Exopolysaccharides produced by the symbiotic nitrogen-fixing bacteria of leguminosae

The process of biological nitrogen fixation (BNF), performed by symbiotic nitrogen fixing bacteria with legume species, commonly known as α and β rhizobia, provides high sustainability for the ecosystems. Its management as a biotechnology is well succeeded for improving crop yields. A remarkable example of this success is the inoculation of Brazilian soybeans with Bradyrhizobium strains. Rhizobia produce a wide diversity of chemical structures of exopolysaccharides (EPS). Although the role of EPS is relatively well studied in the process of BNF, their economic and environmental potential is not yet explored. These EPS are mostly species-specific heteropolysaccharides, which can vary according to the composition of sugars, their linkages in a single subunit, the repeating unit size and the degree of polymerization. Studies have showed that the EPS produced by rhizobia play an important role in the invasion process, infection threads formation, bacteroid and nodule development and plant defense response. These EPS also confer protection to these bacteria when exposed to environmental stresses. In general, strains of rhizobia that produce greater amounts of EPS are more tolerant to adverse conditions when compared with strains that produce less. Moreover, it is known that the EPS produced by microorganisms are widely used in various industrial activities. These compounds, also called biopolymers, provide a valid alternative for the commonly used in food industry through the development of products with identical properties or with better rheological characteristics, which can be used for new applications. The microbial EPS are also able to increase the adhesion of soil particles favoring the mechanical stability of aggregates, increasing levels of water retention and air flows in this environment. Due to the importance of EPS, in this review we discuss the role of these compounds in the process of BNF, in the adaptation of rhizobia to environmental stresses and in the process of soil aggregation. The possible applications of these biopolymers in industry are also discussed.

Propriedades físicas de um latossolo vermelho-amarelo cultivado com cafeeiro em três sistemas de manejo no sul de minas gerais

Em razão de diferentes tipos de manejo utilizados na cafeicultura, o presente trabalho teve como objetivo quantificar as alterações de alguns atributos físicos de um Latossolo Vermelho-Amarelo cultivado com cafeeiro, após quatro anos da implantação, no Sul de Minas Gerais, sob três sistemas de manejo em comparação à mata nativa. Foram avaliados os seguintes sistemas de manejo: lavoura cafeeira com mecanização (CCM), lavoura cafeeira sem mecanização (CSM), lavoura cafeeira sob sistema adensado (CA) e mata nativa (MN), utilizada como referência. Foram coletadas amostras indeformadas, com o auxílio de um amostrador de Uhland e anéis de alumínio de 6,35 cm de diâmetro por 2,54 cm de altura, nas profundidades de 0-3 e 15-18 cm, sendo esta última a camada de máxima resistência mecânica determinada previamente por penetrometria. As amostras foram retiradas em duas posições nas lavouras cafeeiras, sendo na linha de tráfego das máquinas e na projeção da copa dos cafeeiros, nos manejos CCM e CSM; no centro das entrelinhas e na projeção da copa do cafeeiro, no manejo CA; e aleatório, na mata nativa, com quatro repetições, totalizando 56 amostras. Os atributos físicos avaliados foram densidade do solo (Ds), densidade de partícula (Dp), resistência do solo à penetração (RP), volume total de poros (VTP), macroporosidade (Ma), microporosidade (Mi) e relação Ma/Mi. O sistema de café com mecanização alterou as propriedades físicas, na posição de linha de tráfego de máquinas, indicadas pelo aumento da densidade do solo e resistência do solo à penetração e pela redução do volume total de poros, macroporosidade e da relação macro/microporosidade, quatro anos após o plantio. Comparando as profundidades, o sistema de café com mecanização apresentou menores valores de macroporosidade e relação macro/ microposidade e maiores valores de microporosidade e resistência do solo à penetração, na profundidade de 0-3 cm, quatro anos após o plantio.

Variabilidade espacial de atributos mineralógicos de solos da formação Guabirotuba, Curitiba (PR)

As características físicas e químicas do solo são fortemente influenciadas pela sua constituição mineralógica, as quais, mesmo a curtas distâncias horizontais, podem apresentar alta variabilidade espacial, fato que pode ser descrito mais adequadamente pela associação entre a estatística descritiva clássica e a geoestatística. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a variabilidade espacial de atributos mineralógicos da fração argila de solos da Formação Guabirotuba, região metropolitana de Curitiba (PR), por meio da estatística clássica descritiva (em especial o CV) e da geoestatística como forma de indicar melhores padrões de amostragem para esses atributos. As amostras do horizonte B foram coletadas na interseção de uma malha georreferenciada com espaçamento regular a 30 m, adicionando-se mais 10 % de pontos com posicionamento aleatório para reduzir o efeito-pepita (total de 135 amostras). Para a descrição da dispersão e variabilidade dos dados foi utilizada a análise por estatística descritiva clássica (média, mediana, máximo, mínimo, desvio-padrão, coeficiente de variação (CV), assimetria, curtose e teste de Shapiro-Wilk), enquanto para a caracterização da variabilidade espacial utilizou-se a geoestatística na produção dos semivariogramas. Os teores de caulinita (Ct) apresentaram baixo CV (10,8 %), porém alta variabilidade espacial, com alcance de apenas 22,4 m. Já o atributo que apresentou maior CV foi a relação Fe amorfo/Fe cristalino (94,6 %), indicando grande dispersão dos valores em relação à média, no entanto seu alcance foi de 64,6 m, evidenciando média a baixa variabilidade espacial. Foi observado efeito-pepita puro apenas na substituição isomórfica de Fe por Al na hematita (Hm). O Fe cristalino foi o atributo que apresentou maior alcance, com valor de 625 m. Contudo, quando se analisaram os teores de Hm e goethita separadamente, a variabilidade espacial foi ampliada.

Alterações nos atributos químicos de um latossolo pelo manejo de plantas invasoras em cafeeiros

O controle de plantas invasoras é uma das práticas de manejo mais intensivas na condução de lavouras cafeeiras, o qual provoca alterações nos atributos químicos do solo. Diante disso, os objetivos deste estudo foram: avaliar os efeitos dos diferentes sistemas de manejo de plantas invasoras em uma lavoura cafeeira nos atributos químicos de um Latossolo Vermelho distroférrico em relação ao solo sob mata nativa (MATA); e verificar a relação entre o teor de C orgânico do solo (COS) e a capacidade de troca de cátions efetiva (CTC a pH natural) e a capacidade de troca de cátions a pH 7 (CTC a pH 7). O estudo foi realizado na fazenda experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), localizada no município de São Sebastião do Paraíso, Minas Gerais. A área experimental foi plantada com cafeeiros da cultivar Paraíso, e o experimento foi instalado em blocos casualizados, com sete manejos de plantas invasoras e três repetições. Os manejos de plantas invasoras avaliados foram: sem capina (SCAP); capina manual (CAPM); herbicida de pós-emergência (HPOS); roçadora (ROÇA); enxada rotativa (ENRT); grade (GRAD); e herbicida de pré-emergência (HPRE). Cada manejo de plantas invasoras nas entrelinhas dos cafeeiros vem sendo realizado há 30 anos em três ruas, com 36 m de comprimento cada. As amostras de solo foram coletadas no centro das entrelinhas dos cafeeiros em dezembro de 2007, com cinco amostras simples por parcela, que perfizeram uma amostra composta em três profundidades (0-3, 10-13 e 25-28 cm). As seguintes análises químicas foram realizadas nas amostras de solo: pH em água, cátions trocáveis (Ca, Mg, K e Al), C orgânico (COS), capacidade de troca de cátions efetiva ou a pH natural (CTC efetiva) e capacidade de troca de cátions a pH 7. Os manejos apresentaram características contrastantes, variando desde métodos manuais até capinas químicas e mecânicas. Os resultados permitiram observar que a manutenção das plantas invasoras nas entrelinhas dos cafeeiros, adotada no manejo sem capina, contribuiu positivamente para as alterações dos atributos químicos (Ca trocável, CTC efetiva e CTC a pH 7,0) nas três profundidades estudadas; além disso, elevou o teor de C orgânico total na profundidade de 0-3 cm e pode contribuir para aumento e manutenção dos estoques de C em lavouras cafeeiras. Assim, o manejo SCAP nas entrelinhas dos cafeeiros pode ser adotado para a melhoria e manutenção dos atributos químicos em lavouras cafeeiras. Por outro lado, a utilização constante e por longo prazo (30 anos) do manejo HPRE reduziu os valores de pH nas profundidades de 10-13 e 25-28 cm e do Ca trocável, Mg trocável e CTC efetiva nas três profundidades estudadas, em relação aos demais manejos de plantas invasoras. Os valores de CTC efetiva do Latossolo Vermelho distroférrico apresentaram relação com o teor de C orgânico em 59, 60 e 47 % dos casos e de CTC a pH 7 em 65, 55 e 46 %, nas profundidades de 0-3, 10-13 e 25-28 cm.

Volatilização de amônia da ureia alterada por sistemas de preparo de solo e plantas de cobertura invernais no Centro-Sul do Paraná

O sistema plantio direto (PD) intensifica as perdas de N da ureia por volatilização, em comparação ao preparo convencional (PC). O objetivo deste estudo foi avaliar a magnitude desse efeito nas condições de temperatura amena e primavera chuvosa da região Centro-Sul do Paraná, bem como avaliar a influência de diferentes plantas de cobertura invernais (aveia-branca e ervilhaca comum) nas perdas de amônia (NH3) em PD. O estudo sobre o efeito dos preparos de solo foi realizado em experimento de longa duração (28 anos), e a avaliação das plantas de cobertura foi feita em experimento implantado especificamente com esse fim em área em PD por longo período (> 15 anos). Em ambos os experimentos cultivou-se milho. A ureia foi aplicada nas doses de 0, 80 e 160 kg ha-1 de N em apenas uma aplicação no experimento de preparos, e nas doses de 0, 100 e 200 kg ha-1 de N, divididas em duas aplicações, no experimento de plantas de cobertura. A volatilização de amônia foi avaliada durante 20 dias após a aplicação da ureia, utilizando coletores semiabertos estáticos. A atividade da urease no solo foi avaliada em ambos os experimentos. As maiores taxas de perda de NH3 ocorreram nos cinco dias que sucederam à aplicação de ureia. As perdas acumuladas atingiram 18 % da dose aplicada no PD e 3 % no PC, e as maiores perdas no PD podem ser parcialmente relacionadas à maior atividade da urease na camada superficial do solo. A volatilização de amônia não foi alterada pelo tipo de planta de cobertura. O parcelamento da adubação nitrogenada em cobertura por si só não garante a diminuição das perdas de N por volatilização, a qual é relacionada à ocorrência de chuva no período imediatamente posterior à aplicação da ureia.

Qualidade física de um Latossolo Vermelho cultivado com soja submetido a níveis de compactação e de irrigação

Manter uma boa qualidade física do solo é importante para preservar o meio ambiente, além de maximizar a produtividade das plantas. Um solo compactado poderá interferir na densidade, na porosidade e na resistência do solo à penetração, influenciando no crescimento radicular. A presente pesquisa objetivou avaliar a qualidade física de um Latossolo Vermelho eutroférrico, textura argilosa, com a cultivar de soja CAC-1, submetido a quatro níveis de compactação e três níveis de irrigação, utilizando os atributos físicos do solo, assim como a correlação do sistema radicular com a produtividade da cultura. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com parcelas subdivididas, com quatro repetições. Os níveis de compactação foram: C0 = 0, C2 = 2, C4 = 4 e C6 = 6 passadas, no mesmo local, de um trator de 11 t. Foram coletadas amostras indeformadas de solo nas entrelinhas da cultura da soja, para determinação dos atributos físicos, nas camadas de 0-0,10 e 0,10-0,20 m. A produtividade máxima da soja foi obtida com a resistência do solo à penetração de 0,71 MPa. O sistema radicular correlacionou-se inversamente com a produtividade da soja.

Structural sustainability of cambisol under different land use system

Incongruous management techniques have been associated with some significant loss of agricultural land to degradation in many parts of the world. Land degradation results in the alteration of physical, chemical and biological properties of the soil, thereby posing a serious threat to sustainable agricultural development. In this study, our objective is to evaluate the changes in a Cambisol structure under six land use systems using the load bearing capacity model. Sampling was conducted in Amazonas Region, Brazil, in the following land use: a) young secondary forest; b) old secondary forest; c) forest; d) pasture; e) cropping, and f) agroforestry. To obtain the load bearing capacity models the undisturbed soil samples were collected in those land use systems and subjected to the uniaxial compression test. These models were used to evaluate which land use system preserved or degraded the Cambisol structure. The results of the bulk density and total porosity of the soil samples were not adequate to quantify structural degradation in Cambisol. Using the forest topsoil level (0-0.03 m) as a reference, it was observed that pasture land use system was most severe in the degradation of the soil structure while the structure were most preserved under old secondary forest, cropping system and forest. At the subsoil level (0.10-0.13 m depth), the soil structure was most degraded in the cropping land use system while it was most preserved in young secondary forest and pasture. At the 0.20-0.23 m depth, soil structure degradation was most severe in the old secondary forest system and well preserved in young secondary forest, cropping and agroforestry.

Métodos de controle de plantas daninhas e seus impactos na qualidade microbiana de solo sob cafeeiro

Minas Gerais destaca-se como o Estado que mais produz café no Brasil. Essa cultura é extremamente suscetível à presença de plantas daninhas, que podem ser manejadas por meio de métodos manuais, mecanizados e, ou, químicos, com impacto nos custos da produção e qualidade do solo. Objetivou-se com este trabalho avaliar o efeito exercido por diferentes métodos de controle de plantas daninhas na linha e entrelinha de cafeeiro, sobre a microbiota do solo e seus processos, que destacadamente têm sido utilizados em virtude de sua extrema sensibilidade e baixo custo. Para isto, amostras de solo foram retiradas em abril de 2010, em Latossolo Roxo distrófico da fazenda experimental da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG), em São Sebastião do Paraíso, MG, na profundidade de 0-10 cm, no centro da rua (entrelinha) do café, e a 20 cm do caule da planta do café (linha), para determinar os atributos: densidade de bactérias e fungos totais, solubilizadores de fosfato, celulolíticos, amonificantes, bactérias diazotróficas não simbióticas, carbono da biomassa e atividade microbianas, quociente metabólico (qCO2) e atividade enzimática pela hidrólise de diacetato de fluoresceína. O cafeeiro foi submetido a sete métodos de controle de plantas daninhas: roçadora, grade, enxada rotativa, herbicida pós-emergência, herbicida pré-emergência, capina manual e sem capina. Os resultados evidenciaram a complexidade dos efeitos desses diferentes métodos na microbiota do solo e seus processos, com menores impactos para capina manual e enxada rotativa. Os impactos dos métodos roçadora, grade, sem capina e aplicação de herbicidas de pré-emergência foram considerados intermediários, enquanto a aplicação de herbicidas de pós-emergência, na entrelinha do cafeeiro, promoveu os maiores impactos negativos nos atributos avaliados. Esses impactos devem ser considerados quando houver avaliação e escolha do método a ser empregado para o controle de plantas daninhas em cafeeiro.

Critérios de calagem e teores críticos de fósforo e potássio em latossolos sob plantio direto no centro-sul do Paraná

A adoção do plantio direto (PD) em substituição ao preparo convencional promove alterações na dinâmica de nutrientes e na acidez no solo, podendo influenciar as relações solo-planta e, portanto, os critérios de manejo da fertilidade do solo. Este estudo teve como objetivo determinar os critérios de recomendação de calagem e os teores críticos de fósforo (P) e potássio (K) para o sistema de rotação de culturas envolvendo soja, milho, trigo, cevada e aveia branca, amplamente adotado na região Centro-Sul do Paraná. O estudo foi com base em 13 experimentos de campo conduzidos em Latossolos Brunos em longo prazo em PD (>15 anos), nos municípios de Guarapuava, Pinhão e Candói. Desses, cinco envolveram calagem e oito adubação de P e K. Em amostras de solo das camadas de 0-0,10 e 0,10-0,20 m, foi determinado o pH (CaCl2) e calculada a saturação por bases (V%) nos experimentos de calagem e os teores de P e K disponível (Mehlich-1) nos experimentos de adubação. O método dos quadrantes foi utilizado para determinar os critérios de recomendação de calagem; e o nível crítico de pH e V% consistiu no valor em que, acima do qual, as culturas apresentaram rendimento relativo (RR) superior a 90 % e nunca inferior a 80 %. A relação entre os teores de P e K e os valores de RR foi verificada pela equação de Mitscherlich, sendo o teor crítico aquele correspondente ao RR de 90 %. Os resultados indicaram que os níveis críticos relacionados à acidez e disponibilidade de P e K foram maiores para a camada de 0-0,10 m do que para a de 0-0,20 m. A cultura da soja foi mais sensível à acidez do solo, enquanto os cereais de inverno foram mais exigentes em P e K. Tomando-se como referência as culturas mais restritivas do sistema de rotação e a camada de 0-0,20 m, os níveis críticos para calagem foram pH (CaCl2) de 4,9 e saturação por bases de 60 %, enquanto os teores críticos para adubação foram 8 mg dm-3 de P e 0,30 cmol c dm-3 de K para Latossolos cultivados no longo prazo em sistema PD na região Centro-Sul do Paraná.