das plantas, têm sido
considerado apenas as raízes visíveis,
recuperadas através de escavação e
peneiramento. No entanto, esta técnica de
recuperação de raízes pode não permitir a
recuperação total das raízes finas, além de
não incluir o N no solo, proveniente de
exsudados radiculares, raízes e nódulos
mineralizados durante o desenvolvimento da
cultura. O uso do isótopo 15N para marcação
das raízes constitui uma técnica que permite
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.
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Quantificação do N do solo...
a quantificação de todo o N existente no
solo derivado das raízes, partindo da
premissa de que, após a marcação, o
enriquecimento de 15N é uniforme em todo
o N derivado ou existente nas raízes das
plantas (RUSSEL e FILLERY, 1996). O uso
da técnica tem demonstrado que o N das
raízes não recuperadas pelo peneiramento
(NRnr) pode representar até 80% do N total
do sistema radicular (MAYER et. al., 2003).
Algumas estratégias para marcação do
sistema radicular das plantas têm sido
propostas (MCNEILL et al., 1997;
PEOPLES e HERRIDGE, 2000), e dentre
estas, a marcação foliar com 15N é de fácil
utilização e permite uma marcação uniforme
do N das raízes (RAMOS et al., 2001). A
técnica foi empregada para diversas
leguminosas, no entanto somente um
estudo foi feito para a cultura da soja em
sistemas irrigados (ROCHESTER et al.,
1998).
O objetivo deste estudo foi quantificar o
N das raízes não recuperadas da soja
cultivada em condições de campo.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi instalado na área
experimental da Embrapa Agrobiologia,
Seropédica, RJ, sobre um Argissolo
Vermelho-Amarelo distrófico. Cultivou-se a
soja [Glycine max (L.) Merrill], variedade
Celeste, em uma área de 36 m2. Nesta área,
antes do plantio, introduziram-se ao solo 4
cilindros de PVC com 25 cm de diâmetro e
60 cm de profundidade. A instalação dos
cilindros foi feita por escavação manual,
separando-se o solo cav ado por
profundidades (0-20, 20-40 e 40-60 cm). Os
cilindros foram posicionados e preenchidos
com o solo de cada camada, respeitandose a ordem original. Efetuou-se o plantio de
soja em toda área, fazendo-se coincidir as
linhas, espaçadas 50 cm entre si, com o
centro dos cilindros. Foram cultivadas duas
plantas por cilindro. As plantas ao atingirem
o estádio V3 receberam uma marcação
foliar com o isótopo 15N. Esta operação foi
realizada introduzindo-se a nervura principal
do primeiro trifólio totalmente expandido em
frasco do tipo ependorff contendo 1 ml de
solução de uréia 0,5%, enriquecida com
71,3 % átomos de 15N (MCNEILL et al.,
1997). As folhas ficaram em contato com a
solução por 3 dias, repetindo-se este
procedimento em outra folha do mesmo
trifólio. A solução de uréia enriquecida
restante em cada frasco foi analisada quanto
ao total de N para quantificação exata do
15
N absorvido pelas plantas. Os cilindros
foram cobertos com plástico, na base das
plantas, evitando-se, assim, uma possível
contaminação do solo com exsudados
contendo 15N provenientes da parte aérea.
Também foram coletadas amostras do solo
contido nos cilindros nas profundidades de
0-20, 20-40 e 40-60 cm para determinação
da abundância natural de 15N do solo. A
amostragem das plantas foi realizada na
época da maturidade fisiológica dos grãos.
Nesta ocasião, coletaram-se a parte aérea,
as raízes e o solo de cada cilindro. As raízes
foram separadas do solo por peneiramento.
O material de solo e planta, após a secagem
ao ar e em estufa a 65 °C, respectivamente,
foram pesados e enviados ao laboratório
para determinação do N total e o
enriquecimento de 15N. Para a estimativa do
N das raízes não recuperadas (NRnr)
utilizou-se a seguinte equação: NRnr (mg)
= 15N exc. solo (mg) x 100/ % 15N exc. médio
nas raízes recuperadas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com os resultados
apresentados na Tabela 1, em média, 84%
do N fornecido na solução de uréia foi
absorvido pela planta. Na primeira aplicação
a ef iciência f oi de apenas de 71%,
aumentando para 97%, na segunda. Na
última marcação, as condições de
temperatura e umidade favoreceram maior
evapotranspiração, possibilitando maior
absorção do líquido contido no tubo de
ependorff.
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.
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ARAÚJO, E. da S., et al.
Tabela 1. Eficiência da marcação foliar da soja com
15
N-uréia (duas aplicações com 4,5 mg de 15N-ureia
por aplicação).
Aplicação
N Absorvido (mg) Eficiência (%)
Valores médios de 4 repetições (± erro padrão).
A recuperação na planta e no solo do
N aplicado foi de 95%, sendo a maior parte
encontrada nos grãos, cerca de 50% do 15N
recuperado. O 15N recuperado na parte aérea
representou 71% e o da parte subterrânea
(raízes visíveis + solo), 29% do total
recuperado (Tabela 2).
15
Tabela 2. Enriquecimento com 15N, recuperação de
15
N, e distribuição de 15N no solo e na planta, na
época de colheita da soja.
Parte
aérea
15
15
Grão
Caule
Folhas
%
0,28 ± 0,02
0,41± 0,01
0,54 ± 0,08
N
recuperado
(%)
48,72 ± 2,2
9,31 ± 0,4
10,61 ± 2,0
Raízes
(cm)
0-20
20-40
40-60
0,59 ± 0,07
0,59± 0,08
0,61± 0,10
3,96 ± 0,5
1,20 ± 0,3
0,47 ± 0,1
Solo
(cm)
0-20
20-40
40-60
Total
N excesso
0,009 ± 0,001 17,47 ± 3,1
0,003 ± 0,001 3,06 ± 0,9
0,002 ± 0,001 0,83 ± 0,2
95,63 ± 4,8
15
Dist. N
recuperado
(%)
50,1± 0,4
10,0 ± 0,7
11,1 ± 2,1
4,3 ± 0,7
1,3 ± 0,4
1,0 ± 0,2
18,0 ± 2,4
3,2 ± 0,1
1,0 ± 0,2
100
Valores médios de 4 repetições; (± erro padrão).
Mayer et al. (2003), utilizando a técnica
de marcação através do caule das plantas,
conseguiram uma recuperação de cerca de
84% do 15N aplicado em Vicia faba, Pisum
sativum e em Lupinus albus. Já McNeill et
al. (1997), utilizando a mesma técnica
empregada neste estudo, obtiveram uma
recuperação entre 87 e 100% do 15 N
aplicado em Trifolium subterraneum e
Ornithopus compressus. Resultados
semelhantes foram encontrados também
por Khan et al. (2003), onde a percentagem
de recuperação variou entre 86 e 92% de
acordo com a cultura. O 15N não recuperado
no sistema solo-planta (5% do 15N aplicado)
se deve, provavelmente, à movimentação do
N para profundidades superiores a 60 cm
ou perdas por volatilização de NH3. Quanto
a distribuição do 15N no sistema radicular,
observou-se uniformidade, não havendo
diferença significativas nas diferentes
profundidades estudadas (Tabela 2),
confirmando uma das premissas da técnica.
O N total recuperado nas plantas foi de 1,4
g cilindro-1 (duas plantas de soja) sendo a
maior parte, 64%, encontrada nos grãos
(Tabela 3). A contribuição do sistema
radicular foi de 0,27g cilindro-1, 20% do N
total na cultura. O N total do solo na época
da colheita f oi de 926 Mgg solo -1
(Tomicrograma) .
Tabela 3. N-total da parte aérea da planta, de raiz
visível (recuperada por peneira) e NRnr (N de raiz
não recuperada).
-1
N-total planta
N-grão
N-palha
N-raiz visível
NRnr
mg cilindro
1423,45 ±169,41
926,87 ± 98,94
224,91 ± 14,18
50,98 ± 1,73
220,69 ± 72,58
Valores médios de 4 repetições; (+ erro padrão).
O NRnr representou cerca de 81% do N
do sistema radicular (Tabela 3). Esses
resultados demonstram que o método de
escavação e peneiramento subestima a
contribuição do sistema radicular no
fornecimento de N ao solo. Este resultado
é similar aos encontrados por Mayer et al.
(2003), que estimaram, para 3 leguminosas
arbustivas, uma contribuição das raízes não
recuperadas em torno de 80% do N do
sistema radicular. Khan et al. (2003),
estudando Cicer arietinum, encontraram que
a participação das raízes não recuperadas
representava cerca de 97,8 % do N do
sistema radicular da cultura. Resultados
similares foram encontrados por outros
autores para leguminosas como Vicia faba,
Lupinus
angustifolius,
Trifolium
subterraneum e Ornithopus compressus
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.
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Quantificação do N do solo...
(KHAN et al., 2002; MCNEILL et al., 1997;
RUSSELL e FILLERY, 1996).
O sistema radicular (NRnr + raízes
visíveis) contribuiu com 20% do N acumulado
na planta inteira (Figura 1). Valores com
ordem de grandeza ainda superior aos
obtidos neste trabalho foram encontrados
por Rochester et al. (1998) que estimaram
que o N do sistema radicular da cultura da
soja representaria entre 39 e 41% do total
de N acumulado pela planta inteira.
Considerando o N total deixado no solo pela
soja, após a colheita dos grãos, este valor
representaria 36% do N total acumulado pela
cultura, sendo que a participação do NRnr
foi igual à contribuição dos resíduos (caule
+ folhas) (Figura 1).
NRnr (16%)
Raiz Visivel
(4%)
Grão (64%)
Caule
+
Folhas (16%)
Além da imobilização pela biomassa
microbiana o N liberado pelo sistema
radicular pode sof rer processos de
transformação no solo. Estes processos
(mineralização, imobilização, desnitrificação, nitrificação) resultam num fracionamento isotópico do 15N (BERGERSEN et
al., 1988). Esse efeito gera um pequeno incremento na abundância natural do isótopo
15
N no solo (0,368 a 0,373 átomos % de
15
N) comparado ao ar atmosférico (0,366%)
(SHEARER et al., 1978; MARIOTTI et al.,
1982).
Assim, é possível que o N liberado pelas
raízes marcadas tenham sofrido tais
processos, o que poderia contribuir para um
aumento relativ o de 15 N no solo,
contribuindo, desta forma, para que a
estimativa do NRnr seja superestimada.
Porém, é necessário maiores investigações
a fim de se detectar a magnitude desse
efeito.
Tabela 4. Distribuição do N de raízes não recuperadas
(NRnr) nas três camadas estudadas (subdivisões
do cilindro).
Profundidade
(cm)
0-20
20-40
40-60
Total
NRnr (mg)
182,6 ± 63,31
30,5 ± 10,47
7,5 ± 1,15
220,69 ± 72,58
%
83
14
3
100
Valores médios de 4 repetições; (± erro padrão).
Figura 1. Distribuição relativa do nitrogênio na planta
inteira
Mayer et al. (2003) encontraram em
Pisum sativum v alores para NRnr
ligeiramente superior ao deixado pela parte
aérea (caule + folhas). Na camada de 0-20
cm de profundidade concentraram-se 83%
do NRnr (Tabela 4). A redução do NRnr em
profundidade foi proporcional a diminuição
da massa do sistema radicular. Apenas 3%
do NRnr foi encontrado em profundidade
superior a 40 cm, que provavelmente é
derivado das raízes recuperadas nesta
profundidade, indicando, portanto, que não
houve lixiviação do N liberado por exsudados
e raízes mineralizadas.
Mayer et al. (2003), verificaram que 7%,
em Lupinus album, e 31% em Pisum
sativum, do NRnr foi encontrado em microraízes recuperadas por peneiras de 200 ìm.
O NRnr imobilizado na biomassa microbiana
representou apenas 14-18% do NRnr.
Somente uma pequena parte, 3 - 7% estava
associado ao N da fração mineral. Os
autores não conseguiram recuperar 48 e
72% do NRnr em Pisum sativum e Lupinus
albus, respectivamente. Estes dados
sugerem que uma grande parte do NRnr
estão na forma de exsudados. Em estudos
com trigo, observou-se que a maioria dos
aminoácidos presente na rizosfera foi
absorvido diretamente pela população
microbiana (OWEN e JONES, 2001, citados
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.
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ARAÚJO, E. da S., et al.
por MAYER et al., 2003), significando um
importante dreno de exsudados radiculares.
Neste estudo, a contribuição do sistema
radicular na camada de 0-20 cm, foi de
aproximadamente 58 kg N ha-1, mostrando,
assim, que o sistema radicular da soja pode
ser responsável por um incremento
significativo de N no solo. Isso pode justificar
o ganho em produtividade das culturas
sucessoras à soja.
CONCLUSÃO
O N das raízes não recuperáveis pelo
método mecânico representou 81% do N
do sistema radicular e 16% do N da planta
inteira, sendo a maior parte, cerca de 83%,
concentrado na camada de 0-20cm de
profundidade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALVES, B.J.R.; ZOTARELLI, L.; BODDEY,
R.M.; URQUIAGA, S. Soybean benefit to a
subsequent wheat crop in a cropping system
under zero tillage. In: INTERNATIONAL
SYMPOSIUM
ON
NUCLEAR
TECHNIQUES IN INTEGRATED PLANT
NUTRIENT, WATER AND SOIL
MANAGEMENT, 2000, Vienna. 2002. p. 2526.
BERGERSEN, F.J.; PEOPLES, M.B.;
TURNER, G.L. Isotopic discriminations
during the accumulation of nitrogen by
soybean. Australian Journal of Plant
Physiology, Rockville, v 15. P.407-420, 1988.
DERPSCH, R. Importância da rotação de
culturas e da adubação verde nos sistemas
de produção trigo-soja no sul do Brasil. In:
SIMPÓSIO INTERNACIONAL SOBRE
PLANTIO DIRETO EM SISTEMAS
SUSTENTÁVEIS, 1., Castro, PR, Fundação
ABC, 1993. Anais. p.58-75.
KHAN,
F.D.;
PEOPLES,
M.B.;
SCHW ENKE, G.D.; FELTTON, W.L.;
CHEN, D.; HERRIDGE, D.F. Effects of
below-ground nitrogen on N balances of fieldgrown fababean, chickpea and barley.
Australian Journal of Agricultural Research,
Rockeville, 2003. (in press)
MARIOTTI, A.; MARIOTTI, F.; CHAMPIGNY,
M.L.; AMARGER; N.; MOYSE, A. Nitrogen
isotope fractionation associated with nitrate
reductase activity and uptake of NO3- by
pearl millet. Plant and Physiology,
Rockville, v. 69, p. 880-887, 1982.
MAYER, J.; BUEGGER, F.; JENSEN, E.S.;
SCHOLTER, M.; HEB, J. Estimating N
rhizodeposition of grain legumes using a 15N
in situ stem labeling method. Soil Biology &
Biochemistry, Oxford, v.35, p. 21-28, 2003.
MCNEILL, A.M.; ZHU, C.; FILLERY I.R.P.
Use of in situ 15N-labelling to estimate the
total below-ground nitrogen of pastures
legumes in intact soil-plant systems.
Australian Journal of Agricultural Research,
Rockville, v. 48, p. 295-304, 1997.
PEOPLES, M.B.; HERRIDGE, D.F.
Quantification of biological nitrogen fixation
in agricultural systems. In: PEDROSA, F.O.;
HUNGRIA, M.; YATES, G.; NENTON, W.E.,
(Ed.). Nitrogen Fixation: From molecules to
Crop Productivity. .Dodrecht Kluwer, 2000,
p. 519-524.
RAMOS, M.G.; VILATORO, M.A.A.;
URQUIAGA, S.; ALVES, B.J.R.; BODDEY,
R.M. Quantification of the contribution of
biological nitrogen fixation to tropical green
manure crops and the residual benefit to a
subsequent maize crop using 15N isotope
techniques. Journal of Biotechnology, v. 91,
p. 105-115, 2001.
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.
12
Quantificação do N do solo...
ROCHESTER, I.J.; PEOPLES, M.B.; CONSTABLE, G.A.; GAULT, R.R. Faba beans
and other legumes add nitrogen to irrigated
cotton cropping systems. Australian Journal of Agricultural Research, Rockville, v. 38,
p. 253–260, 1998.
RUSSEL, C. A. & FILLERY, I. R. P. In situ
15
N labelling of Lupin below-ground biomass. Australian Journal of Agricultural Research. Res. v. 470: p.1035-46, 1996.
SHEARER, G., KOHL, D.H.; CHIEN S.H.
The nitrogen-15 abundance in a wide variety
of soils. Soil Science Society of American
Journal. Madison, V. 42, p. 899-905, 1978.
ZOTARELLI, L.; TORRES, E.; BODDEY, R.
M.; URQUIAGA, S.; ALVES, B. J. R. Role
of legumes in the N economy of cereal
production in crop rotations under
conventional and no-tillage. In: 17th
WORLD CONGRESS OF SOIL SCIENCE,
2002, Bangkok. Tailândia. Anais... 2002.
Rev. Univ. Rural, Sér. Ci. Vida. Seropédica, RJ, EDUR, v. 24, n. 1, jan.- jun., 2004. p. 7-12.