Manejo de nitrogênio no Cerrado em Sistema Plantio Direto: resultados de trabalhos utilizando o isótopo estável 15N

Waldo Alejandro R. Lara CabezasDoutor, pesquisador da APTA-SAA Polo Regional Noroeste PaulistaE-mail: waldolar@terra.com.br

Produzir alimentos com margem de lucro, com base no preparo técnico e profissional do produtor (empresário rural), ciente da importância da conservação dos recursos solo e água para viver com dignidade e auto estima é o ponto chave da atividade agropecuária atual com sucesso. A falta de alguns desses atributos coloca em risco a permanência do produtor na atividade rural. Dentro da porteira cabe ao produtor a aplicação desses atributos para compensar a volatilidade do mercado, a presença do atravessador, situação climática, enfim, aspectos de escasso controle do produtor (fora da porteira). Entre os insumos, os fertilizantes oneram em forma expressiva os custos de produção, e especialmente os nitrogenados que quando bem manejados favorecem a margem de lucro.

Nesse trabalho, inicialmente, se dará ênfase a importância da matéria orgânica no manejo da adubação nitrogenada, seguida de uma discussão de resultados apresentados em trabalhos utilizando o traçador 15N no manejo da adubação nitrogenada (fonte, dose, época), salientando-se as condições que levam a melhor eficiência de utilização dos fertilizantes nitrogenados em solos de Cerrado.

Matéria orgânica: requisito essencial para fazer da adubação nitrogenada uma prática eficiente

Sem desmerecer a importância de todos os nutrientes denominados essenciais, o nitrogênio (N), é sem dúvida um grande responsável na obtenção de lucro em virtude de seu desempenho estratégico na planta. Paradoxal é que havendo tanto N na biosfera (78% v/v), fica restrita sua utilização direta à família das leguminosas. As gramíneas e outras espécies dependem do solo e fertilizantes para sua absorção. No solo, a matéria orgânica (MO) é a principal fonte de N associado ao carbono orgânico (CO), mas somente uma pequena fatia está disponível no ciclo de vida de uma cultura anual. A figura 1 mostra mais claramente esta ideia indicando relações meramente ilustrativas.

Figura 1. Disponibilidade de N para a planta mostrada de forma ilustrativa, a partir dos estoques de N do ar e do solo.

Nas figuras 2 e 3 com base em dados de literatura (Silva & Mendonça, 2007), se enfatiza a mínima disponibilidade de N comparando-se duas situações de solo com baixo e médio teor de MO, expressando os valores em kg ha-1 como unidade mais familiar para o produtor.

Considerando-se na figura 2 um solo com 1,5% de MO (15 g kg-1), e assumindo densidade média de 1,3 kg L-3 para a profundidade de 0 a 20 cm num hectare, há 2.600.000 kg de solo, correspondendo a 39.000 kg ha-1 de MO. Dessa quantidade, aproximadamente 2,3% corresponde a N-total (indisponível + disponível), é dizer, 897 kg ha-1 de N, sendo que somente o 5% (44,9 kg ha-1 de N), corresponde a N potencialmente disponível, composto pelo N-biomassa (micro-organismos microscópicos, não visíveis a olho nu) sendo que a maior proporção (95%) corresponde a N-orgânico de difícil disponibilidade num ciclo de cultura anual. Ao longo do ciclo cultural (cinco meses), o solo utilizado neste exemplo poderá disponibilizar à solução de solo em torno de 46,7 kg ha-1 nas formas de N-mineral (amônio + nitrato), formas em que a planta absorve o N principalmente. Considerando-se que são necessários aproximadamente 20 kg de N para cada tonelada de grãos de milho produzida e assumindo uma eficiência de utilização de 50% do N disponibilizado, neste solo sem adubação nitrogenada, a expectativa de produção seria de apenas 1.168 kg ha-1 de grãos. Este valor não está muito longe da média de produtividade nacional de milho, pouco acima das 3 t ha-1 de grãos, fato que nos permite concluir a grande distancia ainda existente entre como se produz e a tecnologia disponível.

Figura 2. Distribuição das frações de matéria orgânica (MO) e nitrogênio total para um solo contendo 15 g kg-1 de MO.

Considere-se o exemplo apresentado na figura 3, num solo com 3,0% de MO (30 g kg-1). Na mesma linha de raciocínio, o solo teria 78.000 kg ha-1 de MO, sendo 1.820 kg ha-1 o N-total. Para simplificar, supondo uma taxa de mineralização de N similar ao caso anterior, ao longo do ciclo da cultura, 94,6 kg ha-1 de N-mineral estariam disponibilizados, o que se traduz numa expectativa de produção de 4.730 kg ha-1 de grãos, aproximadamente quatro vezes a mais que no caso do solo anterior, numa condição sem aplicação de adubo nitrogenado. Isto reflete a fundamental importância da MO no solo. Solo com maior teor de matéria orgânica está associado ao conceito de solo fértil e com maior potencial de produção em virtude de melhoria nos atributos físicos, químicos e biológicos de solo (Souza & Rein, 2009). Vamos fixar essa ideia, resumindo o exposto na tabela 1.

Figura 3. Distribuição das frações de matéria orgânica (MO) e nitrogênio total para um solo contendo 30 g kg-1 de MO.

Tabela 1. Potencial de disponibilização de N proveniente do solo e expectativa de produção de grãos de milho, na ausência de fertilizante, para teores diferentes de matéria orgânica.

Portanto, aumentar o teor de MO de um solo, que demanda práticas de manejo adequadas em forma permanente, é o desafio de todo produtor que queira ter controle e redução de seus custos de produção. E qual a receita para aumentar a MO do solo? A resposta é palha permanente sobre o solo. A mesofauna fará a tarefa inicial de triturar a palha, favorecendo o contato mais íntimo com o solo e sua posterior decomposição pela biomassa de solo. Não existe outra forma mais barata de atingir-se esse objetivo. O sistema plantio direto (SPD), quando bem entendido, é o sistema de produção que melhor contribui para isso, na medida em que preconiza a ausência de revolvimento de solo, com manutenção permanente de cobertura viva e/ou morta sobre o solo e planejamento de rotação de culturas adaptado para cada região. Souza & Rein (2009) citando outros autores mostram acréscimo de 10 g kg-1 na MO de um Latossolo Vermelho distrófico argiloso, utilizando SPD após 10 anos de cultivo com soja e milho no Cerrado, para a camada de 0 a 15 cm de profundidade, em relação a solo com preparo.

O aumento da MO em SPD como objetivo fundamental não admite áreas em pousio fruto muitas vezes da falta de planejamento. Deve-se propiciar a manutenção de cobertura vegetal o ano inteiro, com as culturas de renda no verão e outono/inverno via safrinha nos locais que isto seja possível, e o investimento fundamental em culturas para o inverno, caso não seja possível o estabelecimento de safrinha, na fase mais crítica do ano. Fazendo-se um paralelo com um motorista numa longa viagem, deverá inevitavelmente parar em posto de combustível para continuar sua jornada, em determinados momentos. Mas parar não significa atraso na viagem? Da mesma forma, o sistema precisa de combustível (palha), e é na entressafra quando se deve repor o combustível gasto pela cultura de renda. É nesta época do ano quando se deve colocar a maior atenção, porque estará beneficiando a próxima safra, com formação de novas palhas e MO em curto prazo. O autor considera que neste ponto ainda falta real conscientização, apesar das inúmeras vantagens assinaladas em textos, palestras, dias de campo, etc. O produtor deve entender que ter dinheiro no bolso ou na conta bancária é tão bom como palha na superfície de solo. Note-se que estamos considerando sinônimos, palha, combustível e dinheiro, e não estamos equivocados.

...........................................................PALHA = COMBUSTÍVEL = DINHEIRO...........................................................

Não podemos falar de adubos nitrogenados e seu manejo sem ter feito primeiro uma reflexão sobre algo que a própria unidade produtora deve fazer com eficiência: MO e, consequentemente, disponibilizando N da forma mais barata e ambientalmente correta às culturas. No Cerrado este aspecto é mais crítico devido: a) limitações climáticas por altas temperaturas, veranicos e estreita faixa de pluviosidade no verão e prolongada estiagem no outono/inverno, dificultando a permanência da palha como cobertura de solo, com rápida extinção, b) reduzido número de culturas para cultivo na entressafra devido ao anterior, afetando a disponibilidade de nutrientes reciclados para a cultura em sucessão e c) falta de capacitação do recurso humano para entender a importância de planejar a sequencia de culturas ao menos para três safras consecutivas e do entrave em aceitar as chamadas ‘boas práticas”, rompendo com a cultura da tradição.

No inicio da década dos 2000, aparece a melhor alternativa para contornar-se a dificuldade de produção de palha na época da estiagem no Cerrado: sistema Santa Fé, revolucionando o conceito de utilização do capim. De cultura perene e degradada passou a conviver com a cultura de grãos como consorcio, permitindo uma maximização no uso da água de chuva, com a presença de duas culturas simultâneas, sem interferência para a cultura de renda e permitindo o desenvolvimento posterior desta para aproveitamento animal, cobertura viva de solo e fornecimento mantido e contínuo de MO ao solo, sem falar no controle de invasoras. Ainda, mais uma forma barata de evitar a lixiviação de N e outros nutrientes ao ficar fixado na fitomassa do capim. A reciclagem de nutriente em plena atividade. A forrageira com sistema radicular profundo e resistência a deficiência hídrica (Crusciol et al., 2009), é a cultura indicada para o Cerrado nessa época.

Em Votuporanga (SP), no Noroeste do Estado, em área que estava estabelecida com consorcio milho–brachiaria na safra 2007/2008, foi capinado o pasto por motivos de um experimento que exigia a presença de milho exclusivo. Observe-se na figura 4, a situação de ambas as áreas, em agosto de 2008: alta infestação de planta daninha e solo descoberto na área que tinha sido cultivada com milho exclusivo e presença unicamente do pasto com solo coberto e sem infestação, quando o milho foi cultivado em consorcio no sistema Santa Fé.

Figura 4. Área experimental adjacente a área comercial mostrando o efeito do manejo em consórcio e exclusivo de milho após a colheita da safra 2007/2008, Votuporanga (SP).

Ainda em São Paulo, a cana-de-açúcar forrageira pode vir a ser um parceiro para a cultura de milho. Estamos trabalhando para validar a tecnologia de consorcio milho-cana, sobretudo a escala de agricultura familiar. Alguns resultados preliminares mostram que é viável a semeadura de milho, simultânea ao plantio do tolete de cana ou de gemas na entrelinha, produzindo uma forragem mais exuberante que o capim, com ocasião da colheita de milho. Neste caso sim é interessante reforçar em torno de 20 % a adubação em cobertura porque a cana mostra que concorre com o milho pelo N. Na figura 5 observa-se o expressivo desenvolvimento da cana plantada na entrelinha da cultura de milho até o momento da colheita do mesmo. O material poderá servir como forragem animal para o inverno ou efetuar uma cobertura garantida para a época da estiagem, evitando o desenvolvimento de invasoras como se observa na figura 6. A massa seca produzida somando a palha de milho + cana tombadas foi de 17.800 kg ha-1, garantindo para a época da estiagem cobertura total de solo. São formas alternativas de aumentar mais rapidamente o teor de matéria orgânica de solo.

Figura 5. Cana forrageira variedade IAC 86 2480 consorciada com milho na entrelinha (a) e desenvolvimento da mesma no momento de colheita do milho (b). Votuporanga (SP).

Figura 6. Cobertura de solo gerada pelas palhas de milho e cana forrageira tombadas após a colheita de milho, em relação à área adjacente sem cobertura. Votuporanga (SP).

Cientes agora da importância de fazer manejo para aumentar a MO do solo a quaisquer escala de produção, utilizando da prática de consorciamento, podemos partir para discutir o manejo de fertilizantes nitrogenados de forma a garantir sua melhor utilização pelas culturas, minimizando o impacto ambiental.

Fatores de manejo sob controle e sem controla nas perdas de N-Fertilizante

A entrada do N-fertilizante ao sistema solo-planta está revestida de uma grande complexidade. Para ser absorvido pelo sistema radicular precisa percorrer via fluxo de massa (acompanhando a movimentação da solução de solo) primeiramente um determinado volume de solo, onde simultaneamente se inicia o processo de transformação do N, por processos bioquímicos e físico-químicos, que podem resultar em maior ou menor perda, é dizer menor ou maior absorção pela cultura, respectivamente. Na figura 7, de forma simplificada observa-se a ocorrência de processos de transformação de N determinando a maior ou menor eficiência de recuperação pela planta. Há fatores de manejo que podem contribuir a aumentar a eficiência de recuperação de N-fertilizante que estão sob controle: dose, época de aplicação, fonte, forma e modo de aplicação. Há fatores, por outro lado, que não são controláveis: clima e tipo de solo, os quais devem ser levados em conta para diminuir as perdas. Há quatro importantes vias de perda do N-aplicado: lixiviação de N provocada principalmente por uma dose de N aplicada em época de pluviosidade intensa coincidindo principalmente com a aplicação da adubação em cobertura de N. Temos envolvido um fator de controle (dose), e outro sem controle (pluviosidade). Como conciliar ambos os fatores para minimizar a perda? Com base no histórico de pluviosidade do local a dose deverá ser parcelada, com maior razão se a aplicação está sendo realizada em solo arenoso (outro fator sem controle). A perda por volatilização de amônia em solos brasileiros está associada principalmente a aplicação superficial de ureia (fator de manejo que pode ser controlado), ou outros produtos em formulações que contenham a ureia. As perdas de N-volatilizado ainda serão maiores quando após a aplicação, chuvas de baixa intensidade (fator sem controle) ocorram nos dias seguintes a aplicação, associado às altas temperaturas e umidade relativa de ar e ventos de regular intensidade.

Figura 7. Processos de transformação de N-fertilizante aplicado ao solo que afetam a eficiência de utilização de N pela planta.

O N-fertilizante imobilizado pela biomassa de solo, embora possa ser considerada como perda, corresponde a um processo de não disponibilidade transitória, já que após a remineralização de parte do N-fertilizante imobilizado pela biomassa, pode ser novamente aproveitado pela planta. Como fatores de controle estão os tipos de palhas presentes ao momento de aplicação (relação C/N abaixo de 25) e a época de aplicação em relação à demanda pela planta. Como fator não controlável está a presença de uma abundante biomassa microbiana ativa no solo, que poderá estar acentuando a imobilização. Perdas gasosas de importância também podem ocorrer especialmente em meios anaeróbios (denitrificação) ou de solo compactado (fator de controle), com grande proporção de microporos que estão dificultando o deslocamento do O2.

Fatores de manejo sob controle

Estudos desenvolvidos entre os anos 2000 a 2008 nos estados de São Paulo e Minas Gerais, utilizando-se fertilizantes marcados com 15N, que permitem diferenciar o N-fertilizante, do N-solo absorvidos pela planta, serão utilizados para compreender o comportamento de N aplicado em cobertura nitrogenada na cultura de milho. Os tratamentos foram selecionados dos autores citados no Anexo 1, em solos com diferente manejo: SPD e solo com preparo, utilizando-se diferentes fontes nitrogenadas, doses e épocas de aplicação e onde estão explicitados os valores de N-total absorvido pelo milho (Ntap), nitrogênio na planta proveniente do fertilizante (Nppf), nitrogênio na planta proveniente do solo (Npps) e a eficiência (E) de aproveitamento do N-fertilizante pela cultura. É obvio que mais trabalhos contribuirão a enriquecer a informação extraída de alguns poucos trabalhos com uso de traçador em condição de Cerrado.

Na planta o N total absorvido está composto de:

Ntap = Nppf + Npps ou

Nppf = Ntap – Npps

sendo que:

Npps = Nmin + Nca

onde Nmin corresponde ao N fornecido pelo solo via mineralização da MO + o N liberado na decomposição da cultura antecessora (Nca).

De forma simplificada, a dose de N-fertilizante requerido pela cultura de milho (DNf) está dada pela seguinte expressão:

DNf = Nppf/E

Em forma direta a E pode ser calculada pela seguinte expressão:

E = (Nppf/DNf) x 100

Esta última expressão leva implícito os fatores de perda de N-fertilizante assinalados anteriormente: N-lixiviado, N-imobilizado, N-denitrificado, N-volatilizado e N-fertilizante residual no solo, não absorvido pela cultura. A E somente pode determinar-se em forma direta usando fertilizante enriquecido com o isótopo 15N. Na seguinte expressão o Nppf está representando o balanço entre a entrada (DNf) e as perdas e o N-fertilizante residual no solo (Npf):

Nppf = DNf – Npf

Faltam ainda dados mais consistentes na avaliação quantitativa dos processos de perda em condições de campo, devido principalmente a dificuldades de índole metodológica. Conhecer mais em profundidade esses processos possibilita orientar o manejo do fertilizante para aumentar a eficiência de utilização pela planta, diminuindo o impacto residual no meio. Isto deve ser feito regionalmente porque cada processo pode ter importância relativa diferenciada.

Em média de todos os tratamentos (54) segundo indicado no Anexo 1, o N-total na planta absorvido, independentemente de solo, dose, fonte, e época de aplicação e parcelamento, foi de 175,5 kg ha-1, sendo 36,1 kg ha-1 de N-fertilizante absorvido (20,6% do N-total), 139,4 kg ha-1 de N-solo absorvido (79,4% do N-total), representando uma eficiência média do fertilizante absorvido de 47,0 % do N-aplicado. Isto explica a dificuldade em experimentos convencionais de conseguir diferenças entre tratamentos com N: a grande proporção de N na planta vem do solo. Isto enfatiza a importância da quantidade e qualidade de MO do solo. Na medida em que o solo tenha maior teor de MO no solo, mais N estará disponibilizado para o milho, e outras culturas em geral. De aí que bons manejos conducentes a fazer palha na lavoura, levam à melhor nutrição da planta, e, portanto à melhor resistência a pragas e doenças. Aprofundando nos dados apresentados no Anexo 1, é interessante ver as condições que levaram nesses estudos à maior recuperação na planta de N-total e N-fertilizante, porque nisso estão envolvidos fatores de solo (não controláveis) e de manejo sob controle (dose, fonte, parcelamento e época). Para tal, de forma arbitrária foram agrupados intervalos de recuperação de N-total pela planta: 100 a 150 kg ha-1, 150 a 200 kg ha-1 e 200 a 250 kg ha-1 de N-total absorvido pela cultura de milho.

Na figura 8 se mostram agrupados para esses intervalos, os 54 tratamentos correspondentes aos tratamentos indicados no Anexo 1. Observa-se na figura 8a na medida em que a planta absorve mais N-fertilizante há uma acentuada recuperação de N-solo (Npps) em termos absolutos. Mais que o fertilizante ser um estímulo à maior absorção de N do solo, em vista que em termos relativos a absorção deste em relação ao N-total absorvido permanece constante (21,5%, 20,4% e 19,8% em relação aos intervalos de 100 a 150 kg ha-1, 150 a 200 kg ha-1 e 200 a 250 kg ha-1 de N-total absorvido, respectivamente), a maior fertilidade de solo (solo com maior teor de MO), estaria favorecendo principalmente o maior desenvolvimento radicular do milho, favorecendo tanto o Npps como o Nppf absorvido pela planta em termos absolutos. Por outro lado a eficiência do N-fertilizante aumenta de 37,8 % em média quando a absorção de N-total se encontra no intervalo de 100 a 150 kg ha-1 para 67,0 % no intervalo acima de 200 kg ha-1 de N-total (Figura 8b). Portanto, o fertilizante é mais bem aproveitado pela planta em solo fértil. Não resulta conveniente utilizar-se um valor médio de eficiência nos cálculos de balanço de N aproveitado pela planta em vista de estar-se superestimando a eficiência, levando a aplicação de doses abaixo da requerida. Com base no ajuste apresentado na figura 8a entre Nppf e Npps para 30 kg ha-1 e 50 kg ha-1 de Nppf haveria uma absorção estimada de 112,0 kg ha-1 a 207,0 kg ha-1 de Npps, respectivamente, o que representa uma absorção de 4,75 kg ha-1 de Npps por kg de Nppf absorvido pela parte aérea de milho. Isto está demonstrando a importância do solo fértil na nutrição da cultura. E isto somente poderá acontecer com um sistema radicular que consiga explorar mais volume de solo. Esse maior desenvolvimento é dependente alem da fertilidade, da ausência de compactação diminuindo o gasto energético por parte da planta para explorar o solo. Em ambos os atributos, a MO está contribuindo fisicamente com uma melhor agregação de partículas, relação de macro a microporos e fornecimento de nutrientes via mineralização da mesma, a qual é muito mais ativa no verão coincidente com maior temperatura e umedecimento de solo e com a produção de safra. Ainda nesses tratamentos as doses médias utilizadas de N-total aplicado foram similares variando entre 96 a 130 kg ha-1, o que mostra que não necessariamente o aumento na dose seja fator de maior aproveitamento de N-fertilizante pela planta. Pelo contrário, doses elevadas acima de 180 a 200 kg ha-1 de N em cobertura, em solo de média a baixa fertilidade poderá acarretar menor aproveitamento de N-fertilizante pela planta, é dizer maior ineficiência na aplicação.

De acordo aos intervalos de N-total considerados, as características de fonte, adubação na base, época e doses de N em cobertura estão resumidas na tabela 4. A utilização exclusiva de ureia, com doses inferiores a 30 kg ha-1 de N na base e complemento de aproximadamente 70 kg ha-1 de N em cobertura com ênfase no estádio de seis a sete folhas limitou a absorção de N na planta e apresentou baixa eficiência de utilização de N-fertilizante como mostrado na figura 8b.

Os intervalos de maior absorção de N na planta estão assinalando a importância de utilizar misturas de matérias primas nitrogenadas, mais que fontes puras, a importância de aplicar mais N na base e efetuar-se em geral parcelamento nos estádios de 3 a 4 folhas e de 6 a 7 folhas.

Dados convencionais da cultura de milho como massa seca da parte área e grãos de milho, e sua relação com o N absorvido pela parte aérea, nos grãos, a relação N-grãos/N-planta e a quantidade de N requerida para a produção de uma tonelada de grãos e de massa de matéria seca são apresentados na tabela 4. Esses dados foram obtidos com base no Anexo 2 (que será publicado na segunda parte desse artigo), somente para os tratamentos que apresentaram essa informação nos trabalhos consultados (38).

De igual forma tomando-se como referência a quantidade de N-total extraída pela planta, foram agrupados os dados para os mesmos intervalos usados na figura 8 e mostrados na tabela 3. Da figura 8 e a tabela 3 fica claro que a maior absorção de N-total pela planta (acima de 200 kg ha-1) e eficiência de recuperação de N-fertilizante (67,0 % do N-aplicado), há maior produção de MMS (acima de 18 t ha-1), com uma exportação relativa de 60 % do N-total para o grão, média de 15,6 kg ha-1 de N requeridos para a produção de 1 t ha-1 de grãos e 11,8 kg ha-1 de N para a produção de 1 t ha-1 de MMS.

Figura 8. Distribuição para parte aérea da cultura de milho de N-planta proveniente do fertilizante (Nppf) e proveniente do solo (Npps) aplicado em cobertura (a) e eficiência das fontes nitrogenadas utilizadas (b) para as doses de N-total aplicado nos três intervalos de N-extraído pela cultura de milho em diversos experimentos utilizando 15N.

Tabela 3. Fatores de manejo de fertilizantes nitrogenados condensados dos 54 tratamentos descritos no anexo 1, para três intervalos de absorção de N-total pela planta.

Tabela 4. Distribuição de massa de matéria seca (MMS) e do nitrogênio (N) total absorvido pela cultura de milho na parte aérea e grãos, N no grão por N-planta, N por tonelada de grãos e de MMS, de acordo aos intervalos de N-total absorvido pela planta nos tratamentos apresentados na tabela 3.

Como estes indicadores se refletem na produtividade de grãos? Vamos considerar o mesmo critério utilizado anteriormente para verificar o comportamento dessa variável. Na figura 9 se mostra a produtividade de grãos estimada em função do N-extraído pela cultura de milho granífero. Essa correlação nos permite estimar que para 10.000 kg ha-1 de grãos a planta deve extrair 231,4 kg ha-1 de N proveniente do solo.

Figura 9. Produtividade de grãos na cultura de milho em função da quantidade de N extraído pela planta inteira (excluindo sistema radicular).

Anexo 1. Tratamentos de experimentos utilizando fontes enriquecidas com 15N aplicadas em cobertura, para a determinação de nitrogênio na planta proveniente do fertilizante (Nppf), nitrogênio na planta proveniente do solo (Npps) e eficiência do fertilizante aplicado.

Publicado na: Revista Plantio Direto, edição 123, maio/junho de 2011.