“O Papel do Sistema Radical das Culturas na Sustentabilidade da Agricultura”

Maria do Rosário OliveiraDepartamento de Fitotecnia

Universidade de Évora

Porquê estudar raízes?

Papel ecológico

Papel agronómico

Papel das raízes na sustentatibilidade da agricultura

Acção das condições do solo no crescimento e desenvolvimento radical

�Densidade aparente

IMPEDÂNCIA MECÂNICA• PARÂMETROS E VALORES CRÍTICOS

1,46 - textura argilosa1,75 - textura arenosa

Viehmeyer e Hendriksen (1948)

1,55 - textura franco-argilosa1,65 - textura franco-limosa1,80 - textura franco-arenosa1,85 - textura arenosa-franca

Bowen (1981)

� Compactação relativa

IMPEDÂNCIA MECÂNICA• PARÂMETROS E VALORES CRÍTICOS

CR =( ρρρρ s –ρρρρ min )

( ρρρρ max –ρρρρ min )CR = Compactação relativaρρρρ s = Densidade aparenteρρρρ min = Densidade aparente mínima (massa de solo seco

que ocupa um volume de 200 cm 3)ρρρρ max = Densidade aparente máxima (ASTM “Proctor”)

Bennie (1991)

< 0,5 baixa; 0,5-0,6 média0,6-0,7 alta; >0,7 muito alta

� Resistência à penetração

IMPEDÂNCIA MECÂNICA• PARÂMETROS E VALORES CRÍTICOS

0,02 - 0,05 MPa ⇒⇒⇒⇒ 50- 80% redução no crescimentoradical na cevada

Russell e Goss (1974)

0,7-1,4 MPa ⇒⇒⇒⇒ 50- 80%2 MPa ⇒⇒⇒⇒ 100%

>2 MPa ⇒⇒⇒⇒100% redução no crescimento radical (geral)

Unger e Kaspar (1994)

redução no crecimentoradical do algodão

Pressão (KPa)

Cre

scim

ento

radi

cal (

% d

o co

ntro

l)

Adaptado de Russell e Goss (1974)

Efeito da subsolagem na intensidade radical do milho observado aolongo do perfil do solo. a) Sub. a 40 cm

Sem Subsolagem. Matos L. et al. (1998)

a) Subsolado b) Não Subsolado

∅ < 1 mm∅ 1-2 mm∅ 2-3 mm∅ > 3 mm

Níveis de água no solo, críticos parao enraizamento

Potencial

(KPa)

Crescimento

radical

Culturas

Autor

< - 800 muito lento Ehlers (1980)

- 50

- 1500

início de redução

paragem

aveia, milho, forragens, tomate, soja, etc.

Glinski e Lipiec (1990)

- 4000

observado

tomate, milho

Portas e Taylor (1976)

Perfil de enraizamento de plantas de algodão sobdiferentes condições hídricas do solo. Klepper et al. (1973)

regado não regado

Pro

fund

idad

e(c

m)

Mapa de distribuição radical de tomateiro sujeitoa rega gota - a - gota Oliveira et al. (1996)

Curvas de infiltração obtidas em três modalidades de mobilização do solo: T - Mob. tradicional;

SL - Sub. ligeira (40 cm); SP - Sub.profunda (75 cm)(Matos et al. 1998).

05

10

15

20

2530

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 60Tempo (m)

Infil

traç

ão(m

m)

TSPSL

Indicadores do estado de arejamento do solo

Valores críticos Glinski e StepniewsKi

(1985, 1990)

� Porosidade preenchida por ar � Composição da atmosfera

- Oxigénio (0,1 - 0,2 m3 m-3) - Dióxido de carbono (0,001 - 0,05 m3 m-3) - Etileno (0,01 - 20 cm3 m-3) - Outros (Óxido nitroso, Metano, etc.)

� Coeficiente de difusão do oxigénio (0,02 - 0,5) � Taxa de difusão do oxigénio (0 - 200 µg m-2 s-1) � Potencial Redox (+800 a -400 mV) � Taxa de respiração do solo (0,1 - 28,4 dm3 de CO2 m

-2 d-1 ; 1800 - 4700 kg CO2 ha-1 ano-1) � Outros : Aspectos morfológicos das plantas Composição química das plantas

5 - 20 %

Variável

0,02 (activ. mic. alta) 0,005 (activ. mic. baixa)

< 35 µg m -2 s-1

35 -70 µg m -2 s-1

+ 300 mV "t 300"

Resposta das raízes a condições de deficientearejamento do solo

� Total ausência de O2- Paragem do crescimento radical ao fim de 2-3 min- Até 30 min ∴∴∴∴ recuperação da taxa de crescimento normal

� Condições de encharcamento do solo

- Redução do crescimento (tempo variável)- Decréscimo da massa radical ∴∴∴∴ > Pa/Pr- Aparecimento de manchas necróticas (toxicidade do Al)

� Deficiência de O2

- Raízes curtas, grossas e menos ramificadas- Menor nº de nódulos (leguminosas)- Formação de aerênquima- Alteração do modelo de enraizamento

SOLO

Inverno Verão Temp. média do solo a 20 cm

(3º C) (13º C) Franco- arenoso Argiloso

15 6 10 5

Número de dias necessários para reduzir para 2% o oxigénio contido na água de um solo saturado

Cannell (1979)

Níveis de resistência à penetração (MPa) e porosidade prenchida por ar (%), em relação à densidade aparente e ao potencial mátrico de água. (KPa) num solo

franco-limoso Adaptado de Lipiec et al.(1991)

Resistência àpenetração

Porosidade c/ ar

Densidade aparente

Pot

enci

alm

átric

o(K

Pa)

Condições de stress múltiplo

AluminioAluminio x Arrozx ArrozSem Al 320 µµµµmol Al

640 µµµµmol Al

Zonta, 2003

� Químicas• pH• Concentração e distribuição de iões no solo • Fitoremediação – Remediação biológica de problemas

ambientais (poluentes) através das plantas.

� Físicas• Estrutura e estabilidade dos agregados

MO libertada pelas raízes ≈ 50 a 100 mg por grama de raiz

� Biológicas• Os compostos orgânicos libertados pelas raízes constituem um substrato usado por numerosos microrganismos do solo (bactérias e fungos), os quais contribuem para a fertilidade do solo e para ocontrolo de microrganismos patogénicos do solo.

Estes mecanismos são particularmente importantes em sistemas de agricultura com baixos níveis de incorporação de energia

Alterações das Condições do Solo Pelas Raízes

�FITOREMEDIAÇÃO

fitoextracção

rizosecreçãoDegradação

e

Imobilização/

estabilização

Haynes&Beare,1996

Formação de Agregados

macro agregado micro agregado

� Sequestro de Carbono

Tuskan et al. http://www.netl.doe.gov

O Papel das Raízes em AGRICULTURA SUSTENTÁVEL

Maximizaçãoda produção

Protecção ambiental

�Planeamento do uso da água�Conservação e melhoramento do solo�Técnicas culturais adequadas

Informação sobre a dinâmica de enraizamento das culturasé essencial para o desenvolvimento e implementação de um

conjunto integrado de medidas:

Saber ONDE e QUANDO as raízes activas se encontram no perfil do solo

Sincronismo entre o crescimento e desenvolvimento radicais e as

disponibilidades de água e nutrientes no

solo

�Os parâmetros radicais, são componentesimportantes na modelação de vários processos

O fornecimento racional de águae nutrientes às culturas

Objectivo Produção* Ambiente**

Azoto 0,1 - 1 0,3

Fósforo 1 - 10 5

Potássio - 1

Água 0,3 - 1 -

Densidade radical mínima (cm cm-3)

* Van Noordwijk (1983)

** Van Noordwijk e Willigen (1991)

COMO ESTUDAR RAÍZES ?

� Métodos Destrutivos (baseados na separação e lavagem de raízes do solo)

observação de paredesde perfis

Amostragemcom sonda

Pinboard(mesa de

varões)

MÉTODOS

� Métodos não destrutivosRhizotrãoMinirizotrão

MÉTODOS

Minirizotrão com endoscópio e câmara fotográfica

Minirizotrão com câmara vídeo digital

�OutrosTomografia axial computorizadaRessonância Magnética

18 mm

13,5 mm

BTC Minirhizotron CameraSystems

+Software RooTracker

Digital image

Permite diferenciar raízes vivas de raízes mortas através de um emissor de UV

� Comprimento (m)� Massa (g)� Volume (ml)� Número� Relação raiz/parte aérea (adimensional)� Densidade radical (cm cm-3)� Comprimento específico (m g-1)� Taxa de crescimento radical (mm day-1)

- Profundidade de enraizamento (distribuição vertical)- Largura (diâmetro) do sistema radical (distribuição horizontal)

- raízes grossas ∅∅∅∅ > 800µµµµm)

- raízes finas ∅∅∅∅ <<<< 800µµµµm

- pêlos radicais ∅∅∅∅ ≈≈≈≈10 µµµµm

Diâmetro das raízes

Parâmetros radicais (aspectos morfológicos)