Sobre o chão que pisamos II
Além de impedir que os nutrientes minerais das plantas sejam lavados pela água, as cargas das argilas permitem que o solo aja como um filtro para o meio ambiente: quase todos os elementos e compostos químicos que chegam ao solo possuem carga elétrica e são passíveis de serem retidos pelo mesmo. Assim, é possível que uma boa parte dos agroquímicos (inseticidas, herbicidas, fungicidas e outros biocidas) fiquem retidos nos solos e não alcancem os corpos d’água (rios, lagos, represas e o mar). Vale ressaltar que quando há a erosão do solo por causa da remoção da cobertura vegetal, entre outras causas, as primeiras partículas a serem levadas embora, por serem as menores, são as argilas, o que diminui a capacidade de retenção de elementos químicos e de “filtragem” do solo, além de contribuir com o assoreamento de rios e represas, problemas tão comuns hoje no Brasil e em outros locais em que não há políticas sérias de conservação dos solos. As frações minerais mais grosseiras do solo, areia e silte, não expõem cargas elétricas em quantidade considerável. Por outro lado, a presença destas partículas mais grossas é imprescindível para que haja infiltração da água no solo, por aumentarem sua porosidade. As argilas também formam partículas de tamanhos maiores, os agregados, quando se juntam em grande número com o auxílio da matéria orgânica do solo. O conjunto dos agregados do solo em associação com os poros do solo constituem sua estrutura. A passagem excessiva de máquinas agrícolas, a diminuição dos teores de matéria orgânica e outros fatores de agressão ao solo causam destruição de sua estrutura, tornando-o compactado, o que impede não só a infiltração da água mas também o crescimento das raízes, diminuindo a produção agrícola. Por diminuir a infiltração e aumentar o escoamento superficial da água (enxurradas), a destruição da estrutura do solo aumenta também a erosão, principalmente em áreas declivosas, em que a água adquire maior energia cinética. As frações areia e silte são comumente compostas principalmente do mineral quartzo (comum nas areias de praia) e alguns outros. As argilas são compostas de minerais formados após o intemperismo das rochas, os argilominerais, e diferem principalmente de acordo com o clima da região. Em regiões secas e em regiões frias, o intemperismo é menos intenso, ocorrendo argilominerais com mais silício, como a montmorillonita. Em regiões tropicais de grande pluviosidade, os argilominerais com menos silício são mais comuns, sobressaindo a caulinita. (Continua)
Sobre o chão que pisamos
Tenho abordado em vários posts aspectos do controle da qualidade do ambiente exercido pelos solos. Noto agora que talvez algumas destas informações não sejam completamente entendidas porque ainda não dei uma definição decente de solo. Vamos a esta tarefa, então. O solo, ao contrário do que muitos podem pensar, não é apenas poeira. É na verdade um compartimento da natureza de extrema complexidade. Como já foi dito por aqui, os solos originam-se da decomposição ou intemperismo das rochas. Este intemperismo é causado pela água, pelas mudanças de temperatura e pelos organismos. Podemos assim dizer que o solo é resultado da interação da litosfera (rocha), atmosfera (água e temperatura) e biosfera (organismos). Depois de formado, o solo pode ser subdividido em uma fração sólida, uma líquida e uma gasosa. A parte sólida divide-se em fração mineral (minerais do solo) e fração orgânica (matéria orgânica do solo, composta de material de origem predominantemente vegetal em vários estágios de decomposição); a fração gasosa é o ar do solo, cuja composição é um pouco diferente do ar que respiramos: devido à respiração dos organismos do solo (animais, microrganismos e raízes de plantas) o ar do solo é mais rico em gás carbônico, por exemplo; a fração líquida é a água do solo ou solução do solo, rica em minerais, de onde as plantas absorvem os nutrientes que precisam e a própria água. A fração sólida é a mais visível e poucos imaginam que é devido à sua existência que a vida na Terra existe na forma e diversidade atuais, principalmente a nossa. Esta fração divide-se em três subfrações de acordo com o tamanho das partículas: a maior é chamada de areia, a intermediária de silte e a menor recebe a denominação de argila. A argila é possivelmente a mais importante em termos de manutenção da vida: devido a seu tamanho minúsculo (partículas menores que 2 micrômetros, considerando-se que um micrômetro é um metro dividido um milhão de vezes) ela possui propriedades específicas como a exposição de cargas elétricas. Estas cargas são responsáveis pela retenção dos elementos químicos no solo (os elementos no solo estão quase sempre na forma carregada ou ionizada). (Continua)
Solo pobre, vegetação exuberante II
No último post eu disse que após a derrubada das matas para introdução de pastagens ou agricultura em áreas de solos relativamente pobres em termos químicos, como o que acontece em boa parte da floresta amazônica, as produções tendem a decrescer gradualmente porque a matéria orgânica do solo herdada da mata decresce gradualmente. Alguém poderia então perguntar se as culturas agrícolas não poderiam manter uma ciclagem de nutrientes pela matéria orgânica que cai ao solo, da mesma forma que acontecia com a floresta. Bem, é necessário lembrar antes de tudo que uma boa parte da matéria orgânica das culturas agrícolas é levada embora do local onde foi produzida: há sempre colheita e venda de uma parte da cultura, sejam frutos, sementes, folhas ou outra parte da planta. Mesmo no caso de pastagens, em que se poderia pensar que as perdas seriam menores, principalmente se se deixam os animais defecarem e urinarem no local da própria pastagem, não se pode esquecer que uma boa parte dos nutrientes é levada embora na carne e nos ossos dos animais. Além disso tudo, quando se remove a cobertura florestal, em geral se permite o aumento da erosão, principalmente pelas chuvas, que carrega não só parte da matéria orgânica do solo como a própria camada superficial do solo, mais rica em nutrientes. Em pastagens bem manejadas este problema não é tão grave quanto em campos de culturas agrícolas. A vegetação deve ser considerada como uma proteção ao solo: quanto mais fechada, mais o solo está protegido e menor a erosão.
Solo pobre, vegetação exuberante
Em um outro lugar escrevi que a diminuição excessiva da decomposição da matéria orgânica do solo pode ser um problema porque os nutrientes minerais retidos na mesma ficam indisponíveis às plantas, afetando a fertilidade do solo. Muitos já terão ouvido ou lido que os solos da região amazônica são quimicamente pobres. Certamente esta informação foi recebida com um certo ceticismo, afinal como uma vegetação tão exuberante quanto à da floresta amazônica pode se manter sobre um solo pouco fértil? Bem, apesar de estranho, a informação é verdadeira. Os solos se desenvolvem a partir da destruição (intemperismo) das rochas, que chamamos de material de origem. Este intemperismo é causado pela água (chuvas) que em geral são levemente ácidas devido à reação da água com o CO2 da atmosfera, formando ácido carbônico (H2O + CO2 = H2CO3). O tal H2CO3 é o ácido carbônico, que ataca as rochas, decompondo-as. Além disso, os organismos (fungos, algas, líquens, raízes de plantas) também contribuem para o intemperismo porque também produzem ácidos. Mas de toda forma, o principal agente intemperizador das rochas e formador de solos é a água (o ditado “água mole em pedra dura tanto bate até que fura” é verdadeiro e resume bem o intemperismo físico pela água). O solo é resultado não só da decomposição física (quebra em pedaços cada vez menores) da rocha, mas também da alteração química dos minerais formadores das rochas, com a formação de outros minerais típicos de solos (minerais secundários). Mas o intemperismo não pára com a formação do solo. Os solos também são intemperizados, principalmente em regiões onde chove muito, notadamente as regiões tropicais, como na Amazônia. À medida que os solos sofrem o intemperismo, eles perdem preferencialmente elementos químicos importantes para a nutrição vegetal, como cálcio, magnésio e potássio, retidos mais fracamente pelos solos. Nas regiões de alta pluviosidade (muita chuva), a grande disponibilidade de água permite que haja muito crescimento vegetal. As plantas, mesmo as que crescem em solos pobres, conseguem adquirir nutrientes, em geral produzindo raízes profundas que exploram camadas um pouco mais ricas. Com o passar do tempo, os nutrientes vão sendo retidos na matéria orgânica. Quando as plantas morrem ou quando perdem as partes que caem ao solo, o material vegetal é decomposto pelos microrganismos do solo e os elementos retidos são liberados e reabsorvidos pelas outras plantas. Assim, é possível a ocorrência de florestas exuberantes, como a Amazônica, sobrevivendo basicamente dos nutrientes retidos na matéria orgânica. Quando há a derrubada ou queima destas florestas para implantação de pastagens ou culturas agrícolas, quase toda a matéria orgânica do solo é perdida, juntamente com os nutrientes nela retidos, daí a dificuldade em se estabelecer agricultura produtiva nestas áreas e a importância da manutenção das florestas. No início da atividade agrícola, quando ainda há um resto da matéria orgânica original e os nutrientes das cinzas das matas, há boas produções, mas gradualmente esta matéria orgânica vai sendo perdida e as produções decrescem ano a ano, dependendo mais e mais de adubos.
Solos contaminados e plantas
Li em um número recente da Natural History Magazine (famosa pela coluna que o falecido Stephen Jay Gould manteve por cerca de três décadas) que o meio-ambiente ao redor da antiga usina nuclear de Chernobyl apresenta sinais inequívocos de recuperação, inclusive com o reaparecimento de espécies semi-desaparecidas. Obviamente, esta recuperação se deu devido ao despovoamento da área. Os solos, vegetais e animais ainda apresentam níveis altos de contaminação por elementos radiativos, mas a diversidade biológica aumenta. O assunto me serve de gancho para algo correlato: o uso de organismos, principalmente plantas, como remediadores ambientais. O que é isso? Bem, em primeiro lugar, entendam “remediadores” como descontaminadores. No caso de Chernobyl, por exemplo, o ar, as águas e principalmente os solos receberam uma grande carga de elementos radiativos, principalmente césio e estrôncio. Em alguns casos, os níveis de contaminação do solo podem ser tão altos que não permitem o crescimento de espécie alguma. Pode ocorrer, no entanto, que alguns locais apresentem níveis mais baixos de contaminação permitindo que alguns indivíduos de algumas espécies de plantas consigam se desenvolver ali. Certamente, estes indivíduos ou estas espécies apresentam alguma característica genética que a permite vingar apesar da contaminação. Os elementos químicos apresentam certas semelhanças, principalmente os que pertencem aos mesmos grupos na tabela periódica. Cálcio e estrôncio, por exemplo, são elementos que apresentam uma série de afinidades. O cálcio, mas não o estrôncio, é um nutriente essencial aos vegetais, mas em alguns casos as plantas podem “se enganar” e absorver estrôncio no lugar de cálcio. Isto na maioria das vezes pode levar à morte das plantas, mas algumas talvez possuam algum mecanismo de lidar com este estrôncio uma vez que ele tenha sido absorvido, por exemplo, ele pode ser acumulado nos vacúolos, que são organelas da célula vegetal que pode servir como “armazém”. O homem pode manipular esta característica genética ou alguma outra para tornar a planta mais eficiente em acumular este estrôncio e pode usá-la na descontaminação de locais poluídos. Surge então o problema de o que fazer com os restos destas plantas quando elas morrerem. Há propostas até de meneirar as cinzas destas plantas. Este tipo de biotecnologia é conhecida como biorremediação e utiliza plantas e microrganismos para descontaminar sítios poluídos principalmente com metais pesados, mas também com petróleo e até mesmo TNT.
Efeito estufa e produção vegetal
Parece-me mais do que comprovada a realidade das mudanças climáticas globais causadas principalmente pela queima de combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral, gás). Na semana passada a NASA divulgou relatórios de pesquisa indicando claramente a ação humana como causa de aumentos de temperatura média no planeta. O que quero abordar aqui hoje são os possíveis efeitos do aumento da concentração de CO2 (gás carbônico) na atmosfera sobre a produção dos vegetais. Como já foi dito aqui antes, as plantas utilizam o gás carbônico na fotossíntese. Na verdade, todo o carbono presente em nossos corpos (e nós somos feitos quase exclusivamente de carbono) provem de uma forma ou de outra do CO2 que as plantas fixam durante a fotossíntese. Seria de se esperar que, como as plantas produzem seus tecidos (crescem) e nutrientes orgânicos a partir do gás carbônico, se houvesse mais carbono na atmosfera, apesar do efeito estufa, as plantas produziriam mais, o que é bom. As coisas não são tão simples. Primeiramente, nem todas as espécies vegetais realizam a fotossíntese exatamente da mesma forma, ou melhor, nem todas utilizam o CO2 igualmente. Há espécies que reutilizam o CO2 absorvido, há plantas que utilizam menos CO2 e há plantas que são menos eficientes na utilização do gás carbônico. Estas últimas, que incluem boa parte das culturas agrícolas e obviamente outras espécies, seriam potencialmente as mais beneficiadas com o aumento de CO2 atmosférico. Algumas pesquisas mostram que o aumento da concentração de gás carbônico pode aumentar a produção destas espécies. Mas nem só de gás carbônico vivem as plantas. Além deste gás e da água, elas precisam de uma série de outros nutrientes minerais, principalmente nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio, enxofre, ferro e alguns outros em menor quantidade, que tiram principalmente do solo. Se a quantidade de CO2 é aumentada mas a quantidade dos outros nutrientes continua a mesma, pode ainda haver maior produção, só que menor do que se houvesse também aumento dos outros nutrientes. Além disso, há um problema menos óbvio e mais perigoso. O principal elemento mineral utilizado pelas plantas é o nitrogênio. Com o aumento das concentrações de gás carbônico, as plantas podem não apenas produzir mais, mas também produzir substâncias com mais carbono em sua estrutura e menos nitrogênio, dificultando a decomposição pelos microrganismos quando este material chega ao solo. Alguns trabalhos de pesquisa têm observado também aumento na produção pelos vegetais de uma substância chamada lignina, componente da madeira, que é rica em fenóis, que são tóxicos aos microrganismos. Assim, no geral, o aumento nas concentrações de CO2 pode dificultar a decomposição da matéria orgânica do solo. Ora, isto não é bom, já que promove seqüestro do carbono? Em parte. Se a diminuição da decomposição da matéria orgânica do solo for muito drástica, os outros nutrientes minerais que estão presos nela não voltam ao solo, o que diminui sua fertilidade e afeta negativamente o crescimento vegetal. As coisas não são tão simples.
Sobre ratos, homens e ilhas
Tornou-se já quase um lugar comum usar a Ilha de Páscoa (denominada pelos nativos como Rapa Nui) como exemplo do que a exploração excessiva dos recursos naturais pode fazer ao meio ambiente: é conhecimento consolidado que a derrubada das palmeiras nativas do gênero Jubaea para transportar pedras utilizadas na construção das famosas estátuas antropomórficas gigantescas (os moai) levou à extinção da espécie na ilha, tornada um local praticamente sem árvores, e aos prejuízos ambientais daí decorrentes, principalmente perda do solo por erosão, o que teria causado a decadência da população local. Trabalhos recentes, no entanto, têm posto em xeque esta versão dos fatos. Na edição de setembro da American Scientist o arqueólogo Terry L. Hunt relata como suas pesquisas na ilha o levaram a questionar o conhecimento aceito. Primeiro, seus dados mostraram que a colonização da ilha por polinésios se deu mais tarde do que se pensava, os dados de datação por carbono feitas por ele indicam a presença humana a partir de 1200 A.D. e não 800, como era aceito. Segundo, além da derrubada das árvores pela população, seus dados mostram que a grande população de ratos teve um papel primordial na extinção da Jubaea ao se alimentarem das sementes da planta. Terceiro, a decadência da civilização local se deveu mais ao genocídio promovido por exploradores europeus do que à degradação ambiental propriamente. A degradação ambiental causada por ratos na Oceania não é exclusividade de Rapa Nui, o mesmo aconteceu em outras ilhas, inclusive na Nova Zelândia. No Brasil, a introdução de animais exóticos em ilhas causou pelo menos um caso de degradação ambiental dramática: a introdução de cabras na Ilha de Trindade levou ao desaparecimento completo de grandes extensões de matas e a quase completa perda do solo por erosão. O semi-árido brasileiro que se cuide.
Seqüestro de carbono pela agricultura II
Em regiões tropicais, nas quais os solos são muito intemperizados e por causa disso quimicamente pobres, um problema recorrente para a agricultura é a acidez do solo. Em geral, considera-se que as culturas podem ter problemas com acidez quando o pH da água do solo (chamada pelos Cientistas do Solo de solução do solo) está abaixo de 6. Além de problemas decorrentes da prórpria acidez, o grande impecilho para o crescimento e desenvolvimento vegetal em solos ácidos é a presença de formas solúveis de alumínio na forma principalmente de Al3+, tóxico não só para as plantas mas para quase todos os organismos. A forma mais comum de correção da acidez do solo, ou seja, de elevação de seu pH, é a aplicação do carbonato de cálcio ou calcário (CaCO3). Já falei sobre o calcário no post sobre ciclo biogeoquímico do carbono: é uma rocha sedimentar formada quer da deposição de exosqueletos calcários quer da precipitação de carbonato de cálcio sob condições químicas e físicas propícias. A reação do calcário no solo que resulta no aumento do pH faz com que haja produção do íon bicarbonato (HCO3-) ou até mesmo de CO2. Como há esta possibilidade de emissão de gás carbônico para a atmosfera, alguns críticos rapidamente condenam a aplicação de calcário na agricultura. Esquecem, ou fingem esquecer, que o aumento do pH do solo até certos valores, proporcionado pela aplicação de calcário (calagem), quase sempre causa aumentos não só na produção das culturas mas na própria massa da cultura. Como comentei noutra parte, o crescimento vegetal ocorre pela captura do CO2 e sua conversão, mediada pela energia solar, em tecidos vegetais. Como a aplicação de calcário aumenta o crescimento dos vegetais, mais CO2 é seqüestrado pelas plantas devido à calagem. Claro, ainda há dúvidas se a quantidade de gás carbônico emitido pelo calcário reagindo no solo é menor do que a quantidade fixada pelas plantas, mas tudo indica que sim.
Seqüestro de carbono pela agricultura
Comentei no post anterior que se tem tentado manipular o ciclo biogeoquímico do carbono. Como espero que tenha ficado claro, esta manipulação visa diminuir ou estancar o aumento nas concentrações atmosféricas dos gases de efeito estufa CO2 e CH4, principalmente o primeiro. Historicamente, das práticas humanas maiores contribuidoras de gás carbônico para a atmosfera, a agricultura se sobressai. Derrubadas e queima de florestas para estabelecimento de novos campos e práticas consolidadas como aração e gradagem dos solos contribuem enormemente com o aumento da concentração de CO2 na atmosfera terrestre. Atualmente um número considerável de técnicas agrícolas têm sido desenvolvidas com o objetivo, primeiro, de otimizar a produção agrícola mas com o efeito secundário (e desejável) de diminuir a oxidação da matéria orgânica do solo, grande depositório de carbono. As tradicionais práticas de revolvimento do solo (aração, gradagem, subsolagem…) usadas para favorecer o desenvolvimento de culturas agrícolas apresentam o inconveniente de acelerar a decomposição da matéria orgânica do solo. Estas práticas melhoram superficialmente a oxigenação do solo, quebram agregados que protegem fisicamente partículas de matéria orgânica e fracionam o material vegetal morto, o que facilita a ação dos microrganismos decompositores. As práticas modernamente utilizadas que podem auxiliar não só na diminuição desta decomposição mas até mesmo no aumento nos teores de matéria orgânica nos solos em geral envolvem a diminuição ou quase completa eliminação do revolvimento (movimentação) do solo. O exemplo típico disto é a adoção do plantio direto, em que os restos de culturas são deixados sobre o solo após as colheitas.
Fotodegradação de carbono em semi-árido
No dia 03 de agosto postei um comentário rápido sobre um trabalho publicado na Nature avaliando a decomposição do carbono do litter (liteira ou serapilheira, o material vegetal que cai sobre o solo) em clima semi-árido da Patagônia na Argentina. Gostaria agora de fazer umas considerações mais longas sobre o assunto. Em geral se aprende que o aumento de umidade e temperatura aumentam a atividade decompositora dos microrganismos do solo, responsáveis pela oxidação biológica (decomposição) da matéria orgânica que de outra forma se acumularia indefinidamente e as propriedades químicas e físicas dos solos seriam afetadas, geralmente de forma negativa, impossibilitando ou dificultando muito o crescimento vegetal. Uma conclusão lógica a que se chegaria é que em regiões semi-áridas em que a temperatura é alta mas há limitação severa de água, indispensável para a atividade microbiana, o material vegetal que cai ao solo deveria estar sendo só parcialmente decomposto, com uma acumulação líquida de matéria orgânica no solo. Não é o que acontece. No artigo referido os autores observaram que o principal fator ambiental influenciando a degradação do carbono sobre o solo naquela região semi-árida era a radiação solar, notadamente a radiação UV-B, independente da quantidade de microrganismos ou da disponibilidade de nutrientes (carbono de fácil decomposição e nitrogênio). Nas regiões semi-áridas parece que a correlação entre umidade e matéria orgânica do solo é fraca, ao contrário de regiões mais úmidas. O trabalho deixa razoavelmente claro que o sombreamento do solo, quer seja por uma cobertura vegetal mais densa, quer por maior nebulosidade, provavelmente é mais importante para que haja maiores teores de matéria orgânica no solo de regiões semi-áridas do que a própria pluviosidade. Mais um bom motivo para se combater o desmatamento no Nordeste brasileiro.
