The tiny soil charges that sustain humanity

Everybody knows, or rather should know, that soils sustain vegetation by providing not only physical support, but mainly by providing nutrients to plants. To build organic matter, besides carbon (which is provided by CO2 from the atmosphere), plants need inorganic nutrients, such as nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), sulfur (S), iron (Fe) and some other elements taken up in smaller quantities. These elements originate in soil by the same process that forms soils: weathering.
Soils form from the chemical and physical weathering (decomposition) of rocks. When rocks weather physically, they simply break into smaller particles, without any mineralogical changes, but when rocks are chemically weathered, principally by CO2-rich water, newly formed (secondary) minerals appear by the chemical transformation of rock minerals or by the precipitation of dissolved elements. Some of these new minerals, generally belonging to the phyllosilicate mineral family, are very small and present peculiar features, such as exposed electrical charges.
Clays are the main bearers of charges in soil, although soil organic matter also exposes charges. The mineral nutrients in soils also have charges, for example, nitrogen is generally taken up by plants as NO3- (nitrate) or as NH4+ (ammonium). If these compounds are not held (adsorbed) by soil charges, they can be easily taken up by plants or washed away by infiltrating water from rainfall or irrigation. If all minerals could be washed (leached) by water, plants would “starve” and we would have no vegetation. That’s probably the most crucial importance of soil charges: they hold mineral nutrients and when soil solution is depleted of nutrients, they free (exchange) them, so that plants always have “food”. However, the supply of natural mineral nutrients is limited, and when too much is used or lost, man generally has to fertilize soils. Soil charges are also used to hold pollutants, like heavy metals and excess nitrate, and this is an important reason to maintain soils healthy.

Cultivo em estufas: driblando o imprevisível

Em uma entrevista concedida à revista Bravo e publicada março último, o poeta maranhense Ferreira Gullar filosofa, “O que faz o homem sobre a Terra? Luta para neutralizar o acaso. Eis a principal necessidade humana: driblar o imprevisível…”. O poeta falava de outra coisa, mas as palavras bem serviriam para resumir a história da agricultura sobre este mundo.
O surgimento da agricultura constituiu, na história evolutiva da humanidade, um divisor de águas notável: para lá, ficaram a incerteza da coleta e da caça juntamente com a certeza da insatisfação plena do apetite; deste lado, a relativa abundância das colheitas regulares, o reconhecimento da saciedade e a possibilidade de se guardar para o futuro. O novo humano agricultor, ao poder planejar o porvir, apadrinhou o que se chama hoje de civilização. O temor ancestral da onipotente natureza levou o fraco homem a desejar de alguma forma controlá-la.
A observação sutil e continuada, ao longo de milênios, das plantas de rápido crescimento e abundantes frutos que o perseguiam em suas andanças, vicejando sempre nos monturos ao redor das moradas e nas áreas onde eventualmente se acendiam as fogueiras e se acumulavam as cinzas permitiu, após a última glaciação e sob concentrações mais altas de dióxido de carbono atmosférico, o desenvolvimento de atividades agrícolas.
A adoção das práticas de cultivo protegido são um passo à frente na tendência de controlar as variáveis ambientais e se proteger do acaso visando a otimização e maximização da produção agrícola. As origens remotas do cultivo protegido, aos politicamente corretos olhos modernos, revestem-se de uma equívoca impressão de autoritarismo, mas ao mesmo tempo de engenhosidade. Conta Plínio, o Velho, que o desejo do Imperador Tibério de comer diariamente certo tipo de pepino ao longo do ano levou os jardineiros romanos a cultivar a espécie em carrinhos recobertos com grandes placas de mica transparente, possivelmente muscovita, durante os períodos em que não era possível cultivá-la a campo.
O esforço dos jardineiros imperiais já prenunciava uma das principais finalidades do cultivo protegido moderno, o plantio das culturas, normalmente hortaliças, em períodos (ou locais) em que as condições climáticas não são adequadas ao cultivo não protegido. Nestes períodos, a oferta dos produtos no mercado é mais baixa e sua cotação mais elevada. Além das questões climáticas e mercadológicas, o plantio de hortaliças em ambientes protegidos pode evitar ataques de pragas e patógenos, reduzindo a aplicação de produtos químicos biocidas, embora no cultivo em solo a incidência de doenças possa ainda ser um problema se práticas culturais tais como a rotação de culturas não forem convenientemente adotadas.

Carbon sequestration by soils

Global warming is mainly caused by the increase of CO2 (carbon dioxide) concentration in the atmosphere, although other greenhouse gases also contribute to climate changes, like methane (CH4), which is even a more potent greenhouse gas than CO2. Both these gases originate from the burning of carbonaceous compounds, which may be fossil or modern in origin. This burning may be biological, in which case it is the product of respiration, or man made, as in the burning of oil or coal.
Most biological burning of carbon compounds comes from the decomposition of organic matter by microorganisms, such as bacteria and fungi, which act mostly upon oganic matter originated from plants. Some of this organic matter is highly resistant to microbial decomposition and ends up, after yet unclear biochemical changes, as soil organic matter, also known as humus or humic substances.
To prevent global climate changes, a number of measures have been suggested to slow or even stop CO2 increase in the atmosphere, from planting (and conserving) forests to fertilizing the ocean with iron to cause algal blooms. These measures would increase the carbon sequestered as plant biomass, since photosynthesis is basically the uptake of CO2 from the air to build plant tissues utilizing energy from the sun. What most people don’t know is that there is much more carbon stored as soil organic matter than as standing vegetation biomass.
There is possibly more carbon stored in some soils of the Amazon Rain Forest than in the forest itself! Current estimates for carbon stored in terrestrial vegetaion are 550 billion metric tons, while soils store at least 1200 billion metric tons, more than twice as much. What’s more, soil carbon storage is probably underestimated, because the carbon in deep layers of some tropical soils is generally not considered in soil carbon stocks estimates.
Carbon dioxide emitters from developed countries can balance their emissions by buying carbon credits from developing countries. Generally, these carbon credits are in the form of planting forests or paying to conserve them. Obviously, this is a good arrangement for both. But those who sell carbon credits may be losing money, as the planting of forests generally increase the carbon content in soils, which is not being considered. Soil organic matter is more stable than the organic matter in vegetation, so it’s more efficiently sequestered.
What some people do not understand about some tropical soils called Oxisols is that they are deep. These soils are the result of centuries of intense weathering, especially chemical weathering, under high temperatures and rainfall. Organisms also play an important role in the formation of these soils, notably plants exuding organic acids and other substances. The activity of mesofauna in these soils is impressive, and termites, earthworms and ants are very active in mixing soil material throughout the soil profile, making the Oxisols rather homogeneous vertically.
A large area of tropical rain forests, including Amazonia, is on Oxisols. Until recently, soil carbon stocks estimation only considered soil depth down to around one meter. It happens, though, that Oxisols may be much deeper than that and they can and do store organic carbon in deep subsurface horizons, which are more or less horizontal layers in the soil profile. In fact, subsurface carbon stocks in Oxisols may be twice the surficial stocks, as I found in my doctorate research.
Recent research has demonstrated that deep soil carbon is very stable, which is good when one considers carbon sequestration. Besides, this carbon is spacially separated from the agents that could decompose or mineralize it. These soils also have good natural physical characteristics, which can be maintained even after land use changes if they are properly managed, so greatly decreasing erosion risks. All this, in our view, make tropical Oxisols promising sinks for carbon sequestration and medium to long term storage in helping decrease atmospheric CO2 excess concentrations.

Novo blog sobre Ciência do Solo

Creio que um campo do conhecimento floresce quando muitos se dispõem a discuti-lo e se interessam por seu avanço. Com a Ciência do Solo algo deste tipo parece estar acontecendo, pelo menos na blogosfera científica. Além de nós mesmos, há agora um novo bom blog de divulgação em Ciência do Solo on-line e o nome, para alguns hermético, é bem sugestivo: EdafoPedos, fazendo referência tanto à vertente aplicada quanto à pura do conhecimento sobre solos. O autor, o amigo e fiel leitor Marcus Locatelli, não é novato na blogosfera.
Ávido orquidófilo e competentíssimo orquidólogo, Locatelli há tempos mantém o blog Orquidofilia e Orquidologia, um dos melhores e mais lidos sobre orquídeas. Marcus Locatelli finalizou há pouco seu mestrado em Solos e Nutrição de Plantas da UFV, defendendo tese na área de Fertilidade do Solo. Seu orientador, Prof. Victor Hugo Alvarez V., também orquidófilo e orquidólogo, produz um excelente adubo para orquídeas, o B & G Orchidées, tão bom que merece inclusive esta propaganda gratuita.

Qualidade do solo

Por Flávia A. de Alcântara
O que é qualidade?
Para sabermos se algo é bom, precisamos fazer comparações. Os humanos e suas comparações: bom ou ruim, quente ou frio, preto ou branco. Vocês já pararam para pensar que é assim, fazendo comparações, que aprendemos, que sabemos? Reparem no modo como elaboram seus raciocínios e verão quão forte é a presença da comparação.
Qualidade requer padrão. Outro conceito complicado. Vejam que comparação e padrão estão fortemente interligados. Padrão de qualidade, em geral, é definido com base em critérios. Mais um conceito…
Bom, vamos chegar já ao solo. Já há tempos em que ouvimos falar muito sobre qualidade da água, seja ela água de beber ou de usar em casa, na irrigação, entre outros tantos fins que este recurso precioso tem em nossas vidas. Sabemos, por exemplo, que existem limites para a presença de coliformes fecais na água. Também já sabemos algo sobre qualidade do ar (basta que haja um fumante na mesa ao lado!). Felizmente conhecemos os limites de gases contaminantes presentes no ar que respiramos e, assim, podemos conhecer sua qualidade.
No caso do solo, apesar do conceito “qualidade do solo” já não ser tão novo, creio que a sociedade em geral, por algum motivo que tento compreender, ainda não o apreendeu como algo importante. Preocupação dos agrônomos (infelizmente não posso dizer que de todos); dos pesquisadores e cientistas (infelizmente também não posso dizer que de todos); dos produtores, sejam eles pequenos, médios ou grandes (idem classes anteriores); enfim, preocupação de quem? Com certeza do pessoal da Ciência do Solo, ou seja, dos cientistas do solo, classe em que me incluo com muito orgulho.
Para conhecer a qualidade do solo precisamos avaliar seus atributos químicos, físicos e biológicos, pois só o estudo do conjunto desses três aspectos da qualidade do solo é que pode defini-la. No entanto, é preciso deixar claro que definir qualidade para um determinado solo é uma tarefa mais complexa que definir a qualidade da água de uma represa ou do ar de uma cidade. Os solos são classificados em vários tipos diferentes (classes de solo) e a qualidade pode variar para cada um deles. Mesmo dentro de uma mesma classe, o solo pode ter uso diferente ou ser trabalhado (manejado) de forma diferente.
Muitos estudos comparam o mesmo solo (mesma classe) na mesma região, sob usos ou manejos distintos, e estabelecem como referência uma área com o mesmo solo sob vegetação nativa. Assume-se, portanto, que o estado do solo sob a vegetação nativa seja a referência de qualidade. Caso esta vegetação nativa seja uma mata, essa abordagem funciona relativamente bem, pois vegetação e solo estão intimamente ligados – uma vegetação exuberante indica um solo de boa qualidade. Este seria o padrão de qualidade, estabelecido com base nos atributos do solo (critérios) sob a vegetação nativa. No entanto, a vegetação nativa em questão pode ser um campo cerrado. Neste caso as condições do solo, principalmente químicas, podem ser bem diferentes de uma mata exuberante. Poderíamos tomar essa área como referência de qualidade? Depende. Se não houvesse qualidade ali, aquelas plantas não existiriam. O campo cerrado está bem sim senhor aonde está. Mas, para uma área agrícola, essa qualidade bastaria?
Outra abordagem é definir valores para os atributos. Por exemplo: o pH ideal para a maioria das culturas agrícolas está situado entre 5,5 e 6,5. Este é um critério de qualidade. Mas, ainda assim, não é tarefa fácil definir esses critérios, posto que eles podem variar de uma espécie cultivada para outra. E, além disso, como dito anteriormente, podem variar entre as classes de solo. Exemplo: uma densidade x de solo pode ser inadequada para a cultura agrícola y no solo w, mas pode ser adequada para a mesma cultura y no solo z. Isto ocorre porque há uma interação entre os atributos do solo.
Talvez seja por toda essa dificuldade que o conceito de qualidade do solo não esteja ainda bem disseminado na comunidade científica (fora da Ciência do Solo) e muito menos na sociedade em geral. No entanto, o que considero mais importante é deixar aqui a idéia de que o solo é um recurso natural precioso e que se desgasta em maior ou menor grau dependendo do uso e do manejo a que é submetido. Dentro de cada uso e manejo existem possibilidades de sustentabilidade, que devem ser a meta dos pesquisadores da área.
É importante que se busquem critérios e que se definam padrões, mesmo que pontuais – para um determinado solo de uma determinada região submetido a um determinado uso – mas é igualmente importante entender a aplicação disso, que é a busca pela sustentabilidade do uso do solo como recurso. Para finalizar, deixo aqui a definição de qualidade do solo de Doran e Parkin, que expressa de forma muito clara a amplitude desse conceito. Optei por mantê-la no idioma original para não correr o risco de fugir da idéia dos autores: “Soil quality is the capacity of a given soil to function within ecosystem boundaries to (a) sustain biological production, (b) maintain environmental quality, and (c) promote plant and animal health.” Referência: Doran, J.W.; Parkin, T.B. Defining and assessing soil quality. In: Doran, J.W.; Coleman, D.C.; Bezdicek, D.F.; Stewart, B.A., ed. Defining soil quality for a sustainable environment. Madison: SSSA, 1994. p.107-124. (Special Publication number, 35).

O solo é a mãe de todas as coisas

Aproveitando esse período de constantes mudanças e a nova fase do Geófagos, resolvemos dar um toque mais feminino ao Geófagos. Com muito prazer anuncio que temos agora uma colaboradora, e de peso. É a Dra. Flávia A. de Alcântara, que resolveu aceitar meu convite para escrever no Geófagos, no que nos faz grande honra. Para não me alongar demais nas apresentações, o currículo da Flávia pode ser visto aqui. Seu primeiro post no Geófagos vem a seguir:
Por Flávia A. de Alcântara,
O solo é a mãe de todas as coisas
Quero começar este post dizendo “Ítalo, obrigada pelo convite!”. Tenho certeza de que essa parceria será duradoura e rica em idéias e ações. Lá vai meu primeiro post:
“O solo é a mãe de todas as coisas” é um provérbio chinês que significa muito para mim. Talvez por ter nascido no interior de Minas, cercada por terra por todos os lados; talvez por ter nascido numa família de gente nascida e criada na terra, no interior também; talvez por ter comido terra quando criança… sim, eu já comi terra e por isso posso me auto proclamar geófaga com todas as letras. Além de adorar brincar de fazer construções de terra, eu fazia bolinhos e os experimentava!
Reminiscências da origem e da infância à parte, nasci sabendo que o solo é a mãe de todas as coisas. Sabia intuitivamente. Hoje, depois de estudar a Ciência do Solo, sei com a aprovação (nem sempre necessária, diga-se de passagem) da razão. É do solo que vem nosso alimento, que por sua vez cresce alimentado pelos minerais da terra e fortificado pela sua essência orgânica. O solo é o ventre fértil que alimenta o mundo. Apesar de substantivo masculino, os sábios chineses da antiguidade o chamaram de mãe, pois é a mãe que sustenta em seu ventre a nova vida. Seja ele (ela?) princípio masculino ou feminino, o que importa é ser o princípio. Assim, neste meu primeiro post, a mensagem que eu gostaria de deixar é que é do solo que tudo nasce e se alimenta e que, por esse raciocínio, somos todos geófagos.

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