Publicação

Biofertilizers as a sustainable strategy of phosphorus efficiency in agricultural soils

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O fósforo (P) é um macronutriente essencial para todos os organismos vivos, encontrando-se presente no solo em concentrações que variam entre 400 – 1200 mg kg-1. É um recurso essencial para a produção de alimentos, contudo a sua disponibilidade é limitada uma vez que as plantas só conseguem absorver P na forma solúvel a qual representa apenas 20% do P presente no solo. A maioria dos solos agrícolas contém grandes reservas de P, uma parte considerável dos quais se acumulou como consequência de aplicações regulares de fertilizantes fosfatados, provenientes da rocha fosforite. A fosforite é uma fonte de P não renovável, e o seu uso intensivo na agricultura tem levado à depleção deste recurso natural. Consequentemente, a União Europeia (UE) tem desafiado a comunidade científica para encontrar soluções para este problema, e tem feito recomendações aos produtores agrícolas para reduzir a adubação em cerca de 33 %. Os microrganismos desempenham um papel fundamental no ciclo biogeoquímico do P. Entre a grande diversidade de microrganismos do solo, os fungos micorrízicos arbusculares (AMF) e as bactérias solubilizadoras de fósforo (PSB) estão diretamente envolvidos na aquisição de P pela planta. Muitos estudos apontam para os efeitos benéficos e cooperativos da inoculação de AMF e/ou PSB no crescimento de determinadas plantas, assim como para a aquisição de P. No entanto, a maioria dos seus efeitos benéficos é observada em experiências conduzidas tanto in vitro como em solo estéril. Um teste mais realista do seu potencial seria avaliar se a adição de inóculos compostos por AMF e/ou PSB a um solo agrícola iria proporcionar um benefício no crescimento da planta. Tais testes são importantes porque permitem avaliar o efeito de AMF e PSB num solo com uma comunidade microbiana pré-existente e em condições reais de produção agrícola. Estes microorganismos, se demonstrados os seus efeitos benéficos em solo agrícula, poderiam ser estudados com mais detalhe com vista a serem usados como biofertilizante. Um biofertilizante é definido como “uma substância que contém microrganismos vivos que, quando aplicados a sementes, superfícies de plantas ou solo, colonizam a rizosfera ou o interior da planta e promovem o crescimento aumentando a oferta ou a disponibilidade de nutrientes primários para a planta hospedeira”. A cultura de cereais é uma das principais causas dos impactos antropogénicos no ciclo biogeoquímico do P, pela demanda contínua de fertilizantes fosfatados e pela remoção sucessiva de P dos campos, associada à recolha dos produtos agrícolas. Há, portanto, necessidade de melhorar a eficiência do uso do P nos sistemas agrícolas, a fim de salvaguardar as reservas deste e a nossa segurança alimentar. Isto poderia ser alcançado aumentando a absorção de P do solo pela planta (eficiência de aquisição de P; PAE) e/ou aumentando a produtividade por unidade de P na parte aérea da planta (eficiência de utilização interna de P; PUE). O principal objetivo deste estudo foi testar uma estratégia de gestão alternativa às práticas atuais de fertilização agrícola, com base na aplicação de biofertilizantes que operam em várias etapas do ciclo do P, a fim de reduzir a aplicação de fertilizantes fosfatados e aumentar a eficiência de P pela planta. A nossa hipótese defende que a aplicação de biofertilizantes adequados pode promover a eficiência das plantas, aumentando a produtividade e a qualidade dos alimentos, e reduzindo a aplicação de grandes quantidades de fertilizantes fosfatados. Especificamente as seguintes questões foram abordadas para avaliar a estratégia de gestão agrícola proposta: a) Será que inoculantes microbianos aumentam a eficiência do P em plantas de milho num sistema agrícola? b) Será que os inoculantes microbianos promovem a produtividade do milho e aqualidade do grão? c) Será que inoculantes microbianos promovem o crescimento das plantas e a eficiência do uso do P pela planta sob um regime de fertilização reduzida (redução de 33% de P)? E esse efeito depende da riqueza específica e identidade das espécies microbianas? Para responder a estas questões, dois sistemas experimentais foram estabelecidos. Num sistema agrícola intensivo de milho, três inoculantes microbianos foram testados (AMF - Rhizoglomus irregulare -, PSB - Pseudomonas sp. - e AMF+PSB). Foi mostrado que: i) PSB e AMF+PSB aumentaram a produtividade das plantas, especificamente a forragem verde; ii) PSB aumentou PAE, através do aumento do conteúdo de P na planta; iii) AMF+PSB aumentou PUE; iv) todos os inoculantes afetaram a alocação de P na planta, resultando numa menor concentração de P no grão. Embora o inoculante PSB não seja o mais eficiente na promoção da produção de biomassa vegetal, é de facto o mais eficiente no aumento do teor de P na planta e, portanto do valor nutricional da forragem verde do milho, aumentando o teor de P na palha (folhas e colmo) e reduzindo a concentração de P no grão, o que poderia ser extremamente útil em sistemas de produção onde a disponibilidade de P é realmente baixa. Tendo em consideração o panorama Europeu, onde os solos contêm mais P do que o recomendado, mesmo que indisponível para as plantas, os resultados obtidos com o consórcio AMF+ PSB são mais relevantes. AMF+PSB foi o inoculante mais eficiente em promover o crescimento das plantas por unidade de P no tecido vegetal. Esta pode ser uma característica importante no aumento do valor nutricional do grão de milho. Este inoculante poderá, no futuro, ser testado como uma forma de reduzir os insumos de P, idealmente em 33%, como recomendado pela UE, para verificar se a produtividade é mantida. Portanto, este consórcio AMF+PSB poderá ser um dos principais contribuintes na produção de recursos alimentares de alto valor, com aumento zero na degradação da terra, reduzindo os impactos ambientais negativos. Este inóculo foi sugerido para ser testado num ensaio de vaso como forma a reduzir a aplicação de P no solo. Num ensaio de vaso onde a fertilização de P foi reduzida (33% menos que a dose recomendada de fertilizante), testámos distintos consórcios microbianos (uma espécie de AMF - Rhizoglomus irregulare - combinada com diferentes espécies de PSB - Pseudomonas sp. 1, Pseudomonas sp. 2, Pseudomonas sp. 3 -) no desempenho da planta e eficiência de P. Esperava-se que um consórcio microbiano com mais espécies fosse mais eficiente em promover o crescimento de plantas e a eficiência de uso de P, obtendo respostas da planta similares àquelas obtidas com 100% de fertilização de P. Foi demonstrado que: i) consórcios com a mesma riqueza específica, que incluem uma espécie de AMF combinada com uma única espécie de PSB (1, 2 ou 3), apresentaram plantas com crescimento e características fisiológicas e nutricionais (P) semelhantes, porém estas diferenças não são significativas quando comparadas com plantas dos controlos não inoculados; ii) o aumento da riqueza específica em consórcios pela combinação de AMF com duas espécies de PSB mostrou efeitos inconsistentes no desempenho da planta, dependendo do consórcio. O consórcio AMF+PSB(1+3) aumentou o crescimento das plantas e a nutrição em P, enquanto o AMF+PSB (1+2) não promoveu essas características quando comparado às plantas controlo. iii) as plantas tratadas com o consórcio com mais espécies, resultado da combinação de AMF e três espécies de bactérias (AMF+PSB(1+2+3)) apresentaram o melhor desempenho, revelando morfologia, nutrição em P e eficiência da aquisição do P semelhante às plantas de um controlo não inoculado com 100% de fertilização de P. Portanto, a maior eficiência do uso do P para solos agrícolas foi alcançada com consórcio com mais espécies. Este estudo mostrou que um consórcio microbiano contendo AMF+PSB pode melhorar o desempenho da planta e a eficiência do uso do P em solos agrícolas. Os nossos resultados indicam também que, dependendo da combinação de bactérias, existe um potencial para cooperação entre AMFe PSB para promover a aquisição de P, porém cada consórcio afetou a eficiência do uso do P de maneiras distintas. Os nossos resultados chamam a atenção para a necessidade de ter em consideração as relações entre os componentes do consórcio e entre estas e o hospedeiro no efeito do biofertilizante na cultura, o que pode explicar as inconsistências reportadas para o efeito do biofertilizante. A política agrícola comum (PAC) na UE poderá promover o uso de biofertilizantes como uma ferramenta para corrigir a contribuição da agricultura para o desequilíbrio do ciclo biogeoquimico do P. Deste modo os países da UE poderiam tornar-se menos dependentes da disponibilidade de reservas de fosforite, bem como caminhar para uma intensificação sustentável da agricultura. O uso de microrganismos rizosféricos como AMF e PSB em consórcios multifuncionais polimicrobianos pode ser o despertar para uma intensificação agrícola mais sustentável baseada numa estratégia sustentável do uso do P em solos agrícolas.
Autores principais:	Pacheco, Inês Cardoso
Assunto:	Consórcios rizosféricos Bactérias solubilizadoras de fósforo Fungos micorrízicos arbusculares Fósforo no solo Cooperação Teses de mestrado - 2018
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	O fósforo (P) é um macronutriente essencial para todos os organismos vivos, encontrando-se presente no solo em concentrações que variam entre 400 – 1200 mg kg-1. É um recurso essencial para a produção de alimentos, contudo a sua disponibilidade é limitada uma vez que as plantas só conseguem absorver P na forma solúvel a qual representa apenas 20% do P presente no solo. A maioria dos solos agrícolas contém grandes reservas de P, uma parte considerável dos quais se acumulou como consequência de aplicações regulares de fertilizantes fosfatados, provenientes da rocha fosforite. A fosforite é uma fonte de P não renovável, e o seu uso intensivo na agricultura tem levado à depleção deste recurso natural. Consequentemente, a União Europeia (UE) tem desafiado a comunidade científica para encontrar soluções para este problema, e tem feito recomendações aos produtores agrícolas para reduzir a adubação em cerca de 33 %. Os microrganismos desempenham um papel fundamental no ciclo biogeoquímico do P. Entre a grande diversidade de microrganismos do solo, os fungos micorrízicos arbusculares (AMF) e as bactérias solubilizadoras de fósforo (PSB) estão diretamente envolvidos na aquisição de P pela planta. Muitos estudos apontam para os efeitos benéficos e cooperativos da inoculação de AMF e/ou PSB no crescimento de determinadas plantas, assim como para a aquisição de P. No entanto, a maioria dos seus efeitos benéficos é observada em experiências conduzidas tanto in vitro como em solo estéril. Um teste mais realista do seu potencial seria avaliar se a adição de inóculos compostos por AMF e/ou PSB a um solo agrícola iria proporcionar um benefício no crescimento da planta. Tais testes são importantes porque permitem avaliar o efeito de AMF e PSB num solo com uma comunidade microbiana pré-existente e em condições reais de produção agrícola. Estes microorganismos, se demonstrados os seus efeitos benéficos em solo agrícula, poderiam ser estudados com mais detalhe com vista a serem usados como biofertilizante. Um biofertilizante é definido como “uma substância que contém microrganismos vivos que, quando aplicados a sementes, superfícies de plantas ou solo, colonizam a rizosfera ou o interior da planta e promovem o crescimento aumentando a oferta ou a disponibilidade de nutrientes primários para a planta hospedeira”. A cultura de cereais é uma das principais causas dos impactos antropogénicos no ciclo biogeoquímico do P, pela demanda contínua de fertilizantes fosfatados e pela remoção sucessiva de P dos campos, associada à recolha dos produtos agrícolas. Há, portanto, necessidade de melhorar a eficiência do uso do P nos sistemas agrícolas, a fim de salvaguardar as reservas deste e a nossa segurança alimentar. Isto poderia ser alcançado aumentando a absorção de P do solo pela planta (eficiência de aquisição de P; PAE) e/ou aumentando a produtividade por unidade de P na parte aérea da planta (eficiência de utilização interna de P; PUE). O principal objetivo deste estudo foi testar uma estratégia de gestão alternativa às práticas atuais de fertilização agrícola, com base na aplicação de biofertilizantes que operam em várias etapas do ciclo do P, a fim de reduzir a aplicação de fertilizantes fosfatados e aumentar a eficiência de P pela planta. A nossa hipótese defende que a aplicação de biofertilizantes adequados pode promover a eficiência das plantas, aumentando a produtividade e a qualidade dos alimentos, e reduzindo a aplicação de grandes quantidades de fertilizantes fosfatados. Especificamente as seguintes questões foram abordadas para avaliar a estratégia de gestão agrícola proposta: a) Será que inoculantes microbianos aumentam a eficiência do P em plantas de milho num sistema agrícola? b) Será que os inoculantes microbianos promovem a produtividade do milho e aqualidade do grão? c) Será que inoculantes microbianos promovem o crescimento das plantas e a eficiência do uso do P pela planta sob um regime de fertilização reduzida (redução de 33% de P)? E esse efeito depende da riqueza específica e identidade das espécies microbianas? Para responder a estas questões, dois sistemas experimentais foram estabelecidos. Num sistema agrícola intensivo de milho, três inoculantes microbianos foram testados (AMF - Rhizoglomus irregulare -, PSB - Pseudomonas sp. - e AMF+PSB). Foi mostrado que: i) PSB e AMF+PSB aumentaram a produtividade das plantas, especificamente a forragem verde; ii) PSB aumentou PAE, através do aumento do conteúdo de P na planta; iii) AMF+PSB aumentou PUE; iv) todos os inoculantes afetaram a alocação de P na planta, resultando numa menor concentração de P no grão. Embora o inoculante PSB não seja o mais eficiente na promoção da produção de biomassa vegetal, é de facto o mais eficiente no aumento do teor de P na planta e, portanto do valor nutricional da forragem verde do milho, aumentando o teor de P na palha (folhas e colmo) e reduzindo a concentração de P no grão, o que poderia ser extremamente útil em sistemas de produção onde a disponibilidade de P é realmente baixa. Tendo em consideração o panorama Europeu, onde os solos contêm mais P do que o recomendado, mesmo que indisponível para as plantas, os resultados obtidos com o consórcio AMF+ PSB são mais relevantes. AMF+PSB foi o inoculante mais eficiente em promover o crescimento das plantas por unidade de P no tecido vegetal. Esta pode ser uma característica importante no aumento do valor nutricional do grão de milho. Este inoculante poderá, no futuro, ser testado como uma forma de reduzir os insumos de P, idealmente em 33%, como recomendado pela UE, para verificar se a produtividade é mantida. Portanto, este consórcio AMF+PSB poderá ser um dos principais contribuintes na produção de recursos alimentares de alto valor, com aumento zero na degradação da terra, reduzindo os impactos ambientais negativos. Este inóculo foi sugerido para ser testado num ensaio de vaso como forma a reduzir a aplicação de P no solo. Num ensaio de vaso onde a fertilização de P foi reduzida (33% menos que a dose recomendada de fertilizante), testámos distintos consórcios microbianos (uma espécie de AMF - Rhizoglomus irregulare - combinada com diferentes espécies de PSB - Pseudomonas sp. 1, Pseudomonas sp. 2, Pseudomonas sp. 3 -) no desempenho da planta e eficiência de P. Esperava-se que um consórcio microbiano com mais espécies fosse mais eficiente em promover o crescimento de plantas e a eficiência de uso de P, obtendo respostas da planta similares àquelas obtidas com 100% de fertilização de P. Foi demonstrado que: i) consórcios com a mesma riqueza específica, que incluem uma espécie de AMF combinada com uma única espécie de PSB (1, 2 ou 3), apresentaram plantas com crescimento e características fisiológicas e nutricionais (P) semelhantes, porém estas diferenças não são significativas quando comparadas com plantas dos controlos não inoculados; ii) o aumento da riqueza específica em consórcios pela combinação de AMF com duas espécies de PSB mostrou efeitos inconsistentes no desempenho da planta, dependendo do consórcio. O consórcio AMF+PSB(1+3) aumentou o crescimento das plantas e a nutrição em P, enquanto o AMF+PSB (1+2) não promoveu essas características quando comparado às plantas controlo. iii) as plantas tratadas com o consórcio com mais espécies, resultado da combinação de AMF e três espécies de bactérias (AMF+PSB(1+2+3)) apresentaram o melhor desempenho, revelando morfologia, nutrição em P e eficiência da aquisição do P semelhante às plantas de um controlo não inoculado com 100% de fertilização de P. Portanto, a maior eficiência do uso do P para solos agrícolas foi alcançada com consórcio com mais espécies. Este estudo mostrou que um consórcio microbiano contendo AMF+PSB pode melhorar o desempenho da planta e a eficiência do uso do P em solos agrícolas. Os nossos resultados indicam também que, dependendo da combinação de bactérias, existe um potencial para cooperação entre AMFe PSB para promover a aquisição de P, porém cada consórcio afetou a eficiência do uso do P de maneiras distintas. Os nossos resultados chamam a atenção para a necessidade de ter em consideração as relações entre os componentes do consórcio e entre estas e o hospedeiro no efeito do biofertilizante na cultura, o que pode explicar as inconsistências reportadas para o efeito do biofertilizante. A política agrícola comum (PAC) na UE poderá promover o uso de biofertilizantes como uma ferramenta para corrigir a contribuição da agricultura para o desequilíbrio do ciclo biogeoquimico do P. Deste modo os países da UE poderiam tornar-se menos dependentes da disponibilidade de reservas de fosforite, bem como caminhar para uma intensificação sustentável da agricultura. O uso de microrganismos rizosféricos como AMF e PSB em consórcios multifuncionais polimicrobianos pode ser o despertar para uma intensificação agrícola mais sustentável baseada numa estratégia sustentável do uso do P em solos agrícolas.