Avaliação do potencial para aplicação diferenciada de potássio em pastagens
permanentes no Alentejo: estudo de caso
Introdução
As pastagens permanentes pastoreadas ocupam mais de 200 000 ha no Alto
Alentejo. Estes solos normalmente não necessitam de adubação potássica devido à
riqueza deste nutriente na rocha mãe (Efe Serrano, 2006).
São reconhecidas tradicionalmente quatro formas de K no solo, estrutural, não-
permutável, de troca e em solução (Askegaard e Eriksen, 2000; Jalali, 2007;
Öborn et al., 2005). Estas fracções constituem um sistema dinâmico em
equilíbrio, com transferências reversíveis entre fracções (Askegaard e Eriksen,
2000). Todos os factores que afectam este equilíbrio afectam indirectamente a
dimensão das diferentes fracções (Öborn et al., 2005). O K de troca e o K em
solução (medido como K disponível) são rapidamente absorvidos pelas raízes das
plantas, enquanto o K não-permutável e o K estrutural apenas são potencialmente
disponíveis, reservas que podem ser usadas para reabastecer o K de troca
(Campkin, 1985;Öborn et al., 2005; Øgaard et al., 2002), e são uma indicação da
capacidade de longo prazo de cada tipo de solo suprir a perda de K (Campkin,
1985).
Vários estudos mostraram que a libertação de K pelas fracções estrutural e não-
permutável pode contribuir significativamente para o fornecimento às plantas
(Öborn et al., 2005). Contudo, a taxa de libertação de K a partir destas formas
é muito lenta e depende do processo de desagregação da rocha originária.
Holmqvist et al. (2003), Kayser e Isselstein (2005) e Øgaard et al. (2002)
verificaram que esta taxa é maior em solos argilosos do que em solos arenosos.
Por outro lado, significativas quantidades de K podem ser perdidas por
lixiviação em áreas pastoreadas, principalmente por fluxos associados à urina
ou por percolação após precipitação atmosférica (Alfaro et al., 2004). A
lixiviação do K não é considerada um problema em solos com elevados níveis de
argila, mas as perdas de K em solos de textura grosseira, com baixos teores de
argila e baixos inputsde K podem ser factores limitativos no desenvolvimento de
balanços negativos de K devido à baixa capacidade de troca catiónica (Alfaro et
al., 2004; Jalali, 2007; Kayser et al., 2007; Öborn et al., 2005; Zhang et al.,
2013).
Dada a comprovada importância do K na qualidade das culturas e atendendo a que
a tradicional e uniforme aplicação de adubos em áreas com variabilidade
espacial nas propriedades do solo pode resultar em pontos de aplicação acima e
abaixo das doses requeridas (Bongiovanni e Lowenberg-Deboer, 2004; Mallarino e
Wittry, 2004), é importante avaliar o potencial para implementação de VRT para
adequar a aplicação de adubo às necessidades das culturas (Jalali, 2007).
Modelos simplificados têm sido usados para calcular as quantidades de
nutrientes necessárias às pastagens para compensar as perdas no solo (por
exemplo, através da fixação e lixiviação) e perdas por transferência animal. A
variação espacial do K disponível antes da aplicação de adubo, a capacidade de
fixação do K pelo solo e a textura do solo necessitam ser tomados em
consideração para manter no solo níveis de K adequados às necessidades das
culturas e para reduzir o risco potencial de perdas do solo por lixiviação
(Jalali, 2007). Vários processos estão envolvidos no ciclo do K e outros
nutrientes no sistema solo-planta-animal. Estes processos geralmente são de
conversão e/ou translocação, particularmente para os nutrientes
predominantemente excretados via urina, como é o caso do K. Nestes agro
ecossistemas o catalisador é o animal, que recicla o material vegetal e
modifica a dinâmica do ciclo de nutrientes (Carvalho et al., 2010). O pastoreio
animal assume, por isso, um papel dominante na fertilidade do solo, onde a
concentração de nutrientes na urina e nas fezes dentro das áreas de pastoreio e
descanso causa um mosaico de níveis de nutrientes (Dahlin et al., 2005; Kayser
e Isselstein, 2005). A concentração de nutrientes no solo é particularmente
alta nas zonas onde os animais congregam espontaneamente (Dahlin et al., 2005).
Este fluxo de nutrientes através das diferentes áreas do campo salienta o
interesse da tecnologia de aplicação variável para restituir o equilíbrio e
para promover a produtividade da pastagem, tendo em conta a variabilidade
espacial do K no solo.
Diversos métodos têm sido usados por diferentes equipas de investigação para
apoio aos gestores agrícolas na definição das tendências espaciais e temporais
que se verificam dentro de um determinado campo (Blackmore, 2000; Blackmore et
al., 2003; Xu et al., 2006). A variabilidade espacial e a estabilidade temporal
dos nutrientes no solo são duas condições que podem justificar a gestão
diferencial e são a base para a aplicação espacialmente variável de adubos. Um
mapa de tendência espacial e temporal de um campo pode ajudar a desenvolver
estratégias de gestão diferenciadas (Xu et al., 2006). Blackmore et al. (2003)
realçaram a dificuldade inerente à escolha dos valores que permitem distinguir
entre estabilidade ou instabilidade temporal. Previamente, Blackmore (2000)
utilizou um valor limite particular para o CV temporal de 30% para cereais,
enquanto Xu et al. (2006) utilizaram dois valores li-mite (15 e 25%) para
pastagens.
Poucos dados estão disponíveis para o balanço do K em pastagens, sendo reduzido
o conhecimento acerca da sua dinâmica espacial nas condições do ecossistema
Mediterrânico de pastagem pastoreada. Nesta perspectiva, a aplicação de
medições geoespaciais da condutividade eléctrica aparente do solo (ECa),
combinadas com a utilização do sistema global de navegação por satélite (GNSS)
e com sistemas de informação geográfica (GIS), podem ser úteis para
caracterizar os padrões espaciais das propriedades do solo (Bronson et al.,
2005; Corwin e Lesch, 2005), funcionando como ferramentas chave para apoio à
tomada de decisão na gestão do balanço do K.
Este estudo teve como objectivo avaliar a especificidade da dinâmica espacial e
temporal do K no solo, durante dez anos, num complexo agro ecossistema (uma
pastagem bio-diversa instalada num solo delgado, pastoreado por ovinos, nas
condições Mediterrânicas) e o potencial para implementar a gestão diferenciada
da adubação.
Material e Métodos
Características do local e gestão do campo experimental
O campo experimental, com uma área de cerca de 6 ha, localiza-se na herdade da
Revilheira (38°27'51.6?N e 7°25'46.2?W). O solo predominante deste campo é
classificado como Luvissolo (FAO, 2006). Nesta região, os solos delgados são
usados principalmente para instalação de pastagens permanentes com pastoreio
animal extensivo. Uma pastagem bio-diversa foi instalada neste campo em
Setembro de 2000. Entre 2000 e 2003 o campo foi pastoreado por ovinos e foram
aplicados anualmente 300 kg ha-1de adubo superfosfato18% (SP18). Entre 2004 e
2013 o campo foi sujeito a dois períodos de intervenção: a) 2004-2007, o campo
foi usado para pastoreio por ovinos e sujeito a aplicação diferenciada de adubo
SP18; b) 2007-2013, o campo foi deixado em pousio.
Foi realizado um levantamento topográfico da área de ensaio utilizando um GPS-
RTK (Trimble RTK/ PP - 4700 GPS, Trimble Navigation Limited, USA). O mapa
altimétrico (Figura_1) foi criado a partir de interpolação linear em ArcGIS 9.3
com uma grelha de 1 m de resolução.
Amostras de solo e de pastagem
A variabilidade espacial do solo e da pastagem foi caracterizada a partir de
setenta e seis amostras, geo-referenciadas com GPS (recolhidas numa grelha de
28m x 28m). As amostras de solo foram recolhidas entre Maio e Junho de cada ano
(em 2004, 2005, 2006, 2007, 2010, 2012 e 2013) com uma sonda meia-cana na
camada superficial (0-0,30m). Cada amostra compósita resultou de cinco sub-
amostras, recolhidas nos quatro cantos e no centro de cada quadrícula. Foram
realizadas as seguintes determinações no solo: textura, pH, matéria orgânica e
macronutrientes (N, P e K). O K (na forma de K2O) foi extraído pelo método de
Egner-Riehm.
As amostras de pastagem foram recolhidas com uma tesoura manual numa área de
1m2 no canto sudeste de cada quadrícula, onde se encontravam instaladas caixas
de exclusão de pastoreio. A amostragem foi realizada em cada ano,
sucessivamente entre Março e Maio, à medida que o estado vegetativo da pastagem
o justificava. As amostras de pasta-gem foram processadas em laboratório para
obtenção da produtividade da pastagem em termos de kg de matéria seca por
hectare.
Avaliação da condutividade eléctrica aparente do solo
A condutividade eléctrica aparente do solo (ECa) do campo experimental foi
medida em Fevereiro de 2013 por um sensor Véris 2000 XA, equipado com uma
antena GPS. Este sensor foi regulado para realizar medições na camada
superficial de solo (0-0,30m). Dada a comprovada influência da humidade do solo
sobre a EC a, (Brevik et al., 2006), este parâmetro também foi avaliado na
camada superficial de solo no momento em que foi medida a ECa.
Balanço do potássio
A Figura_2 mostra esquematicamente um balanço simplificado do K em pastagens
pastoreadas, não fertilizadas, adaptado de Alfaro et al. (2003) e Campkin
(1985). Neste estudo apenas foi considerada absorção de K pelas plantas nos
anos em que os animais pastorearam o campo experimental (20042007) e no último
ano (2013). No período entre 2007 e 2012 a pastagem não foi pastoreada pelo
que, de acordo com Campkin (1985) e Carvalho et al. (2010), todo o K absorvido
pelas plantas foi reciclado no próprio campo. Em 2013, uma vez que as plantas
se encontravam em avançado estado de desenvolvimento no momento da amostragem
do solo, foi considerada no cálculo do balanço do K a absorção pelas plantas
com base nos teores de matéria seca. Para este efeito foram seguidas as
indicações de Öborn et al. (2005), que consideraram valores de K entre 2,53,5%
da matéria seca da pastagem. No período entre 2004 e 2007 a eficiência do
pastoreio (a quantidade de matéria seca ingerida pelos animais em relação ao
total de matéria seca produzida) foi considerada 60%, valor médio do intervalo
50-70% estimado por Alfaro et al. (2003) como a diferença entre a produção de
matéria seca das áreas pastoreadas e a matéria seca das áreas protegidas por
caixas de exclusão de pastoreio. Estes assumiram que, por um lado, as
exportações de K pelos animais representam 2-3% da ingestão animal e, por
outro, 90% do K ingerido pelos animais retorna à pastagem em urina e fezes, dos
quais 4-5% são em média transferidos para áreas não produtivas (Alfaro et al.,
2003).
Tratamento estatístico
Os mapas das propriedades do solo e da produtividade da pastagem foram
desenvolvidos em ArcGIS 9.3 utilizando o interpolador com uma grelha de 5m.
Foram calculados coeficientes de correlação line-ares entre o K e a altimetria
do campo experimental, os parâmetros do solo e a produtividade da pasta-gem no
conjunto dos anos de amostragem. Foi utilizado um nível de significância
estatística de 95% (p<0,05). A tendência espacial da concentração de K no solo
foi calculada como o valor médio ( , Eq._1) em cada ponto de amostragemi no
período de dez anos considerado (Blackmore, 2000; Xu et al., 2006):
onde yité a concentração de K no solo (mg kg-1) em cada ponto de amostragem ino
ano t e né o número de anos de amostragem de solo. O coeficiente de variação
espacial médio () foi calculado como o valor médio do CV obtido no conjunto de
todos os anos de amostragem (Eq._2):
onde n é o número de anos de amostragem de solo. A estabilidade temporal da
concentração do K no solo foi determinada pelo cálculo do CV de cada ponto de
amostragem ao longo do tempo (CVtemporal, Eq._3) utilizando o método
previamente apresentado por Blackmore (2000) e Xu et al. (2006) para determinar
a estabilidade temporal da produtividade de culturas.
onde CVi_temporalé o coeficiente de variação ao longo do tempo em cada ponto de
amostragem i.
O coeficiente de variação temporal médio do K (CV temporal) para cada ano no
conjunto de todos os pontos de amostragem foi calculado de acordo com a equação
seguinte (Eq._4) (Xu et al. 2006):
onde mé o número de pontos de amostragem do solo.
Apesar das duas técnicas descritas atrás quantificarem a tendência espacial e a
estabilidade temporal do K, estas podem ser combinadas num único mapa de
classes de gestão, o qual pode ser usado para apoio a futuras tomadas de
decisão. Este mapa é uma sinopse dos aspectos mais importantes encontrados nos
mapas de tendência espacial e de estabilidadebilidade temporal (Blackmore,
2000).
Neste estudo foram consideradas cinco classes, utilizadas previamente por Xu et
al. (2006). Cada ponto de amostragem foi representado por um código. Os pontos
de amostragem foram classificados pela aplicação da combinação lógica do
conjunto de valores da variação espacial e da estabilidade temporal,
considerando as seguintes condições: condição 1 (relativo à concentração
relativa de K no solo) identifica se o valor do ponto se encontra acima ou
abaixo da média de todos os pontos no conjunto de todos os anos de amostragem;
condição 2 (estabilidade temporal) identifica a estabilidade da concentração de
K no solo (mg kg-1) num ponto particular pela comparação do CV com um valor
limite considerado. Neste caso foram considerados dois limites de CV: 15 e 25%.
Um ponto é considerado dentro de uma classe particular se simultaneamente se
verificarem ambas as condições, sendo-lhe, automaticamente, atribuído um código
correspondente a essa classe: (1) acima da concentração média e estável (CV
<15%); (2) acima da concentração média e moderadamente estável (15% ≤ CVi≥25%);
(3) abaixo da concentração média e estável (CV <15%); (4) abaixo da
concentração média e moderadamente estável (15% ≤ CVi<25%); (5) instável (CVi≥
25%).
Resultados e Discussão
O Quadro_1 resume os resultados da análise estatística clássica das
características do solo (média e desvio padrão) no campo experimental na camada
superficial de solo (0-0,30m), em 2004, 2007, 2013 e na média de todos os anos
de amostragem.
A Figura_3 ilustra os mapas dos padrões espaciais dos teores de argila e
matéria orgânica do campo experimental, obtidos a partir dos valores médios dos
dados obtidos nos anos de amostragem. A Figura_4 ilustra os mapas da
concentração de K no solo e da produtividade da pastagem, em termos de matéria
seca, obtidos a partir dos valores médios dos dados obtidos nos anos de
amostragem. A Figura_5 apresenta os mapas da ECa e da humidade do solo do campo
experimental em Fevereiro de 2013.
Variabilidade dos parâmetros do solo e da produtividade da pastagem
O CV espacial de algumas propriedades do solo é elevado, especialmente do N e
do P (). A matéria orgânica e o K apresentam uma variabilidade espacial
intermédia (), enquanto a textura () e o pH () apresentam variabilidades
espaciais baixas. Mallarino e Wittry (2004), em testes de campo com pastagens
pastoreadas em solos semelhantes também encontraram CV mais elevados no P e
mais baixos no pH, com o K e a matéria orgânica a apresentarem valores
intermédios.
Os mapas (Figura_3-5) mostram que o campo experimental é dominado por uma clara
tendência anisotrópica. O relevo do terreno influência os padrões espaciais dos
parâmetros do solo e da produtividade da pastagem, situação também descrita por
Kumhálová et al. (2011). Por um lado, maior produtividade da pastagem pode ser
observada nas zonas baixas do campo experimental (zona Este da parcela) e, por
outro, uma clara tendência para valores mais elevados da concentração de K nas
zonas altas do campo experimental (zona Oeste da parcela). Diversos estudos
mostraram maior produtividade de pastagens de sequeiro nas zonas baixas dos
campos devido à menor restrição de humidade nessas áreas (Afyuni et al., 1993).
Relativamente ao fluxo de K e outros nutrientes, de acordo com Page et al.
(2005), este é resultado do pastoreio animal, o qual é mais intenso nas zonas
mais produtivas, onde a extracção do solo pelas plantas é também maior, e do
retorno ao solo, de forma descontínua e irregular através das fezes e da urina,
principalmente nas áreas de descanso dos animais, debaixo das árvores situadas
nas zonas altas da parcela. Este estudo confirma que, em pastagens pastoreadas,
os animais têm um reduzido efeito na exportação do K (os animais apenas
utilizam uma pequena proporção do que ingerem), mas um importante impacto na
reciclagem do K (Alfaro et al., 2003). Dado que os animais pastorearam este
campo experimental e permaneceram no mesmo, dia e noite, a absorção de
nutrientes pelas plantas e o retorno via fezes e urina ocorrem simultaneamente
e não de forma diferenciada como nas forragens conservadas (Kayser e
Isselstein, 2005).
Este fluxo de nutrientes deu um contributo decisivo para a moderada a forte
variabilidade espacial do K, com um valor médio do de 29,8 ± 12,3%, o qual,
reforçado por uma estabilidade temporal moderada deste nutriente durante os dez
anos de estudo (=18,1 ± 8,6%), pode justificar a aplicação diferenciada de
adubo.
Balanço do potássio
O campo experimental, durante os dez anos de ensaio, não recebeu adubação com
K. A evolução da concentração de K no solo do campo experimental no período de
dez anos considerado varia, em termos médios, entre -21% e +16% da concentração
média na globalidade do período considerado (96 ± 21 mg kg-1). Este
comportamento pode ser explicado pelos modelos propostos por Heming (2004) e
Kayser et al. (2007), segundo os quais existe uma correlação positiva e linear
entre o saldo do K e as variações no K medido no solo, e um saldo próximo de
zero não produz variações significativas no K disponível (como é o caso deste
estudo). Também Campkin (1985) sugere que pastagens pastoreadas, no que
concerne ao ciclo do K, representam um sistema em estado estacionário, i.e.
inputs outputs.
Esta é a convicção dos agricultores nesta região, pelo que baseiam a
determinação das necessidades de K numa ou duas análises compósitas de solo, as
quais não têm em conta a variabilidade espacial do solo. Este aparente estado
estacionário pode ser questionado quando é realizada uma amostragem detalhada
do solo.
De acordo com Andersson et al. (2007) e Holmqvist et al. (2003), quando não são
efectuadas aplicações regulares de K em solos argilosos ou franco argilosos
(como é o caso do solo deste campo experimental), estes não apresentam uma
significativa diminuição da concentração de K na camada superficial do solo K
uma vez que a libertação deste nutriente a partir dos minerais primários e as
perdas por lixiviação se encontram estritamente relacionadas com o teor de
argila do solo. Neste estudo, a libertação de K a partir da desagregação dos
minerais de argila foi o único inputsignificativo, enquanto a absorção pelas
plantas e a exportação pelos animais para fora do sistema foram os output deste
ciclo.
Interacção do K com outros parâmetros
A interacção do K com outros parâmetros foi também demonstrada através de
análise de correlação, a qual reforça a tendência anisotrópica do campo
experimental. Foram encontrados coeficientes de correlação altamente
significativos (p < 0,01) entre a concentração de K no solo e a altimetria
(0,614), a argila (0,651), o P (0,749) e a matéria orgânica (0,882) e
coeficientes de correlação significativos (p < 0,05) entre a concentração de K
no solo e a ECa (0,436) e a produtividade da pastagem em termos de matéria seca
(-0,499). Zhang et al. (2013) também encontraram uma correlação significativa e
positiva da concentração de K no solo com a altimetria. A correlação
significativa e positiva com os teores de argila e de matéria orgânica do solo
e a correlação significativa e negativa com a produtividade da pastagem
reflectem os padrões espaciais destes parâmetros (ver mapas das Figura_3 e 4).
A correlação significativa dos teores de K no solo com a EC a abre boas
perspectivas em termos de simplificação do processo de monitorização do solo,
no entanto, algumas reservas devem ser consideradas nesta análise uma vez que a
ECareflecte neste estudo, fundamentalmente, os padrões dos teores de humidade e
de argila no solo, o que é consistente com a literatura em geral (Brevik et
al., 2006).
Classes de gestão do K
A Figura_6 apresenta a sinopse dos aspectos mais importantes identificados em
termos de variação espacial e de estabilidade temporal do K no solo do campo
experimental. Tendo por base os valores li-mite do CV de 15 e 25% considerados
neste estudo para classificar a estabilidade temporal do K, a reduzida
expressão das áreas instáveis (classe 5; 18,4%) mostra que existe uma
oportunidade real para implementar a gestão intra-parcelar da adubação do K (Xu
et al., 2006). Como implicação prática destes mapas de tendências pode
justificar-se a avaliação das áreas instáveis na tentativa de identificar os
mecanismos que podem ter causado a instabilidade temporal da concentração do K
no solo. Um aspecto que afecta a estabilidade temporal do K encontra-se
relacionado com a presença de animais (ovinos) em pastoreio no campo
experimental; estes tendem a concentrar as suas fezes e urina, ricas em K, nas
zonas de descanso, que correspondem às zonas altas do campo experimental, onde
as concentrações de K atingem valores superiores a 125 mg kg-1 e onde o CV
temporal é mais elevado (áreas instáveis, Figura_6). A dinâmica de
transferência de nutrientes demonstrada neste estudo abre portas para novos
estudos utilizando colares GPS para monitorizar o comportamento animal em
pastoreio. Os estudos de Laca (2009) ou de Schlecht et al. (2004) demonstram a
importância e o relevo deste tema.
Na Figura_7 é apresentado o histograma das diferentes classes de estabilidade
do K. A predominância de classes de áreas moderadamente estáveis (56,6% do
campo experimental) e estáveis (25,0% do campo experimental) também reforça o
interesse da gestão diferenciada da adubação potássica. Dentro das classes
identificadas como moderadamente estáveis e estáveis, cerca de 45% do campo
experimental (classes 3 e 4) apresenta concentrações de K no solo abaixo da
concentração média (96 ± 21 mg kg-1). Vários trabalhos publicados indicam os
níveis de K (em mg K kg-1 de solo) adequados para as culturas (Heming, 2004;
Jalali, 2007; Zhang et al., 2013).
O limite inferior destes intervalos varia entre 120 e 150 mg K kg-1de solo.
Tendo em conta as recomendações regionais de 125-150 mg K kg-1 de solo para
promover o adequado desenvolvimento de pasta-gens permanentes de sequeiro (Efe
Serrano, 2006), os mapas da concentração de K no solo demonstram o interesse e
o potencial para utilizar tecnologia de aplicação variável (VRT) na adubação
potássica nesta região. Uma estratégia de gestão específica pode ser
desenvolvida neste campo para criar duas ou três subunidades de gestão, com
diferentes densidades de aplicação de adubo, optimizando a sua utilização e
minimizando a variação espacial da produtividade da pastagem. As formas do K, a
libertação a partir da rocha mãe, a dinâmica de transformações entre fracções e
a transferência nutrientes pelos animais constituem a base do ciclo do K no
ecossistema Mediterrânico solo/planta/animal e confirmam que o estabelecimento
de um balanço entre inputs e outputscom o propósito de estabelecer as
necessidades nutritivas é uma tarefa lenta e irregular (Efe Serrano, 2006). A
tecnologia de aplicação variável pode ser uma interessante estratégia para
garantir o equilíbrio de nutrientes no solo e para optimizar a produtividade da
pastagem.
Conclusões
A evolução da concentração média de K no campo experimental durante os dez anos
de estudo sugere que as pastagens pastoreadas são um sistema em equilíbrio no
que respeita ao ciclo do K. Este estudo, contudo, mostra que o campo
experimental é dominado por uma acentuada tendência anisotrópica. O efeito
combinado do relevo ondulado, com árvores dispersas e animais em pastoreio
selectivo e que produzem uma deposição heterogénea de fezes e urina,
proporciona uma notável variabilidade espacial da concentração de K no solo. A
estabilidade temporal do K é confirmada pela predominância das áreas
temporalmente estáveis no campo experimental. Tendo por base as recomendações
de K no solo, este estudo demonstra o interesse e o potencial para utilizar
tecnologias de aplicação variável (VRT) na gestão da adubação potássica em
pastagens no Sul de Portugal. Os progressos para a utilização mais eficiente do
K e, consequentemente, para a sustentabilidade dos sistemas baseados em pasta-
gens pastoreadas requerem que as recomendações tenham em consideração os
processos que regulam a dinâmica do K no solo e a sua variabilidade espacial e
temporal.
