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PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA E FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE N2

ATMOSFÉRICO EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO CARIRI

PARAIBANO

JÚLIO CÉSAR RODRIGUES MARTINS

RECIFE – PE 2010

PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA E FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE N2

ATMOSFÉRICO EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO CARIRI

PARAIBANO

Dissertação apresentada ao Programa de

Pós-graduação em Tecnologias

Energéticas e Nucleares-PROTEN,

Departamento de Energia Nuclear da

Universidade Federal de Pernambuco,

para obtenção do título de Mestre em

Tecnologias Energéticas e Nucleares.

Área de Concentração: Aplicação de

Radioisótopos na Agricultura e Meio

Ambiente

Orientador: Prof. Dr. Rômulo Simões Cezar Menezes

Co-Orientadora: Dra. Ana Dolores Santiago de Freitas

RECIFE – PE 2010

M386p Martins, Júlio César Rodrigues

Produtividade de biomassa e fixação biológica de N2 atmosférico em

sistemas agroflorestais no Cariri Paraibano / Júlio César Rodrigues

Martins. – Recife: O Autor, 2010.

67 f.; il., gráfs., tabs.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG.

Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares

(PROTEN), 2010.

Inclui Referências Bibliográficas.

1. Energia nuclear. 2. Semiárido. 3. Produção de Biomassa.

4. Nitrogênio. 5. Gliricídia Sepium. 6. Manihot Glaziovii. I. Título.

UFPE

621.4837 CDD (22. ed.) BCTG/2010-209

“Tudo é do pai... Toda honra e toda glória

É dele a vitória alcançada em minha vida”

Frederico Cruz

Ao meu Avô Manoel Rodrigues de Lima

Dedico

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela sua bondade infinita, pelo dom da vida que nos concede,

pela felicidade e família que tenho.

A UFPE pela realização do sonho em me tornar mestre. A CAPES pela

concessão da bolsa de mestrado. A todos os funcionários do Departamento de

Energia Nuclear onde vivi momentos inesquecíveis.

Ao Prof. Rômulo Simões Cezar Menezes, pela grande paciência,

dedicação, apoio e experiências das quais lembrarei pelo resto da vida.

A Ana Dolores Santiago de Freitas, minha co-orientadora, pelos

ensinamentos.

A minha família (tios, tias, primos e afilhados), pelo grande apoio e

incentivo, principalmente nos momentos de dificuldades no decorrer de nossas

vidas, em especial a meus pais Geogilvan e Francisca.

As minhas irmãs e cunhados Geórgia e Priscilla, Wagner e Ronald.

A minha namorada Milena pela paciência, compreensão e

companheirismo nos momentos de dificuldade, bem como a sua família que tão

bem me acolheu.

Ao grande amigo/irmão Dário Costa Primo, uma amizade inesquecível.

A todos os meus amigos Ranulfinho, Romildo, André, Gustavo,

Augustinho, Kefinho, Kétcia, Felipe, Rafaela, Augusto, Cintya, Emmanuel,

Laerte, Tácio, Fábio, Rafael, Aninha, Rodolfo, Yago, Nauanny, Kennedy, Danilo

que contribuíram direto e indiretamente para este trabalho e foram muito

importante durante esses dois anos de curso.

Aos funcionários do Laboratório de Fertilidade do Solo, Gilberto,

Pedrinho e Claudenice.

Aos funcionários da Fazenda vila Maria Rita em Taperoá, PB, Erandi,

Paula, Silvano e Raimunda pela enorme força nos trabalhos de campo.

AGRADEÇO

LISTA DE TABELAS

CAPITULO 1

Tabela 1. Características químicas e físicas do solo, em dois

sistemas de uso da terra e três cultivos com árvores (CA)

e sem árvores (SA), no semiárido Paraibano, em

Taperoá, PB, 2007............................................................ 32

Tabela 2. Produtividade de biomassa, em matéria seca (Kg ha-1), em

dois diferentes sistemas de uso da terra, com árvores (CA)

e sem árvores (SA), sob três diferentes cultivos, em quarto

anos consecutivos, em Taperoá, PB(1).................................. 36

Tabela 3. Produtividade de matéria seca em (Kg ha-1) de palhada e

grão de milho e feijão, em dois sistemas de uso da terra,

com árvores (CA) ou sem árvores (SA), por quatro anos

consecutivos, em Taperoá, PB.............................................. 38

Tabela 4. Produtividade de biomassa (folhas e galhos finos < 1,5 cm)

e lenha (em kg ha-1 de massa seca) de maniçoba e

gliricídia, em um sistema agroflorestal sob três diferentes

cultivos, (milho+feijão, buffel e palma), Taperoá, PB............ 40

Tabela 5: Produtividade (kg ha-1) de biomassa total (milho, feijão,

buffel, palma, gliricídia e maniçoba) em sistemas de uso da

terra com árvores (CA) e sem árvores (SA) em Taperoá,

PB.......................................................................................... 42

CAPITULO 2

Tabela 1. Características químicas e físicas do solo, em dois

sistemas de uso da terra e três cultivos com árvores (CA)

e sem árvores (SA), no semiárido Paraibano, em

Taperoá, PB, 2007............................................................. 53

Tabela 2: Biomassa, teores de N e 15N e quantidades de N total em

folhas de gliricídia (GLI) e maniçoba (MAN), e quantidades

de N fixado em gliricídia, em um sistema agroflorestal,

consorciadas com três culturas............................................. 57

Tabela 3: Quantificação da fixação biológica de N2 pelo feijão

macassar (Vigna unguiculata) sob dois sistemas de cultivo

(agroflorestal e tradicional), Taperoá, PB, 2009.................. 58

LISTA DE FIGURAS

CAPITULO 1

Figura 1. Precipitação pluviométrica no Centro Agroecológico Vila

Maria Rita, Município de Taperoá, PB................................. 31

CAPITULO 2

Figura 1. Precipitação pluviométrica no Centro Agroecológico Vila

Maria Rita, Município de Taperoá, PB................................................... 52

SUMÁRIO

LISTA DE TABELAS

LISTA DE FIGURAS

RESUMO

INTRODUÇÃO GERAL............................................................................... 01

REVISÃO DE LITERATURA....................................................................... 04

2.1. Produção de biomassa no semiárido.................................................... 04

2.2. Sistemas agroflorestais......................................................................... 05

2.2.1. Classificação dos sistemas agroflorestais.......................................... 07

2.2.2. Aspectos sustentáveis dos sistemas agroflorestais........................... 09

2.3. Ciclagem de nutrientes......................................................................... 10 2.4. Nutrientes nos sistemas agroflorestais................................................. ...

12 2.5. Fixação biológica de nitrogênio............................................................

14

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................ 16

CAPITULO 1 26

PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO CARIRI PARAIBANO...........................................................................

27

RESUMO.................................................................................................... 27

ABSTRACT................................................................................................ 28

INTRODUÇÃO............................................................................................ 29

MATERIAL E MÉTODOS............................................................................ 30

RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................. 35

CONCLUSÕES........................................................................................... 43 AGRADECIMENTOS................................................................................. 43

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................... 44

CAPITULO 2 47

FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO EM GLIRICÍDIA E FEIJÃO-MACASSAR EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO SEMIÁRIDO........

47 RESUMO.................................................................................................... 48

ABSTRACT................................................................................................ 50

INTRODUÇÃO............................................................................................ 51

MATERIAL E MÉTODOS............................................................................ 52

RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................... 57

CONCLUSÕES............................................................................................ 61 AGRADECIMENTOS.................................................................................. 61

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................... 62

CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................................................ 67

PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA E FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE N2

ATMOSFÉRICO EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO CARIRI

PARAIBANO

RESUMO

Na região semiárida do NE do Brasil, uma das conseqüências mais visíveis do processo de ocupação e uso do solo foi a eliminação da vegetação nativa e a redução da presença de espécies arbóreas nos agroecossistemas. A remoção do extrato arbóreo pode trazer diversas conseqüências negativas para os agroecossistemas, como aumento da erosão, perda de fertilidade, diminuição da infiltração de água no solo e diminuição da biodiversidade, entre outros. Por esse motivo, diversos agricultores estão fazendo uso dos sistemas agroflorestais, os quais além de aumentar a produtividade de biomassa e a diversidade na oferta de produtos, podem utilizar mais eficientemente os recursos como água e luz, e promover uma maior reciclagem de nutrientes. Dentre os nutrientes que são importantes para o funcionamento de ecossistemas, o nitrogênio merece especial atenção, dado que é o principal elemento limitante ao crescimento vegetal na maioria dos ecossistemas ao redor do globo. A entrada do N em ecossistemas ocorre principalmente através da fixação do N2 atmosférico em associações simbióticas entre espécies vegetais leguminosas e bactérias fixadoras. Diante do exposto, este trabalho teve por objetivos: 1) Quantificar e comparar produtividades de biomassa em sistemas agroflorestais e tradicionais (sem árvores); 2) Quantificar a fixação biológica de nitrogênio (FBN) pela gliricídia e pelo feijão-macassar, nos sistemas agroflorestais e tradicionais. O estudo foi conduzido na Estação Agroecológica Vila Maria Rita, no município de Taperoá, Paraíba. O experimento foi instalado em delineamento de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com quatro repetições. Os dois tratamentos principais consistiram nos sistemas agroflorestais (CA), e tradicionais (SA), e os três tratamentos secundários consistiram nos diferentes tipos de culturas (feijão+milho, capim buffel, e palma). As parcelas SA foram estabelecidas com dimensões de 6 x 10 m e as parcelas CA com dimensões de 10 x 30 m. Nas parcelas CA foram introduzidas fileiras das espécies arbóreas gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)) e (maniçoba (Manihot glaziovii Muel Arg.)), com espaçamento de 6 m entre fileiras e 1 m entre árvores nas fileiras, consorciadas com as demais herbáceas e arbustivas. Ao longo dos quatro anos de estudo, o sistema SA produziu 33% mais biomassa de feijão, milho, capim buffel, e palma que no sistema CA. Entretanto, a média de produtividade de biomassa total (árvores + culturas associadas) nas parcelas CA foi 260% maior que nas parcelas SA. Além disso, os coeficientes de variação da produtividade anual de biomassa foram menores nos sistemas CA. Nos tratamentos milho+feijão, buffel e palma, a proporção de N proveniente da atmosfera pela gliricídia foi de 21,74, 48,86 e 48,85%, respectivamente. Nas parcelas CA cultivadas com buffel a gliricídia foi capaz de fixar cerca de 43 Kg ha-1 de N atmosférico. Conclui-se, portanto, que a presença de árvores não só aumentou a produtividade, mas também conferiu maior estabilidade aos sistemas de produção de biomassa nos sistemas de uso da terra avaliados. A

gliricídia contribuiu fortemente para esse resultado devido ao fato de ser capaz de fixar quantidades significativas de N atmosférico.

Palavras chave: semiárido, produção de biomassa, nitrogênio, Gliricídia

sepium, Manihot glaziovii

ABSTRACT

In the semiarid region, northeastern Brazil, one of the most visible consequences of the process of occupation and land use was the elimination of native vegetation and reducing the presence of arboreal species in agroecosystems. To minimize the vulnerability of production systems and the lack of trees in semiarid region of Paraíba, many farmers are making use of agroforestry systems as well as increasing the productivity of biomass, may also increase the supply of nitrogen in production systems with the use of species pulses that remove part of the nitrogen from the atmosphere. Given the above, this study aimed to: 1) quantify and compare yields of biomass in agroforestry systems, traditional (no trees), 2) quantify the biological nitrogen fixation (BNF) by Gliricidia and the bean-macassar in agroforestry and traditional. The study was conducted in Agroecological Station Vila Maria Rita, the city of Taperoá Collection. The experiment was conducted in a randomized block design in split plots with four replications, the main treatments consisted of agroforestry (trees), and without the presence of trees (no trees), the three secondary treatments consisted of different types crops (beans + corn, buffel grass, and palm). The plots of crops without trees (SA) have dimensions of 6 x 10 m plots of crops with trees (CA) and with dimensions 10 x 30 m. CA were introduced in the plots rows of tree species Gliricidia (Gliricidia sepium (Jacq.)) and ((Manihot glaziovii Muel Arg.)), With 6 m spacing between rows and 1 m between trees in rows, intercropped with other herbaceous and shrubs. Over the four years of study, the SA system produced 33% more biomass of beans, corn, buffel grass, and palm in the CA system. However, the average yield of total biomass in agroforestry plots (trees + crops associated) was 260% higher than in plots without trees. Moreover, the coefficients of variation of annual productivity of biomass were lower in systems with the presence of trees. Treatments in corn + beans, buffel and palm, the proportion of N from the atmosphere by Gliricidia was 21.74, 48.86 and 48.85% respectively. In the agroforestry plots planted with buffel gliricidia was able to fix about 43 kg ha-1 N atmosphere. Therefore the presence of trees not only increased productivity but also gave greater stability to the systems of biomass production systems of land use evaluated. Gliricidia contributed greatly to this result due to the fact of being able to secure significant amounts of atmospheric N. Keywords: semiarid, agroecosystems, nitrogen, Gliricídia sepium, Manihot

glaziovii

1

1. INTRODUÇÃO GERAL

A região semiárida do Brasil é caracterizada por uma ampla

variabilidade ambiental, em particular quanto ao regime de precipitação

pluviométrica. Em média, 20% da precipitação anual na região ocorrem em um

único dia e 60% ocorrem em um único mês (SAMPAIO ET AL., 1995). Por essa

razão, a disponibilidade de recursos (água e nutrientes) no solo ocorre em

“pulsos”, controlados pela distribuição das chuvas, que afetam fortemente a

produção agropecuária. De maneira geral, na região semiárida do NE do Brasil,

os sistemas de uso da terra baseados em culturas agrícolas anuais, como o

milho e o feijão, têm probabilidade de sucesso (colheita de grãos) de apenas

25 %, uma vez que, a escassez de água e/ou nutrientes ao longo do seu ciclo

vegetativo diminui drasticamente a produtividade.

Por outro lado, espécies vegetais perenes são capazes de utilizar os

pulsos de disponibilidade de recursos de maneira significativamente mais

eficiente que as espécies herbáceas anuais (SANCHEZ, 1995). Em parte, isso

ocorre devido às árvores possuem a capacidade de parar o crescimento

quando as condições são desfavoráveis, como em períodos de estiagem, e

retomar o crescimento rapidamente, quando as condições voltam a ser

favoráveis nos períodos de chuva (MENEZES & SAMPAIO, 2002). Além disso,

as árvores podem conferir mais estabilidade e resiliência aos sistemas

produtivos, por utilizar recursos às vezes indisponíveis às espécies herbáceas,

como água e nutrientes em camadas de solo mais profundas e, com isso,

aumentar a oferta de produtos, tais como lenha, madeira, frutos, forragem,

entre outros. Sendo assim, pelos motivos expostos, é possível que a introdução

de árvores em propriedades rurais na região semiárida possa contribuir para

aumentar a sustentabilidade desses sistemas. Nesse sentido, para minimizar a

fragilidade dos sistemas de produção e a falta de árvores na região semiárida

paraibana, diversos agricultores estão fazendo uso dos sistemas agroflorestais

(SAFs).

Na literatura científica mundial podem ser encontrados dados sobre

pesquisas com SAFs conduzidos em condições ambientais diversas em várias

2

regiões do globo, incluindo desde regiões tropicais até zonas temperadas, em

ecossistemas úmidos ou áridos (CORRÊA, 2005; MUTHURI ET AL., 2005;

FERNÁNDEZ ET AL., 2008; PÉREZ-MARIN ET AL., 2007; REYES ET AL.,

2009). No Brasil, mais especificamente na região semiárida, estudos com

sistemas agrosilvopastoris na Paraíba demonstraram que a introdução de

espécies arbóreas em campos agrícolas e pastagens aumentaram a

produtividade de biomassa em até 200% (PÉREZ-MARIN ET AL., 2007;

MENEZES ET AL., 2005). Entretanto, ainda há pouca informação disponível na

literatura científica sobre os efeitos do aumento da diversidade de espécies

(herbáceas, arbustivas e arbóreas) dos agroecossistemas na região semiárida

sobre a produção de biomassa e também sobre a ciclagem de nutrientes.

A ciclagem de nutrientes é um fator determinante para o equilíbrio e

sustentabilidade em ecossistemas e refere-se também à transferência contínua

de nutrientes que estão presentes dentro de um sistema solo-planta (NAIR,

1993; NAIR ET AL., 1993; BURESCH & TIAN, 1998). No sistema solo-planta,

os nutrientes estão em estado de transferência contínuo e dinâmico, no qual as

plantas retiram os nutrientes do solo e os usam nos seus processos

metabólicos, retornando-os para o solo como liteira, em sistemas naturais, por

meio de poda em alguns sistemas agroflorestais, ou pela senescência das

raízes.

Dentre os nutrientes que são importantes para o funcionamento de

ecossistemas, o nitrogênio merece especial atenção, dado que constitui um

dos elemento mais limitante ao crescimento vegetal na maioria dos

ecossistemas ao redor do globo (SCHELESINGER, 1997). A entrada do N em

ecossistemas ocorre principalmente através da fixação do N2 atmosférico em

associações simbióticas entre espécies vegetais leguminosas e bactérias

fixadoras. Estas bactérias possuem um complexo enzimático, denominado

nitrogenase, capaz de quebrar a tripla ligação do N2 reduzindo – o a NH3. Este

processo ocorre no interior de estruturas específicas, denominadas de nódulos,

mediado por bactérias do gênero Rhizobium, Bradyrhizobium e Azorhizobium

(geralmente conhecidas por rizóbios). A amônia que é incorporada em diversas

3

formas de N orgânico para a utilização por plantas da família das leguminosas

(ARAÚJO E CARVALHO, 2006).

Algumas estimativas de fixação biológica indicam que para leguminosas

forrageiras os valores podem se situar entre 100 a 300 kg ha-1 ano-1 de N; 80 a

> 200 Kg ha-1 ano-1 de N para a soja e 20 a 200 kg ha-1 ano-1 de N para outras

espécies leguminosas (GRAHAM, 2000). Segundo Dakora & Keya (1997), que

listaram diversas leguminosas e suas respectivas estimativas de fixação

biológica no continente africano, algumas espécies arbóreas podem fixar de 36

a 581 kg ha-1 de N por ano, sendo componentes importantes em sistemas

agroflorestais de cultivo em aléias. Espécies como gliricídia [Gliricídia sepium

(JACQ.)], que faz parte do presente trabalho, fixam em média 108 kg ha-1 ano-1

de N (SANGINGA, 2003).

Na região semiárida do NE do Brasil, diversas espécies têm sido

indicadas para uso em sistemas agrosilvopastoris ou SAF’s (ROCHELEAU ET

AL., 1988; FREITAS & SAMPAIO, 2008A; MARTINS, 2007). Dentre essas, a

gliricídia tem demonstrado bom potencial em alguns estudos. A gliricídia é uma

leguminosa arbórea que, apesar de ter sido introduzida, adaptou-se bem as

condições edafoclimáticas do semiárido paraibano, sendo resistente a seca,

com grande potencial para produção de biomassa rica em nitrogênio em

condições de baixa disponibilidade hídrica, capaz de melhorar a fertilidade do

solo e de aumentar a produtividade das culturas agrícolas associadas

(BARRETO & FERNANDES, 2001). Sendo assim, o seu uso em sistemas

agroflorestais é bastante recomendado (PALM ET AL., 2001; VANLAUWE ET

AL., 2005).

A quantificação das entradas de N é fundamental para o melhor

entendimento sobre a ciclagem de nutrientes em agroecossistemas, onde o N é

um fator limitante (SAMPAIO ET AL., 1995). Entre as técnicas utilizadas para

quantificar a fixação biológica de nitrogênio (FBN), em condições de campo, a

diluição isotópica de 15N é vista como uma das mais confiáveis, uma vez que,

se cuidadosamente utilizada, permite estimar a proporção do N da planta que

foi obtido via FBN durante todo o ciclo da cultura (VIEIRA-VARGAS ET AL.,

1995). A quantidade pode ser encontrada analisando as variações na

4

abundância natural em 15N na planta potencialmente fixadora e em outras

espécies não-fixadoras que funcionam como referência. Apesar da relativa

simplicidade da técnica, o seu uso em trabalhos de pesquisa ainda é limitado

no Brasil (PERIN ET AL., 2004), já que são necessários equipamentos caros e

com elevado grau de precisão.

Diante do exposto, este trabalho foi conduzido na região do Cariri

paraibano e teve por objetivos: 1) Quantificar e comparar produtividades de

biomassa em sistemas agroflorestais ou tradicionais (sem árvores); 2)

Quantificar a fixação biológica de nitrogênio (FBN) pela gliricídia e pelo feijão

macassar, nos sistemas agroflorestais e tradicional (sem árvores).

2. Revisão de literatura

2.1 Produção de biomassa no semiárido

A caatinga, bioma exclusivamente brasileiro, cobre a maior parte da

região semiárida do nordeste (RODAL E SAMPAIO, 2002) e 9,92% do território

brasileiro (IBGE, 2006). O desmatamento e a queima para retirada da lenha e o

plantio no sistema de agricultura itinerante vêm causando a perda desta

vegetação em ritmo acelerado. Nas áreas abandonadas, a regeneração da

vegetação nativa depende, entre outros fatores, do restabelecimento dos

estoques iniciais de nutrientes, perdidos e exportados juntamente com a

biomassa vegetal (FREITAS, 2008).

A região semiárida apresenta uma baixa capacidade de produção de

biomassa, causada principalmente pela limitada disponibilidade hídrica

(FREITAS E SAMPAIO, 2008a; MENEZES ET AL., 2005). No entanto, o

verdadeiro potencial para produção de biomassa não é conhecido, por causa

dos poucos estudos na região.

Um dos poucos estudos desenvolvidos com medição do estoque de

biomassa em espécies lenhosas numa caatinga foi feito por Kauffmann et al.

(1993), em uma caatinga com bom porte em Serra Talhada. A biomassa

encontrada foi de 74 t ha-1. Bem menos trabalhos determinaram a acumulação

5

de biomassa ou produção no tempo. Nesse estudo, das 74 t ha-1 de biomassa

total, apenas 6,4 t ha-1 eram de biomassa de folhas.

Com a baixa capacidade de produção de biomassa de espécies nativas,

uma opção para se conseguir aumentar a produção de biomassa sob baixa

disponibilidade de água e nutrientes é o uso de espécies leguminosas como a

gliricídia (BARRETO & FERNANDES, 2001; PÉREZ-MARIN et al., 2007), que

apesar de ser uma espécie exótica, adaptou-se muito bem às condições

edafoclimáticas da região semiárida (MARTINS, 2007).

Inúmeros estudos com a gliricídia nos últimos anos vêm sendo

conduzidos em todo o mundo (EZENWA & ATTA-KRAH, 1992; SCHROTH &

ZECH, 1995A E 1995B; NYGREN & CRUZ, 1998; CORRÊA, 2005; PÉREZ-

MARIN ET AL., 2007; REYES ET AL., 2009). Tal volume de estudos deve-se

principalmente o fato desta ser uma espécie de múltiplo uso. É altamente

recomendada como adubo verde, principalmente em regiões semiáridas onde a

produção de biomassa geralmente é insuficiente (PÉREZ-MARIN ET AL., 2007;

MUNDUS ET AL., 2008; ALVES, 2009), é utilizada como cerca viva e em

sistemas agroflorestais por muitos agricultores familiares da microrregião do

curimataú paraibano (MOREIRA ET AL., 2007).

2.2 Sistemas agroflorestais

Sistemas agroflorestais ou agroflorestas (SAF) são termos novos para

definir práticas antigas, onde plantas lenhosas crescem com cultivos agrícolas

ou gado na mesma unidade de área (LUNDGREN, 1982; NŸHOFF, 1982). Nair

(1993) definiu sistemas agroflorestais como o conjunto de sistemas de uso da

terra e tecnologias, nos quais espécies produtoras de madeira e similares

(árvores, arbustos, palmáceas, bambus etc.) são deliberadamente utilizadas,

na mesma unidade de área, com outros cultivos agrícolas e/ou animais, de

acordo com um arranjo espacial e uma seqüência temporal pré-definidos.

De forma semelhante, Anderson et al. (1991), Swinkels & Scherr (1991)

e Smith et al., 1996), definiram SAF’s como sendo técnicas alternativas de uso

da terra, que implicam na combinação de espécies florestais com culturas

6

agrícolas, atividades pecuárias ou ambas. Essas combinações podem ser

simultâneas ou escalonadas no tempo e no espaço e de caráter temporário ou

permanente. Quando, além de culturas agrícolas e espécies florestais, são

também incluídas atividades pecuárias, os sistemas são definidos como

“agrosilvopastoris”. Mais formalmente, também poder-se-ia definir os SAF’s

como “sistemas dinâmicos de manejo dos recursos naturais baseados em

princípios ecológicos que, através da integração de árvores em propriedades

rurais e agroecossistemas, diversificam e dão sustentabilidade à produção,

promovendo melhorias nas características sociais, econômicas e ambientais

para quem cultiva e/ou explora a terra” (WORLD AGROFORESTRY CENTER,

2008).

Os SAF’s são sistemas de uso da terra muito adequados para pequenas

propriedades e agricultura familiar (NAIR, 1989), por reunir vantagens

econômicas e ambientais. A utilização sustentável dos recursos naturais, aliada

à menor dependência de insumos externos que caracterizam este sistema de

produção, resulta em maior segurança alimentar e economia, tanto para os

agricultores, como para os consumidores.

A ONG AS-PTA (Assessoria e Serviços a Projetos em Agricultura

Alternativa), visando o aumento de biomassa e oferta de produtos (lenha,

madeira, frutos, estaca viva) em pequenas propriedades familiares do

semiárido paraibano, tem estimulado a implantação de sistemas agroflorestais.

O desenvolvimento de sistemas agroflorestais deve basear-se em quatro

aspectos: i) interação entre seus componentes por água, luz e nutrientes (pode

ser negativa-competitiva ou positiva-complementar); ii) complexidade

(ecológica e sócio-econômica); iii) lucratividade (produção e mercado) e iv)

sustentabilidade (conservação dos recursos naturais como biodiversidade,

solos, recursos hídricos e carbono) (SANCHEZ, 1995).

As espécies arbóreas requerem os mesmos recursos que as culturas

associadas, o que pode resultar tanto em interações positivas

(complementariedade) quanto negativas (competição). Entre as interações

competitivas da associação árvore-cultivo destacam-se a competição por luz,

água e nutrientes, além de possíveis relações alelopáticas (SCHROTH &

7

LEHMANN, 1995). Entre as interações de complementariedade destacam-se o

suprimento de nutrientes dentro da zona radicular das culturas através da

entrada de N2 por fixação biológica, a redução das perdas de nutrientes por

lixiviação devido à sua absorção de camadas mais profundas, e a reciclagem

de resíduos orgânicos provenientes da deposição de serapilheira ou, ainda, da

incorporação de biomassa por meio da adubação-verde (BURESH & TIAN,

1998; ROWE & CADISCH, 2002; BALA ET AL., 2003). A magnitude e o tipo de

interação que ocorrem entre as árvores e os cultivos dependem das condições

edafoclimáticas de cada local, das características das plantas utilizadas, do

manejo e da eficiência do uso da água (GOMÉZ ET AL., 1990; ROWE ET AL.,

2001; GATHUMBI ET AL., 2003).

Segundo Sanchez (1995), de uma maneira geral, o cultivo em aléias só

é capaz de aumentar a produtividade das culturas agrícolas associadas, em

regiões úmidas e de solos férteis, onde a competição por água e nutrientes,

entre as árvores e as culturas agrícolas, é reduzida. Por isso, Pérez-Marin et al.

(2007), em estudo no semiárido paraibano, observaram uma redução da

produtividade do milho devido competição de aléias de gliricídia. Em média, ao

longo dos três anos do estudo, as parcelas sem árvores produziram 1.282 e

1.960 kg ha-1 a mais de matéria seca de grãos e palha do milho,

respectivamente, do que nas parcelas com árvores. Entretanto, nesse estudo,

os autores observaram ao longo de todo o período de produção uma biomassa

de milho, folhas, lenha e plantas espontâneas de 6,2 t ha-1 maior nas parcelas

com árvores que nas parcelas sem árvores, o que demonstra que a presença

das árvores, aumentou a eficiência de uso dos recursos (água, luz e

nutrientes).

2.2.1 Classificação dos Sistemas Agroflorestais

Quanto à composição

Sistemas agrossilviculturais - combinam árvores com cultivos agrícolas

anuais;

8

Sistemas agrossilvipastoris - combinam árvores com cultivos agrícolas e

animais;

Sistemas silvipastoris - combinam árvores e pastagens (animais);

Quanto aos principais componentes e funções

Segundo classificação utilizada por várias instituições de pesquisas

agroflorestais (ICRAF, Cento Agronómico Tropical de Investigación y

Enseñanza – CATIE e Rede Brasileira Agroflorestal – REBRAF), levando

em consideração os principais componentes, funções e objetivos do

sistema (ENGEL, 1999):

Sistemas agroflorestais seqüenciais: os cultivos agrícolas anuais e as

plantações de árvores sucedem-se no tempo. Nesta categoria incluem-

se os sistemas de agricultura migratória com intervenção e manejo de

capoeiras, os sistemas silvagrícolas rotativos (capoeiras melhoradas

com espécies arbóreas de rápido crescimento); e o sistema Taungya

(cultivos anuais consorciados apenas temporariamente com árvores,

durante os primeiros anos de implantação);

Sistemas agroflorestais simultâneos: integração simultânea e contínua

de cultivos anuais e perenes, árvores madeiráveis ou de uso múltiplo

e/ou pecuária. Incluem: associações de árvores com cultivos anuais ou

perenes; hortos caseiros mistos e sistemas agrossilvipastoris.

Sistemas complementares: cercas vivas e cortinas quebra-vento, fileiras

de árvores para delimitar uma propriedade ou gleba ou servir de

proteção para outros componentes e outros sistemas. São considerados

complementares às outras duas categorias, pois podem estar

associados a sistemas seqüenciais ou simultâneos.

9

2.2.2 Aspectos sustentáveis dos Sistemas Agroflorestais

Os sistemas agroflorestais são uma das alternativas de uso dos

recursos naturais que normalmente causam pouca ou nenhuma degradação ao

meio ambiente, principalmente por respeitarem os princípios básicos de manejo

sustentável dos agrossistemas. A sustentabilidade é uma característica

inerente aos sistemas agroflorestais, pois estão alicerçados em princípios

básicos que envolvem aspectos ecológicos, econômicos e sociais

(TSUKAMOTO FILHO, 1999; MACEDO ET AL., 2000).

O princípio ecológico é baseado na biodinâmica da sobrevivência, que

otimiza o aproveitamento da energia solar vital, por meio da multiestratificação

diferenciada de uma grande diversidade de espécies de usos múltiplos, que

exploram os perfis vertical e horizontal da paisagem, visando à utilização e

recirculação dos potenciais produtivos dos ecossistemas (MACEDO, 1993).

O princípio econômico que rege os sistemas agroflorestais é atribuído à

sustentabilidade econômica proporcionada pela alternância e diversificação de

produção e de produtos ao longo do ano. Esta diversidade de produtos gera

mecanismos de compensação capazes de colocar no mercado produtos de

acordo com a demanda. A escolha das espécies utilizadas nos SAF deve, pois,

apoiar-se em um estudo que vise detectar produtos de maior aceitação e venda

no mercado em determinadas épocas do ano (FARREL & ALTIERI, 1984;

MACEDO, 2000).

No aspecto social, os SAF quando implantados em um determinado

local ou região, possuem uma importante função, a de fixação do homem no

campo, devido principalmente, ao aumento da demanda de mão-de-obra e ao

fato de sua distribuição ser normalmente mais uniforme durante o ano, além da

melhoria das condições de vida, promovida pela diversidade de produção. A

efetiva consolidação destes benefícios sociais é essencial para o sucesso dos

sistemas agroflorestais, pois podem justificar e estimular os responsáveis pela

definição das prioridades políticas e de financiamento agrário a promover

programas de crédito rural que incentivem e facilitem a adoção e implantação

10

de sistemas agroflorestais nas propriedades rurais brasileiras (MACEDO,

2000).

2.3 Ciclagens de Nutrientes

Os elementos químicos tendem a circular na biosfera, em vias

características do ambiente, para os organismos e destes novamente ao

ambiente. O movimento desses elementos e compostos inorgânicos que são

essenciais a vida pode ser adequadamente denominado de ciclagem de

nutrientes (ODUM, 1983).

Oliveira (1997) afirmou que os ciclos de Ca, Mg e K diferem dos de N, P

e S em vários aspectos. Processos inorgânicos, como intemperismo, troca

catiônica e lixiviação do solo, são freqüentemente mais importantes para os

três primeiros, sendo a imobilização heterotrófica e a oxidação de menor

importância. Ca, Mg e K entram nos ecossistemas florestais por deposição de

materiais.

A reciclagem de nutrientes refere-se também à transferência contínua de

nutrientes dentro de um sistema solo-planta (NAIR ET AL.; 1993; NAIR, 1999;

BURESH & TIAN, 1998). No sistema solo-planta, estes nutrientes estão em

estado de transferência contínuo e dinâmico, no qual as plantas retiram os

nutrientes do solo e os usam nos seus processos metabólicos, retornando-os

para o solo como serapilheira, em sistemas natural, ou por meio de poda em

alguns sistemas agroflorestais, ou pela senescência das raízes.

O ciclo de nutrientes em ecossistemas de floresta, segundo Prichett

(1987), pode ser esquematizado de duas formas: externo e interno. O ciclo

externo, chamado também de geoquímico, inclui as formas de transferência de

nutrientes para dentro e para fora do ecossistema florestal. A transferência

para dentro pode ser pela precipitação, fixação biológica, intemperização da

rocha matriz ou aporte e fertilizantes; a transferência para fora pode ser pela

lixiviação, exploração florestal e perdas por volatilização.

O ciclo interno pode também ser chamado de ciclo biológico. Este ciclo

pode ser dividido em duas partes: o ciclo bioquímico que se refere à

11

movimentação dos nutrientes da própria árvore e o ciclo biogeoquímico que

abrange a ciclagem dos nutrientes entre o solo e a biomassa arbórea. Os

principais passos dentro do ciclo fechado incluem absorção, retenção,

restituição e transferência interna.

De acordo com as características fisiológicas da cada espécie, os

mecanismos de absorção, acúmulo e ciclagem diferem nas quantidades dos

elementos, e como em função das interações biológicas que estão ligadas a

esse fluxo de nutrientes dentro de qualquer ecossistema cada organismo, com

as suas aptidões especificas, desempenha papel importante no controle dos

estoques de nutrientes e nas taxas de transferências entre eles. Assim sendo,

transferências e perdas de nutrientes são também explicadas pelos organismos

vivos que compõem os ecossistemas (GOLLEY, 1986).

Quanto ao efeito da sazonalidade na vegetação, em relação ao estoque

de nutrientes nos solos, Haag (1985) citou que, durante a estação seca, os

solos contêm maior quantidade de nutrientes, além de se evidenciar uma maior

queda de folhas e menor taxa de decomposição desse material decíduo. Na

estação úmida, ocorrem os efeitos da lavagem da vegetação, lixiviando os

nutrientes, com maior produção de biomassa foliar.

Dessa forma, os efeitos da sazonalidade resultam em baixos

reservatórios de nutrientes na vegetação durante a estação seca e altos

durante a estação úmida, ocorrendo o inverso no que concerne ao reservatório

de elementos minerais no solo. Segundo Vieira (1998), a modificação no

regime de chuvas pode alterar a produção de serrapilheira, bem como a

concentração de nutrientes. A velocidade de decomposição da serrapilheira

também pode ser alterada, afetando a liberação dos nutrientes estocados neste

compartimento.

A reciclagem de nutrientes por meio da decomposição da biomassa

vegetal (principalmente folhas e ramos mas, também raízes) que é adicionada

ao solo, serve como meio para a melhoria de fertilidade do solo nos sistemas

agroflorestais. A extensão dos benefícios advindos dependerá da quantidade e

do conteúdo da biomassa adicionada e do estádio de decomposição de cada

material (SZOTT ET AL., 1999). Embora as árvores em sistemas agroflorestais

12

possam suprir nitrogênio para as culturas, a capacidade das mesmas em

relação ao suprimento de fósforo é bastante limitada (BURESH & TIAN, 1998).

Na verdade, os baixos teores de fósforo nos solos tropicais devem-se à

alta fixação naqueles com alto teor de ferro e alumínio e à retirada pelos

cultivos sem adição externa adequada (JAMA ET AL., 1997). A aplicação de

biomassa vegetal nos solos proporciona um acréscimo no teor de fósforo

disponível. Isso é conseguido diretamente pelo processo de decomposição e

liberação do fósforo da biomassa ou indiretamente pela produção de ácidos

orgânicos (produtos da decomposição) que reduzem o fósforo fixado for

competir por sítios com fósforo absorvido ou por quelação de ferro e alumínio

(NZIGUHEBA ET AL., 1998).

O processo de ciclagem de nutrientes ocorre em várias etapas, em

todos os tipos de uso do solo. Nos sistemas agroflorestais e em outros

sistemas baseados no uso de árvores, atribui-se maior eficiência na ciclagem

de nutrientes pela presença de espécies perenes e pelo fato delas possuírem

um sistema radicular extenso e profundo, possibilitando a captura e recilcagem

de nutrientes (NAIR ET AL., 1993; SCHROTH ET AL., 2001).

Schroth et al. (2001) discutiram que a redução nas perdas e a

reciclagem de nutrientes no subsolo são caminhos para aumentar a

disponibilidade de nutrientes dos sistemas agroflorestais multiestratificados, e

ao mesmo tempo, reduzir os impactos negativos no ambiente. Estes mesmos

autores, comparando solos de sistemas multiestratificados com solos de

florestas, citaram que pode ocorrer um decréscimo na fertilidade destes solos,

e que este decréscimo nem sempre é indicativo de insustentabilidade destes

solos.

2.4 Nutrientes nos sistemas agroflorestais

Os nutrientes do solo estão entre os menos resilientes componentes da

sustentabilidade (SANCHEZ, 1995). O manejo equivocado dos solos em

condições de agricultura tem levado à sua degradação, com conseqüente

redução da fertilidade (devido à destruição da matéria orgânica, eliminação da

13

biota, lixiviação dos nutrientes e erosão condicionada pela desagregação e

compactação do solo).

O baixo teor de nutrientes é freqüentemente um fator limitante em áreas

de florestas tropicais pluviais (LOPES ET AL., 1985). Mas a presença da

floresta modifica este panorama pois as árvores desenvolveram mecanismos

de conservação de nutrientes, que permitem a sua permanência e crescimento,

apesar da pobreza de nutrientes no solo. A maioria dos mecanismos do

sistema (relativos à adaptações das plantas e às inter-relações entre plantas,

organismos, matéria orgânica e solo) propicia uma transferência muito eficiente

de nutrientes da matéria orgânica para as raízes das árvores em

desenvolvimento, através da decomposição de matéria orgânica do solo e da

serrapilheira (GOLLEY, 1978).

Uma vez os nutrientes incorporados nos tecidos dos organismos da

comunidade do solo não podem ser facilmente perdidos pela lixiviação,

volatilização ou reação com ferro e alumínio, no caso do fósforo, sendo esta

uma estratégia importante que propicia ecossistemas abundantes em vida

sobre condições aparentemente de baixa fertilidade. Isso sugere que a melhor

abordagem efetiva para o manejo de áreas originalmente ocupadas com

florestas tropicais seria adotar sistemas que mantenham, o máximo possível a

estrutura florestal, pois a comunidade do solo depende diretamente de um

“input” constante de matéria orgânica (JORDAN, 1990).

O ecossistema floresta, com todo seu vigor e complexidade em formas

de vida, desenvolveu estratégias para interagir com os demais ambientes

(climáticos, edáficos, etc.), de forma a possibilitar a máxima quantidade e

qualidade de vida consolidada (GÖTSCH, 1995) para aquela condição,

contradizendo a idéia tão difundida de que a maioria dos solos tropicais possui

baixa fertilidade. A fertilidade de tais solos é considerada baixa dentro de uma

análise estática e reducionista, pois é justamente a dinâmica das interações

entre os seres vivos e os fatores abióticos que permite as condições para a

manutenção da vida nesses tipos de ecossistemas caracterizados pela elevada

diversidade (PENEIREIRO, 1999).

14

Convencionalmente, árvores têm sido vistas como capazes de melhorar

a ciclagem e a retenção dos nutrientes nos ecossistemas agrícolas (BURESH,

1995). Entre os benefícios relevantes para a ciclagem dos nutrientes e

manutenção da matéria orgânica (YOUNG, 1989), estão: i) bombeamento de

nutrientes do subsolo pelas raízes profundas das espécies perenes; ii) redução

nas perdas por lixiviação através da captura de nutrientes móveis pelos

sistemas radiculares bem desenvolvidos das espécies perenes; iii) adição de

nitrogênio através da fixação biológica de N; iv) manutenção da matéria

orgânica do solo através do suprimento pela serapilheira abaixo é acima do

chão e podas das perenes; v) manutenção e melhoria das propriedades físicas

do solo; e vi) aumento da proteção do solo contra erosão. Porém ainda há

poucas evidências concretas e muito poucos dados que confirmem essas

hipóteses, principalmente porque para prová-las adequadamente são

necessários experimentos que comparem um sistema agroflorestal com um

sistema não agroflorestal (PANIAGUA ET AL., 1994).

Em sistemas mistos de espécies perenes e anuais, as árvores podem se

comportar como uma rede de segurança de nutrientes, reduzindo as perdas e

reciclando os nutrientes recapturados (VAN NOODWIJK ET AL., 1996). Os

Quintais tropicais e SAF`s complexos freqüentemente se parecem com

sistemas de florestas secundárias na estrutura e na ecologia. Na revisão de

indicadores de sustentabilidade de quintais tropicais foram encontradas muitas

fontes indiretas de evidências de que os níveis de fertilidade do solo são

mantidos, nesses casos, por longos períodos (GARRITY ET AL., 1994).

2.5 Fixação Biológica de Nitrogênio

A fixação biológica de N2 (FBN) é um processo essencial para

transformar o N2, uma molécula estável e abundante na atmosfera, que não

pode ser utilizada pela maioria dos microorganismos e pelas plantas, na forma

inorgânica combinada a NH3. Esta reação é realizada por microorganismos que

contêm a enzima nitrogenase e são conhecidos como fixadores de N2 ou

diazotróficos (CANTARELLA, 2007).

15

A FBN desempenha papel importante no aporte de N nos sistemas

agrícolas. Segundo Filoso et al. (2006) afirmaram que no Brasil, a FBN de

origem antropogênica tem um peso de cerca de 7,3 Tg ano-1, quase três vezes

a quantidade de N fertilizante de origem industrial (2,5 Tg ano-1). Com isso, o

estudo do processo da FBN, sua dinâmica e importante papel no ciclo do N na

natureza possibilita o melhor entendimento de um dos principais e essenciais

nutrientes à planta.

O processo da FBN só é capaz devido à associação entre dois

indivíduos de espécies diferentes, sendo assim, uma relação interespecífica

harmônica. Essa associação chama-se simbiose. A simbiose rizóbio-

leguminosa é o mais importante sistema simbiótico entre micro-organismos e

plantas graças à eficiência do processo de fixação de N2. A família

Leguminosae abrange quase 20 mil espécies (SPRENT, 2001), incluindo

espécies arbóreas importantes e herbáceas usadas como forrageiras,

produtoras de matérias-primas ou diretamente na alimentação humana

(CANTARELLA, 2007).

Dentre as espécies da família Leguminosae, a gliricídia vem sendo muito

utilizada por associar-se a bactérias do gênero Rhizobium, originando um

grande número de nódulos, responsáveis pela fixação de nitrogênio. A

capacidade fisiológica das leguminosas de formar nódulos não comprova a

ocorrência de fixação no ambiente natural. O conhecimento sobre a

importância ecológica da FBN em ambientes naturais requer que se estime a

contribuição da FBN para a nutrição das espécies diretamente em campo. Por

ser um método que não perturba o ambiente (nada precisa ser adicionado ou

destruído) e que integra o efeito do processo de FBN ao longo do tempo, a

metodologia da abundância natural do 15N (δ15N) é mais indicado para

ecossistemas naturais, propiciando que se indique se plantas perenes de

grande porte, com raízes profundas, são diazotróficas ou não (HOGBERG,

1997) e é o mais utilizado para estimativas da FBN em árvores, tanto em

sistemas naturais quanto em sistemas agroflorestais (SHEARER ET AL., 1983;

MUOFHE & DAKORA, 1999; ROGGY ET AL., 1999; GALIANA ET AL., 2002;

GATHUMBI ET AL., 2003; KREIBICH ET AL., 2006).

16

Analisando espécies fixadoras em vários estudos, estimou-se que a

gliricídia fixa em torno de 108 Kg ha-1 ano-1 (DANSO ET AL., 1992; DAKORA &

KEYA, 1997). No entanto, em experimento em Campo dos Goytacazes,

Paulino et al. (2009) observaram que a gliricídia fixou 45 a 64 Kg ha-1 ano-1.

Uma espécie de Leguminosae muito cultivada para fins alimentares de alto

valor protéico é o feijão macassar [Vigna unguiculata (L.) Walp.], cultivada em

mais de 1,6 milhões de hectares no Brasil, principalmente no semiárido

nordestino (Martins et al., 2003), onde é base da alimentação de 27 milhões de

brasileiros. Estima-se que o feijão macassar fixa em torno de 24 – 201 Kg ha-1

ano-1 (DAKORA & KEYA, 1997).

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26

CAPÍTULO 1

PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO

CARIRI PARAIBANO

27

PRODUTIVIDADE DE BIOMASSA EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS

NO CARIRI PARAIBANO

Júlio César Rodrigues Martins, Rômulo Simões Cezar Menezes, Ailton

Francisco dos Santos

RESUMO

Na região semiárida do Nordeste do Brasil, uma das conseqüências mais visíveis do processo de ocupação e uso do solo foi a eliminação da vegetação nativa. Isso levou a uma redução da presença de espécies arbóreas nos agroecossistemas, o que pode levar a processos de degradação, como a erosão do solo e perda de biodiversidade. Para minimizar a fragilidade dos sistemas de produção diversos agricultores estão fazendo uso dos sistemas agroflorestais que além de aumentar a produtividade de biomassa, podem também aumentar o aporte de nitrogênio nos sistemas de produção com a utilização de espécies leguminosas. Com isso, o objetivo do presente trabalho foi quantificar e comparar produtividades de biomassa entre sistemas agroflorestais, sistemas com árvores (CA) e sistemas tradicionais, sem a presença de árvores (SA). O estudo foi conduzido na Estação Agroecológica Vila Maria Rita, no município de Taperoá, semiárido Paraibano, que apresenta temperatura média anual de 30ºC e precipitação média de 600 mm. O experimento foi instalado em delineamento de blocos casualizados, em parcelas subdivididas. Para ambos os sistemas (CA e SA), foram estabelecidas parcelas de campo cultivadas com milho+feijão, capim buffel ou palma. Nas parcelas agroflorestais (CA) foram plantadas fileiras de gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)) e maniçoba (Manihot glaziovii Muel Arg.) distanciadas 6 m entre fileiras e com 1 m entre as plantas dentro das fileiras. Em média, ao longo dos quatro anos de estudo, o sistema SA produziu 33% mais biomassa de feijão, milho, capim buffel, e palma que no sistema CA. Entretanto, a média de produtividade de biomassa total nas parcelas agroflorestais (árvores + culturas associadas) foi 260% maior que nas parcelas SA. Além disso, os coeficientes de variação da produtividade anual de biomassa foram menores nos sistemas com a presença de árvores. Os resultados do presente trabalho demonstraram que a presença de árvores não só aumentou a produtividade, mas também conferiu maior estabilidade aos sistemas de produção de biomassa nos sistemas de uso da terra avaliados.

Palavras chave: Agroecossistemas, semiárido, sistemas de cultivo, Gliricidia sepium.

28

BIOMASS PRODUCTIVITY IN AGROFORESTRY SYSTEMS IN CARIRI PARAIBANO

ABSTRACT

In the semi-arid region of NE Brazil, one of the most evident consequences of the colonization was the removal of the native vegetation. This resulted in a very low density of trees within the agroecosystems, which may lead to severe degradation processes, such as soil erosion and loss of biodiversity. In order to minimize the vulnerability of the agricultural production systems, several farmers are adopting agroforestry systems, which may increase both the productivity of biomass and also the inputs of nitrogen to the system, when legume species are introduced. The objective of the present study was to compare the productivity of biomass between agroforestry systems (CA) and traditional systems (SA) without the presence of trees. The study was conducted between 2006 and 2009 in the Vila Maria Rita Agroecological Station, located in Taperoá, state of Paraíba, which presents an average annual rainfall of 600 mm and mean temperature of 30º C. The experiment was arranged in a split-plot design, with randomized blocks and four replications. The main treatments consisted in the presence or absence of trees and the sub-treatments were the type of cropping system: maize+beans, buffel grass or prickly pear. In the CA system, rows of gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)) and maniçoba (Manihot glaziovii Muel Arg.) trees were planted with a 6 m spacing between rows and 1 m of spacing between trees within the rows. On average, during the four years of the study, the SA system produced 33% more biomass of maize+beans, buffel grass and prickly pear. However, the average total biomass of the systems (biomass of crops + trees) was 260% higher in the CA plots. In addition, the coefficients of variation of the annual biomass productivities were smaller in the agroforestry systems. These results demonstrate that the presence of trees in agroecosystems may lead not only to greater amounts but also to a more stable biomass production in semi-arid NE Brazil.

Key-words: Agroecosystems, semi-arid, production systems, Gliricidia sepium.

`

29

1. INTRODUÇÃO

Durante o processo de ocupação da região semiárida paraibana, a

agricultura de subsistência, principalmente com cultivo de milho, feijão e

mandioca, e a criação animal foram, por muito tempo, os principais sistemas de

uso da terra. Posteriormente, o crescimento demográfico, a evolução da

estrutura fundiária e uma sucessão de cultivos comerciais (algodão, sisal,

fumo, batata inglesa e mamona), que variaram de acordo com as distintas

mesorregiões, exerceram uma forte pressão sobre os recursos naturais

(SABOURIN ET AL., 2000).

Dentre as conseqüências mais visíveis desse processo de ocupação e

uso do solo no semiárido paraibano estão a eliminação da vegetação nativa e a

redução da presença de espécies arbóreas nos agroecossistemas. Diversos

estudos indicam que a eliminação da cobertura arbórea geralmente leva a uma

acentuada redução dos teores de matéria orgânica e nutrientes do solo, assim

como a uma redução na infiltração de água da chuva no solo e, em decorrência

disso, aumentos nas taxas de erosão (SAMPAIO & MENEZES, 2003). Além do

solo, vários outros componentes dos agroecossistemas são afetados

negativamente com a desarborização. Outra conseqüência marcante é a

diminuição da biodiversidade dos agroecossistemas, pois certos organismos da

fauna e da flora associados às espécies arbóreas ou ao ambiente de caatinga

perdem nichos essenciais à sua preservação (MENEZES ET AL., 2005).

Para minimizar a fragilidade dos sistemas de produção e a falta de

árvores na região semiárida paraibana, diversos agricultores estão fazendo uso

dos sistemas agroflorestais (SAF). Esses sistemas são práticas de

agrossilvicultura que estão sendo exploradas como opções de uso da terra em

diversas áreas do mundo. Dentre os vários tipos de sistemas agroflorestais,

está o chamado “cultivo em aléias”, em que fileiras de espécies arbustivas ou

arbóreas, geralmente leguminosas, são plantadas em fileiras e as culturas

agrícolas são estabelecidas nas ruas, entre as fileiras (SILVA, 2004; PÉREZ-

MARIN et al., 2007). As árvores ou arbustos são, então, podados

periodicamente, o que incorpora ao solo uma quantidade considerável de

30

biomassa. Neste tipo de sistema, há uma transferência de nutrientes das

árvores para as culturas anuais. Essa prática da poda diminui ainda a

competição por luz, água e nutrientes dentro do sistema (SILVA, 2004).

Visando quantificar as relações solo-planta em sistemas silvipastoris,

vários estudos recentes têm demonstrado que a diminuição da fertilidade do

solo nos agroecossistemas do semiárido pode ser revertida/prevenida através

da introdução/preservação de espécies arbóreas. Com isso, Menezes e

Salcedo (1999) e Menezes et al. (2002) avaliaram a fertilidade do solo em

sistemas silvipastoris em Custódia, no Sertão pernambucano, e encontraram

“ilhas de fertilidade” nas áreas sob a influência das copas de árvores presentes

em pastagens de capim buffel. Nesses estudos observaram que o plantio de

algaroba (Prosopis juliflora) ou a preservação do juazeiro (Ziziphus joazeiro)

nas pastagens aumentou os níveis de matéria orgânica e nutrientes na camada

superficial do solo. Também observaram maior produção de biomassa pelas

herbáceas sob a copa do juazeiro, enquanto que a algaroba provocou

diminuição na biomassa do estrato herbáceo, talvez por apresentar maior

competição por água nas camadas mais superficiais do solo.

Neste contexto é evidente a necessidade de maior conhecimento sobre os

usos e o manejo de espécies arbóreas em propriedades rurais na região

semiárida, ou seja, sobre as potencialidades de implantação de sistemas

agrosilvipastoris nessa região. Com isso, o objetivo do presente trabalho foi

comparar a produtividade de biomassa em sistemas agroflorestais ou

convencionais (sem árvores) no semiárido paraibano.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Localização da área experimental

O estudo foi conduzido na Estação Agroecológica Vila Maria Rita, no

município de Taperoá, Paraíba, no período de 2006 a 2009. O município está

localizado a 7º 12’ 23” de latitude Sul e 36º 49’ 25” de longitude Oeste Gr, com

altitude média de 532 m, tem clima semiárido, com temperatura média anual de

31

30ºC e precipitação média de 600 mm. Os totais anuais de precipitação

pluviométrica em 2006, 2007, 2008 e 2009 foram 987, 533, 725 e 756 mm

respectivamente (Figura 1).

Figura 1. Precipitação pluviométrica mensal e anual acumulada no Centro Agroecológico Vila

Maria Rita, Município de Taperoá – PB.

2.2 Caracterização química e física do solo

O solo na área experimental é classificado como Neossolo Flúvico

(EMBRAPA, 2006), com caracterização química e física descrita na Tabela 1

de acordo com (SOUSA, 2009). As metodologias utilizadas para caracterização

dos atributos químicos e físicos do solo foram propostas e descritas pela

Embrapa (1999), seguindo os procedimentos: pH em H20 (solo: 2,5 água, v/v);

Ca+2 e Mg+2 (extraídos com KCl e determinados por absorção atômica); P, K+ e

Na (extraídos com Mehlich-1 e determinados K+ e Na por fotometria de chama

e o P por colorimetria); C orgânico (determinado por oxidação úmida em

dicromato de potássio; e granulometria pelo método do densímetro.

32

Tabela 1. Atributos químicos e físicos do solo, em dois sistemas de uso da terra com árvores (CA) e sem árvores (SA), submetidas a três diferentes sistemas de uso da terra no semiárido Paraibano, em Taperoá, PB, 2007.

Sistem

a de

uso da

terra1

Cultivos pH P K Na Ca Mg C.O.

Granulometria

areia argila silte

H2O mg kg-1 --------------cmolc kg

-1----------------- ---------------------g.Kg

-1-----------------

Com

Árvores

Milho+

Feijão 7,69 77,45 0,55 0,16 9,02 1,61 7,82 698 172 130

Buffel 7,70 65,23 0,50 0,31 5,84 0,99 9,51 685 172 143

Palma 7,46 72,30 0,43 0,18 6,53 0,90 10,34 658 182 160

Sem

Árvores

Milho+

Feijão 7,15 51,63 0,51 0,12 6,42 1,03 8,05 665 185 150

Buffel 7,30 78,91 0,63 0,16 5,71 0,84 9,47 723 147 130

Palma 7,09 60,81 0,41 0,17 7,15 1,16 8,13 633 197 170

(1) Sistemas de uso da terra com árvores (CA) e sem árvores (SA).

Fonte: (SOUSA, 2009)

2.3 Delineamento experimental

O experimento foi conduzido em blocos ao acaso, em parcelas sub-

divididas, com quatro repetições em que os dois tratamentos principais

consistiram em sistemas agroflorestais, com e sem a presença de espécies

arbóreas, e os três tratamentos secundários consistiram nos três tipos de

culturas (feijão+milho, capim buffel, e palma). Os espaçamentos nos cultivos de

feijão + milho foram de 1 m entre fileiras e 0,25 m entre plantas; a palma, de 1

m entre fileiras e 0,5 m entre plantas e o de capim buffel de 0,5 m entre fileiras

e 0,1 m entre plantas. Os espaçamentos propostos foram baseados nos

utilizados pelos agricultores da região. Em cada um dos tratamentos, foi

avaliada, 2006, 2007, 2008 e 2009 a produtividade de biomassa de cada

componente do agroecossistema.

2.4 Instalação do experimento

O experimento foi instalado no início da estação de chuvas de 2006, em

parcelas experimentais de 6 x 10 m, com os seguintes tipos de

agroecossistemas: 1) sistema de cultivo agrícola tradicional com espécies

herbáceas anuais: consórcio de milho – Zea mays L., (variedade Sergipano) e

33

feijão – Vigna unguiculata (L.) Walp (variedade Moitinha); 2) sistemas de

produção de forragem com espécie herbácea perene: capim buffel (Cenchrus

ciliaris); e 3) sistemas de produção de forragem com palma (Opuntia ficus-

indica). Para cada um dos sistemas de produção, foram estabelecidas também

parcelas agroflorestais com dimensões de 10 x 30 m, e introduzidas fileiras de

gliricídia - Gliricidia sepium (Jacq.) e maniçoba – Manihot glaziovii Muel Arg.,

intercaladas 1 m entre as árvores nas fileiras e com espaçamento de 6 m entre

fileiras, consorciadas com as demais herbáceas e arbustivas.

2.5 Plantio e Tratos Culturais

No momento do plantio das mudas de gliricídia e maniçoba, em fevereiro

de 2006, foi adicionado ao solo, uniformemente em toda a área experimental,

com dose equivalente a 10 t ha-1 de esterco bovino curtido. De acordo com

(Garrido, 2009) o esterco bovino utilizado apresentava em média, 12 g kg -1 de

N, 6,5 g kg -1 de P e 27 g kg -1 de K, determinados segundo Embrapa (1999).

Em seguida, foram plantados milho e feijão, buffel e palma forrageira. Nos anos

subseqüentes, o plantio do milho e do feijão foi realizado sempre no início do

período chuvoso de cada ano, em fevereiro ou março. Foram realizadas

capinas manuais sempre que necessárias. Ao longo do experimento ocorreram

ataques de insetos, principalmente no milho e no capim buffel, em 2009, que

foram controlados com pulverizações com óleo de nim.

2.6 Quantificação da produtividade de biomassa

2.6.1. Gliricídia e Maniçoba

Durante o período experimental (2006 a 2009) a quantificação da

biomassa das árvores foi realizada apenas em 2007 e 2008, sendo que nos

dois primeiros anos as árvores ainda não tinham atingido porte adequado para

poda. Para quantificação de biomassa, as árvores (gliricídia e maniçoba) foram

podadas com facão a altura de aproximadamente 1,5 m do solo, deixando-se 1

(hum) tronco. A poda foi realizada uma semana antes do plantio das culturas

34

anuais (em fevereiro ou março de cada ano). Após a poda, a biomassa retirada

foi separada em folhas (incluindo galhos finos com diâmetro < 1,5 cm) e lenha

(todos os galhos com diâmetro > 1,5 cm). Em seguida, ambas as frações foram

pesadas com auxílio de balança portátil (Capacidade 20 Kg). Sub-amostras de

folhas e galhos finos foram retiradas e levadas a estufa de circulação forçada a

65ºC, por 72 horas Laboratório de Fertilidade do Solo, Departamento de

Energia Nuclear, UFPE, para determinação do teor de matéria seca.

2.6.2. Milho e Feijão

Para a quantificação da biomassa do feijão e milho foi realizada a

colheita aos 60 e 120 dias após o plantio (DAP), respectivamente. Em seguida,

para o milho, separou-se a parte aérea das plantas em grãos e palhada

(sabugo + pendão + palha), determinou-se o peso úmido das amostras, retirou-

se uma sub-amostra, que foi levada a estufa de circulação forçada a 65ºC por

72 horas, para quantificação do teor de matéria seca. A produtividade de grãos

foi expressa com umidade de 12%. Para o feijão, separou-se a biomassa da

parte aérea em grãos e palha e, em seguida, realizaram-se os mesmos

procedimentos adotados para as amostras de milho para determinação da

matéria seca.

2.6.3. Buffel

Para quantificação da produção de biomassa do capim buffel foi utilizado

um gabarito com área de 0,25m2. Pesou-se a biomassa contida na área

delimitada pelo gabarito e retiraram-se sub-amostras, e estas foram colocadas

em estufa de circulação forçada a 65ºC por 72 horas para determinação do teor

de matéria seca. Para as parcelas sob sistema agroflorestal (CA), o gabarito foi

lançado 30 (trinta) vezes. Nas parcelas sob cultivo convencional ou sem

árvores (SA), foi realizado o mesmo procedimento, sendo o gabarito foi lançado

apenas 5 (cinco) vezes em cada parcela, devido à menor dimensão das

parcelas nesse tratamento.

35

2.6.4. Palma

A palma forrageira foi cortada no final do período chuvoso de 2008,

deixando-se três cladódios por planta. Realizou-se a pesagem dos cladódios

com o auxílio de balança portátil e quantificou-se a biomassa verde total em

cada parcela. Em seguida, foi retirada uma sub-amostra, e secas, primeiro ao

sol, para a retirada inicial da umidade, e depois em estufa de circulação forçada

a 65ºC por 72 horas, para quantificação do teor de matéria-seca.

4. Análise estatística

A análise estatística da biomassa das árvores (folhas + galhos finos e

lenha) foi analisada separadamente com uma análise de variância de blocos ao

acaso, com quatro repetições. As médias obtidas foram comparadas pelo teste

de tukey a 5% de probabilidade, utilizando o programa estatístico SISVAR

(FERREIRA, 2000).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

No decorrer dos quatro anos de estudo, a produtividade média anual

de matéria seca (MS) das espécies cultivadas (milho/feijão, buffel e palma) foi

de 4.458 Kg ha-1 no sistema sem árvore (SA) e de 3.340 Kg ha-1 no sistema

com árvores (CA). Ou seja, houve 33% mais biomassa no sistema sem a

presença de árvores (Tabela 2). Entretanto, dentre os sistemas de cultivo, o

milho + feijão foram as únicas espécies que produziram significativamente

menos biomassa no sistema CA. A produtividade de biomassa do cultivo milho

+ feijão no sistema SA foi de 5.208 Kg ha-1, apresentando incremento 38%

maior que no CA. Esta redução é esperada, uma vez que a presença de

árvores afeta diretamente a produtividade das culturas associadas pela

competição por água, nutrientes e luz (SANCHEZ, 1995; PÉREZ-MARIN et al.,

2007).

36

Tabela 2. Produtividade de biomassa, em matéria seca (Kg ha-1

), em dois diferentes sistemas de uso da terra, com árvores (CA) e sem árvores (SA), sob três diferentes cultivos, em quarto anos consecutivos, em Taperoá, PB

(1).

Sistema Cultivos 2006 2007 2008 2009 Média Anual

Kg ha-1

Com Árvores

Milho + Feijão2 4.390a 254a 4.644a 3.646b 3.233bAB

Buffel 2.119a DA3 6.241b 7.747a 5.369aA

Palma - - 4.257a - 1.419aB

3.340b

Sem Árvores

Milho + Feijão 3.795a 228a 5.195a 11.616a 5.208aA

Buffel 1.455a DA 10.386a 7.896a 6.579aA

Palma - - 4.764a - 1.588aB

4.458a

(1) Letras minúsculas na coluna comparam médias de produtividade de matéria seca de cada cultivo, entre os sistemas.

Letras maiúsculas na coluna comparam produtividade média anual de cada sistema. Letras iguais na coluna não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

(2) Somatório de grão e palhada de ambas as

espécies (milho e feijão). (3)

DA: Dados Ausentes.

No sistema CA, a cultura que menos produziu biomassa foi a palma,

e a que mais produziu foi o buffel. Os valores de biomassa do consórcio

milho+feijão não se diferenciaram estatisticamente da palma e do buffel. No

sistema SA, a palma foi a que menos produziu biomassa entre os cultivos

(milho+feijão e buffel). Os cultivos de milho+feijão e buffel não diferenciaram

significativamente.

No ano de 2006, os sistemas apresentaram comportamentos

semelhantes (Tabela 2). Isto deve ter ocorrido devido ao pequeno tamanho das

mudas das espécies arbóreas, que ainda não competiam com as espécies

cultivadas. Pérez-marin et al. (2007), em estudo no semiárido paraibano,

observaram reduções significativas na produtividade de grãos e palhada do

milho quando em consórcio com aléias de gliricídia, em 3 anos consecutivos.

Porém, nesse estudo citado, as árvores do experimento já tinham cerca de 7

anos de idade antes do primeiro ano do experimento, e já exerciam forte

competição por água e nutrientes. Outra vertente a ser considerada é que a

ausência de diferenças significativas entre a produtividade de biomassa nos CA

e SA no ano de 2006 pode estar relacionada também à alta precipitação

37

pluviométrica desse período, que foi de 986 mm (Figura 1), fazendo com que a

competição por água não fosse fator limitante para o crescimento dos cultivos

em consórcio. Segundo Sanchez (1995), os cultivos em aléias só são capazes

de aumentar a produtividade das culturas agrícolas associadas em regiões

úmidas e de solos férteis, onde a competição por água e nutrientes entre as

árvores e as culturas agrícolas é reduzida.

Em 2007, ano de baixa precipitação pluviométrica (533 mm, Figura

1), não houve produção de feijão, e também não foi quantificada a biomassa do

buffel, devido à perda das amostras coletadas. Dessa forma, quantificou-se

apenas a produtividade do milho, que foi muito baixa, 254 e 228 Kg ha-1 MS

para os sistemas CA e SA, respectivamente (Tabela 2).

A partir de 2008 foi possível verificar efeito significativo para os

cultivos entre os sistemas. A produtividade média de biomassa para o ano de

2008 no sistema SA foi de 6.782 Kg ha-1 de MS, 35% maior do que no sistema

CA que foi de 5.047 Kg ha-1 de MS (Tabela 2). Em números absolutos, essa

diferença foi de 1.737 Kg ha-1. Valores semelhantes foram encontrados por

Pérez-marin et al. (2007), que observaram reduções de 1.282 e 1.960 Kg ha-1,

na produtividade de grãos e palhada de milho, respectivamente, em parcelas

com a presença de árvores, comparadas com parcelas de milho solteiro.

Para o buffel, no sistema SA a produtividade de biomassa em 2008

foi de 10.386 Kg ha-1, 40% maior que no sistema CA, que foi de 6.241 Kg ha-1

(Tabela 2). Esses níveis de produtividade estão dentro da faixa observada na

região nordeste que, de acordo com Oliveira (1981), oscila entre 8.000 e

12.000 kg ha-1 ano-1.

Avaliando-se de forma mais detalhada o sistema de cultivo de milho

e feijão, observou-se a produtividade média anual das duas culturas, no

sistema SA maior quando comparado com o sistema CA, isso pode ser

explicado em conseqüência da competição dos cultivos associados com as

árvores, como pode ser verificado em outros estudos (RAO ET AL., 1991;

REYNOLDS ET AL., 2007; PÉREZ-MARIN ET AL., 2007; PRASAD ET AL.,

2010). Nos sistemas SA, as médias de produtividade anual do milho e feijão,

foram 91 e 95% maiores que no CA, respectivamente (Tabela 3). Para os três

38

primeiros anos (2006, 2007 e 2008), em ambas as espécies, as produtividades

de grão e palhada não diferiram significativamente entre os sistemas SA e CA

(Tabela 3).

No ano de 2009, apenas para o milho, observaram-se diferenças

significativas nas produtividades de grãos e palhada entre os tratamentos CA e

SA. No caso dos grãos, o sistema SA produziu 243% mais massa seca de

grãos que o sistema CA. Para palhada, a produtividade foi de 2.796 no sistema

CA e 8.329 Kg ha-1 de MS no sistema SA, uma produtividade 197% maior do

sistema SA (Tabela 3).

Tabela 3. Produtividade de matéria seca em (Kg ha-1

) de palhada e grão de milho e feijão, em dois sistemas de uso da terra, com árvores (CA) ou sem árvores (SA), por quatro anos consecutivos, em Taperoá - PB.

*Letras minúsculas na coluna comparam uma cultura dentro de cada sistema. **Letras maiúsculas na coluna comparam médias de cada cultura dentro de cada sistema. Letras iguais na mesma coluna não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

Em estudo semelhante no semiárido paraibano, Pérez-Marin et al.

(2007) observaram redução significativa no sistema CA em relação ao SA,

tanto de grãos quanto de palhada. Em média, essa redução na produtividade

do milho no sistema CA foi 164 e 77% menor que no sistema SA, para grãos e

palhada, respectivamente.

Percebe ao compararem-se os índices de colheita (IC), que

consistem na proporção entre a biomassa da fração colhida da planta (nesse

caso os grãos) e a biomassa total da planta, o IC no sistema CA foi de 28%,

enquanto que no sistema SA foi em média 33%. Essa observação é coerente

Sistema

Cultura 2006 2007 2008 2009 Média Anual

Grão Palhada Grão Palhada Grão Palhada Grão Palhada Grão Palhada

Kg ha1

Com Árvores

Milho 978a* 3.034a 61a 310a 839a 1.766a

802b 2.796b 718a 1.976b

Feijão 125a 28a – – 131a 41a 36a 11a 98a 26a

Média 551A** 1.531A 485A 904A 419B 1.403B 408B 1.279A

Sem Árvores

Milho 840a 2.800a 12a 114a 1.192a

3.591a

2.753a 8.329a 1199a 3.708a

Feijão 126a 30a – – 264a 146a 410a 123a 267a 100a

Média 482A 1.414A 728A 1.869A 1.582A 4.226A 733A 2.503A

39

com os resultados obtidos no estudo realizado por Muthuri et al., (2005), que

cultivaram milho consorciado com diversas espécies arbóreas, em duas

localidades no Quênia, e observaram que a presença das árvores afeta mais a

produtividade de grãos que de palhada, influenciando diretamente no índice de

colheita do milho.

Em 2008, quando as árvores já tinham atingido maior porte, de forma

que os galhos já invadiam grande parte da área ocupada pelas espécies

cultivadas, foi realizada a primeira poda e quantificada a biomassa das

arbóreas. A produtividade média anual de biomassa de folhas e galhos finos de

gliricídia e maniçoba, em 2008 e 2009 e independente do sistema de uso da

terra foi de 2.095 Kg ha-1 de massa seca (MS) (Tabela 4). Ao avaliarem-se as

produtividades das espécies arbóreas separadamente em cada sistemas de

cultivo, observou-se que, em 2008 e 2009, as produtividades média de folhas e

galhos finos no sistema de cultivo milho+feijão de 2.776 Kg ha-1, valor que foi

significativamente maior que nas parcelas com buffel e palma, onde as árvores

produziram em média 1.582 e 1.928 Kg ha-1ano-1, respectivamente.

Mais especificamente, vale salientar que a produtividade das árvores

no sistema com o buffel foi 75 e 22% menor que nos sistema milho+feijão e

palma, respectivamente. Isso possivelmente foi devido à grande agressividade

do buffel, que foi capaz de exercer uma competição mais forte pelos recursos

disponíveis com as espécies arbóreas (Tabela 4). Portanto, conclui-se que o

efeito de competição pelas espécies cultivadas pode exercer influência

significativa sobre a produtividade das espécies arbóreas no sistema

agroflorestal do presente estudo.

Em todos sistemas de uso da terra, a gliricídia produziu mais

biomassa de folhas e galhos finos que a maniçoba. A produtividade média

anual da gliricídia foi de 1.910 Kg ha-1, 926% maior que a da maniçoba. Valores

médios semelhantes de produtividade de biomassa de folhas de Manihot

glaziovii foram encontrados na região central semiárida da Tanzânia por

Shirima et al., (2001), que observaram uma média de 187 kg ha-1.

Em outro estudo, conduzido em Petrolina, PE, sobre o crescimento

de três espécies do gênero Manihot (mandioca, maniçoba e pornunça), a

40

maniçoba apresentou produtividade média de 2.666 kg ha-1 de massa verde

total (Silva & Santana, 2005). Considerando uma umidade média em torno de

75%, e transformando em massa seca, ter-se-ia em média 586 kg ha-1, valores

três vezes abaixo dos encontrados no presente trabalho.

Dentre os três sistemas de uso da terra, o consórcio milho+feijão foi

o que mais acumulou biomassa de folhas e galhos finos de gliricídia. A

biomassa acumulada de 2.584 Kg ha-1, foi 173 e 156% maior que a acumulada

no consórcio da gliricídia com buffel e com a palma, respectivamente (Tabela

4). A produtividade de folhas e galhos finos da maniçoba não apresentou

diferença estatística entre os tratamentos milho+feijão, buffel e palma. Em 2008

e 2009, as médias de produtividade de gliricídia foram de 1.018 e 2.801 Kg ha-1

MS, respectivamente. Entretanto, no sistema com milho+feijão, no ano de

2009, a produtividade da gliricídia foi de 3.938 Kg ha-1 MS.

Tabela 4. Produtividade de biomassa (folhas e galhos finos < 1,5 cm) e lenha (em kg ha-1

de massa seca) de maniçoba e gliricídia, em um sistema agroflorestal sob três diferentes cultivos, (milho+feijão, buffel e palma), Taperoá, PB.

Sistema de uso

da terra

2008 2009 Média Anual Média anual Total Maniçoba Gliricídia Maniçoba Gliricídia Maniçoba Gliricídia

Biomassa de folhas e galhos finos (em Kg ha-1

)

Milho + Feijão

245Ba 1.230Aa 139Ba 3.938Aa 192Ba 2.584Aa 2.776a

Buffel 95Ba 767Aa 90Ba 2.213Ab 93Ba 1.490Ab 1.582c

Palma 446Ba 1.058Aa 99Ba 2.253Ab 272Ba 1.656Ab 1.928b

Média 262B 1.018A 109B 2.801A 186B 1.910A 2.095

Milho + Feijão

Lenha (em Kg ha-1

)

1.201Ba 10.849Aa 243Ba 12.840Aa 723Ba 11.845Ab 12.568b

Buffel 515Aa 6.265Aa 166Ba 9.767Aa 340Ba 8.016Ac 8.356c

Palma 4.205Ba 10.918Aa 302Ba 14.334Aa 2.254Ba 12.626Aa 14.880a

Média 1.974B 9.344A 237B 12.314A 1.105B 10.829A 11.935

*Letras minúsculas na coluna, comparam a produtividade de biomassa de cada espécie florestal sob os três diferentes sistemas de uso da terra. **Letras maiúsculas na linha, comparam produtividades de biomassa entre espécie florestal. Letras iguais não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

Resultados semelhantes foram encontrados por Pérez-Marin et al.

(2007), nas mesmas condições de clima semiárido; produtividade média de

41

gliricídia em consórcio com o milho e sem adubação de 3.865 Kg ha-1 de MS

de folhas e galhos finos. Já Barreto & Fernandes (2001) observaram em

tabuleiro costeiro sobre Latossolo Amarelo no município de Lagarto, SE,

utilizando espaçamento de 3 m entre linhas e 1 m entre plantas, uma

produtividade média de folhas e galhos tenros de 2.680 Kg ha-1 MS. Em um

experimento conduzido por Heriksen et al. (2002), em Turrialba, Costa Rica,

com alta precipitação (2.640 mm) e solos com bom nível de fertilidade, as

produtividades médias foram de 14,4 t ha-1 MS.

A produtividade média anual total de lenha da gliricídia e da

maniçoba, nos anos de 2008 e 2009, foi de 11.935 kg ha-1 MS (Tabela 4).

Dentre as consorciações com os cultivos, a que mais produziu lenha foi o

consórcio com palma, 14.880 kg ha-1 MS, 18 e 78% mais lenha que nos

sistemas com milho+feijão e com buffel, respectivamente.

Quando comparadas as duas espécies, a gliricídia produziu mais

lenha que a maniçoba. A média anual de produtividade de lenha da gliricídia foi

de 10.829, enquanto que para a maniçoba apenas 1.105 kg ha-1 MS (Tabela 4).

Valor bem abaixo dos apresentados no presente trabalho foi encontrado por

Pérez-Marin et al. (2007), com gliricídia plantada com espaçamento de 1 m

entre plantas e 6 m entre fileiras: 5.581 kg ha-1 MS.

A produtividade de biomassa total em Kg ha-1 de MS no sistema CA

para os quatro anos de estudo foram 7, 16, 1,5 e 2 vezes maiores que no

sistema SA (Tabela 5). Os coeficientes de variação (CV) da produtividade

média de biomassa durante os quatro anos de experimento foram de 18,2 e

89,5%, nos sistemas CA e SA, respectivamente. No sistema CA, para os três

sistemas de cultivos (milho+feijão, buffel e palma) houve uma menor variação

na produtividade de biomassa, 16,4; 42,4 e 11,7%, respectivamente. Enquanto

que, no sistema SA, os CV foram 91 e 70% para milho+feijão e buffel,

respectivamente (Tabela 5). Não foi possível calcular o CV da palma, uma vez

que sua biomassa foi apenas quantificada em 2008. A introdução das árvores

nos sistemas de produção conferiu maior estabilidade à produção de biomassa.

Segundo a FIBGE (1977), no semiárido, a variabilidade anual e os

coeficientes de variação podem ultrapassar 50%. Segundo Ellis (1994), valores

42

de CV em torno ou abaixo de 20% indicam ambientes pouco influenciados pela

variabilidade ambiental, ou ambientes relativamente estáveis. Valores acima de

30%, indicam ambientes pouco estáveis.

Tabela 5: Produtividade (kg ha

-1) de biomassa total (milho, feijão, buffel, palma, gliricídia e

maniçoba) em sistemas de uso da terra com árvores (CA) e sem árvores (SA) em Taperoá-PB.

Sistema Cultivos 2006 2007 2008 2009

Média Anual CV%

-------------------------------kg ha-1

-------------------------------------

Com Árvores

Milho +Feijão 17.916a 13.780a 18.170a 20.808a 17.668a 16,43

Buffel 9.763a 7.643a 13.885a 19.984a 12.819a 42,39

Palma 16.629a 16.629a 20.886a 16.988a 17.783a 11,67

Média 14.769A 12.684A 17.647A 19.260A 16.090A 18,23

Sem Árvores

Milho +Feijão 3.795b 228b 5.195b 11.616b 5.208b 91,31

Buffel 1.455b - 10.386a 7.896b 6.579b 70,05

Palma - - 4.764b - 1.588b -

Média 1.750B 76B 6.782B 6.504A 4.458B 89,46

*Letras minúsculas na coluna comparam um cultivo dentro de cada sistema. Letras maiúsculas na coluna comparam médias anuais de produtividade de cada sistema, letras iguais não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

Segundo Sampaio et al. (2009), no semiárido, assim como a

disponibilidade hídrica, a produção de biomassa é muito variável, uma

característica desejável para quem vive dessas atividades agrícolas. Com isso,

o manejo dos agroecossistemas deveria atenuar tais flutuações. Apesar da

baixa probabilidade de colheita de grãos, 25% em média, para culturas anuais

no semiárido (Sampaio et al., 1995), as questões tradicionais e culturais ainda

levam os agricultores da região a insistirem muito em cultivos solteiros (milho,

feijão, mandioca e etc.), na maioria das vezes, insustentáveis. Para Sampaio et

al. (2009), em sistemas biológicos com alta variabilidade ambiental, a

diversidade de atividades e fontes de renda tende a amenizar o efeito das

flutuações. Sendo assim, como pode-se observar na Tabela 5, quando

introduzidas no sistema, as árvores conferem maior resiliência aos cultivos

associados, mitigando efeitos ambientais.

43

4. CONCLUSÕES

I. Em média, ao longo dos quatro anos de estudo, o sistema sem árvores

produziu 33% mais biomassa que o sistema com árvores, mas é importante

considerar que as árvores estavam ainda em desenvolvimento nos dois

primeiros anos do estudo.

II. O capim Buffel foi a cultura que mais produziu no sistema com árvores. No

sistema sem árvores, os cultivos que mais produziram foram o buffel e o

consórcio milho+feijão, não diferenciando-se estatisticamente entre si.

III. O sistema sem árvores produziu duas vezes mais massa seca de grãos e

palhada que o sistema com árvores.

IV. A gliricídia produziu nove vezes mais biomassa de folhas, galhos finos e

lenha, que a maniçoba.

V. Os coeficientes de variação da produtividade anual de biomassa foram

menores nos sistemas com a presença de árvores.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores do presente trabalho agradecem pelo apoio financeiro

concedido pelo(a) CAPES pela concessão da bolsa de mestrado, ao CNPq

pelo apoio financeiro através do Edital MCT/CNPq 15/2007 (Processo

478138/2007-5), Edital MCT/CNPq 01/2005 (Projeto Imsear), Edital

MCT/CNPq/CT-Agro 43/2008 (Processo 574893/2008-3), e ao Inter American

Institute for Global Change Research (IAI) - Projeto Amfoods (CRN2-014).

44

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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47

CAPÍTULO 2

FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO EM GLIRICIDIA E FEIJÃO

MACASSAR EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO SEMIÁRIDO

PARAIBANO.

48

FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO EM GLIRICIDIA E FEIJÃO

MACASSAR EM SISTEMAS AGROFLORESTAIS NO SEMIÁRIDO

PARAIBANO.

Júlio César Rodrigues Martins, Rômulo Simões Cezar Menezes, Ana Dolores

Santiago de Freitas

RESUMO

Em regiões semiáridas, o uso de leguminosas capazes de realizar a fixação

biológica do nitrogênio (FBN) em simbiose com rizóbios representa uma

estratégia promissora para introduzir N nos sistemas de cultivo. O objetivo do

presente trabalho foi quantificar a FBN pela gliricídia e pelo feijão macassar em

sistemas agroflorestais e tradicionais (sem árvores) no semiárido paraibano. O

trabalho foi desenvolvido em Taperoá, PB, onde, em 2006, foram estabelecidas

parcelas de campo com três sistemas de produção agrícola característicos da

região semiárida: 1) milho+feijão macassar; 2) capim buffel; e 3) palma

forrageira. Para cada sistema de produção, foram estabelecidas parcelas

tradicionais ou agroflorestais. Nas parcelas agroflorestais, as culturas foram

consorciadas com árvores em fileiras contendo indivíduos de glirícidia

(Gliricidia sepium (Jacq.)) e maniçoba (Manihot glaziovii Muel Arg.)

intercalados. A dimensão das parcelas tradicionais era de 5 x 10 m e as

agroflorestais de 10 x 30 m, com quatro fileiras de árvores espaçadas 6 m entre

si e com 1 m de distância entre as árvores dentro das fileiras. Foram avaliados

biomassas, teores e acúmulos de N nos sistemas. Nas leguminosas (gliricídia e

feijão macassar), foram determinados os teores de 15N para estimativa da FBN

através da metodologia da abundância natural. A gliricídia apresentou teores

médios de nitrogênio de 36 g Kg-1. Nos tratamentos buffel e palma, ambos em

consórcio com a gliricídia, a proporção de N proveniente da atmosfera (Ndda%)

da gliricidia foi de 49%. Por outro lado, no tratamento gliricídia consorciada com

milho+feijão, a proporção de Ndda% foi de 21,74%. As maiores quantidades de

N fixado ocorreram no tratamento com buffel (43 Kg ha-1). O teor médio de N

49

no feijão macassar no sistema agroflorestal foi de 29 g Kg-1 enquanto que no

sistema de cultivo tradicional foi de 23 g Kg-1. O feijão macassar no sistema

tradicional apresentou os maiores valores de N acumulado, mas os valores de

Ndda% no sistema agroflorestal foram maiores que no tradicional (68 e 62%,

respectivamente).

Palavras chave: Gliricidia sepium; Vigna unguiculata; N-15; abundância

natural; leguminosas.

50

BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION IN GLIRICIDIA AND COWPEA IN

AGROFORESTRY SYSTEMS IN THE SEMIARID PARAIBA

ABSTRACT

In semi-arid regions, the use of legume species capable of establishing

simbiotic biological nitrogen fixation (BNF) represents a promising strategy to

introduce N in crop production systems. The objective of the present study was

to quantify the BNF by gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.)) and cowpea (Vigna

unguiculata) within agroforestry and traditional land use systems in the semi-

arid region of the state of Paraíba, Brazil. In 2006, in the municipality of

Taperoá, field plots with the following land use systems characteristic of the

semi-arid region were established: 1) maize + cowpea; 2) buffel grass; and 3)

prickly pear. For each land use system, traditional and agroforestry plots were

established. In the agroforestry plots, the different crops were intercropped with

rows planted with individuals glirícidia and maniçoba (Manihot glaziovii Muel

Arg.). the size of the plots without trees was 5 x 10 m and the agroforestry plots

was 10 x 30 m, with four rows of trees with 6 m between the rows and 1 m

between trees within the rows. We evaluated biomass production and nutrient

concentration and uptake. For the legume species (gliricídia and cowpea) we

determined 15N in order to estimate BNF through the natural abundance

technique. Gliricidia presented average N contents of 36 g Kg-1. In the land use

systems with buffel Grass and prickly pear, the proportion of N derived from the

atmosphere (Ndfa) of gliricídia was 49%. However, in the treatment with maize

and cowpea, the Ndfa of gliricídia was only 21.74%. The greater amounts of N

fixed by gliricídia were observed in the buffel grass plots (43 Kg ha-1). The

cowpea in the traditional system presented the greatest N accumulation, but the

percentage of Ndfa for cowpea was greater in the agroforestry plots, compared

to traditional plots (68 e 62%, respectively).

Palavras chave: Gliricidia sepium; Vigna unguiculata; N-15; natural

abundance; legume species.

51

1. INTRODUÇÃO

O nitrogênio (N) é um elemento essencial para as plantas e limitante

à produtividade agrícola, principalmente em regiões áridas e semiáridas. O

interesse pelo uso de leguminosas como fonte de N para as culturas

comerciais tem aumentado nos últimos anos, tanto por razões econômicas

como ambientais. Este interesse é devido ao processo de fixação biológica do

nitrogênio (FBN), que ocorre no interior de nódulos, onde bactérias, geralmente

conhecidas por rizóbios, convertem o N2 atmosférico em amônia, que é

incorporada em diversas formas de N orgânico para a utilização pela planta

(ARAÚJO & CARVALHO, 2006).

No entanto, poucos estudos têm sido desenvolvidos para quantificar

a contribuição da FBN em leguminosas no semiárido brasileiro. Entre os

métodos para quantificar a FBN em condições de campo, as técnicas

isotópicas são vistas como as mais confiáveis, uma vez que permitem estimar

a proporção do N da planta que foi obtido via FBN durante todo o ciclo da

cultura (Vieira-Vargas et al., 1995).

Em estudo realizado por Freitas et al. (2010), utilizando o método do

δ15N, com leguminosas arbóreas, foi detectado que muitas espécies têm

potencial para fixar grandes quantidades de N em vegetação nativa do

semiárido nordestino. Desta forma, o uso de leguminosas arbóreas em

consórcio com culturas anuais, como os sistemas agroflorestais pode ser uma

alternativa eficaz para o aumento da produtividade e sustentabilidade da

agricultura na região. A quantificação dos “inputs” via FBN nestes

agroecossistemas, geralmente pobres nem N, é fundamental para o

planejamento e manejo dos mesmos.

Experiências em regiões semiáridas de outros países demonstram

que, de fato, a FBN pode promover entradas significativas de N em sistemas

agroflorestais. No Texas (Estados Unidos), Lopes Villagra & Felker (1997)

avaliaram que Prosopis spp obtem entre 63 e 73% de todo nitrogênio utilizado

pela planta via FBN. Habtegebrial & Singh (2006), em experimento com ervilha

(Pisum sativum L. cv. Markos) conduzido no nordeste da Etiópia, numa região

52

com precipitação pluviométrica variando entre 200 e 700 mm anuais,

encontraram que entre 53 e 70% do nitrogênio total da planta era advindo da

atmosfera por meio da associação simbiótica.

Sob condições semelhantes de temperatura e precipitação, na região

leste do Quênia, as arbóreas Sesbania sesban e Calliandra calothyrsus fixaram

de 70 a 90% e de 50 a 70%, respectivamente, de seus conteúdos de N (STAHL

ET AL., 2002) e os valores absolutos das entradas de nitrogênio foram de 280

a 360 Kg N. ha-1 para a sesbania e de 120 a 170 Kg N. ha-1 para a caliandra,

entradas significativas de um dos elementos que mais oneram os custos em

cultivos comerciais.

Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi quantificar a

fixação biológica de N2 atmosférico pela gliricídia e feijão macassar em

sistemas agroflorestais no semiárido paraibano.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Localização da Área Experimental

O estudo foi conduzido na Estação Agroecológica Vila Maria Rita, no

município de Taperoá, semiárido paraibano, que está localizado a 7º 12’ 23” de

latitude Sul e 36º 49’ 25” de longitude W , com altitude média de 532 m. O

clima é semiárido, com temperatura média anual de 30ºC e precipitação média

de 600 mm. Os totais anuais de precipitação pluviométrica em 2006, 2007,

2008 e 2009 foram 987, 533, 725 e 756 mm/ ano, respectivamente (Figura 1).

53

2.2 Caracterização química e física do solo

O solo na área experimental é classificado como Neossolo Flúvico

(EMBRAPA, 2006), com caracterização química e física descrita na Tabela 1

de acordo com (SOUSA, 2009). As metodologias utilizadas para caracterização

química e física do solo foram propostas e descritas pela Embrapa (1999),

seguindo os procedimentos: pH em H20 (solo: 2,5 água, v/v); Ca+2 e Mg+2

(extraídos com KCl e determinados por absorção atômica); P, K+ e Na

(extraídos com Mehlich-1 e determinados K+ e Na por fotometria de chama e o

P por colorimetria); C orgânico (determinado por oxidação úmida em dicromato

de potássio; e granulometria pelo método do densímetro.

Figura 1. Precipitação pluviométrica mensal (PM) e acumulada (PA) no Centro Agroecológico

Vila Maria Rita, Município de Taperoá - PB, durante os anos de 2006, 2007, 2008 e

2009.

54

Tabela 1. Características químicas e físicas do solo, em dois sistemas de uso da terra com árvores (CA) e sem árvores (SA), submetidas a três diferentes sistemas de uso da terra no semiárido Paraibano, em Taperoá, PB, 2007.

Sistem

a de

uso da

terra1

Cultivos pH P K Na Ca Mg C.O.

Granulometria

areia argila silte

H2O mg kg-1 --------------cmolc kg

-1----------------- ---------------------g.Kg

-1-----------------

Com

Árvores

Milho+

Feijão 7,69 77,45 0,55 0,16 9,02 1,61 7,82 698 172 130

Buffel 7,70 65,23 0,50 0,31 5,84 0,99 9,51 685 172 143

Palma 7,46 72,30 0,43 0,18 6,53 0,90 10,34 658 182 160

Sem

Árvores

Milho+

Feijão 7,15 51,63 0,51 0,12 6,42 1,03 8,05 665 185 150

Buffel 7,30 78,91 0,63 0,16 5,71 0,84 9,47 723 147 130

Palma 7,09 60,81 0,41 0,17 7,15 1,16 8,13 633 197 170

(1) Sistemas de uso da terra com árvores (CA) e sem árvores (SA).

Fonte: (SOUSA, 2009)

2.3 Delineamento Experimental

O experimento foi instalado em blocos ao acaso, em parcelas sub-

divididas, com quatro repetições, em que os tratamentos principais consistiam

em sistemas agroflorestais, com e sem a presença de espécies arbóreas, e os

três tratamentos secundários consistiam nos três tipos de culturas

(feijão+milho, capim buffel, e palma). Os espaçamentos nos cultivos de feijão +

milho foram de 1 m entre fileiras e 0,25 m entre plantas; a palma, de 1 m entre

fileiras e 0,5 m entre plantas e o de capim buffel de 0,5 m entre fileiras e 0,1 m

entre plantas.

2.4 Instalação do experimento

O experimento foi instalado no início da estação de chuvas de 2006, em

parcelas experimentais de 6 x 10 m (área útil de 45 m2), com os seguintes tipos

de agroecossistemas: 1) sistema de cultivo agrícola tradicional com espécies

herbáceas anuais: consórcio de milho (Zea mays) e feijão (Vigna unguiculata);

2) sistemas de produção de forragem com espécie herbácea perene: capim

buffel (Cenchrus ciliaris); e 3) sistemas de produção de forragem com palma

(Opuntia ficus-indica). Para cada um dos sistemas de produção, foram

55

estabelecidas também parcelas agroflorestais com dimensões de 10 x 30 m

(Área útil de 162 m2), e introduzidas fileiras gliricídia (Gliricidia sepium (Jacq.))

e maniçoba (Manihot glaziovii Muel Arg.), com espaçamento de 6 m entre

fileiras e 1 m entre árvores nas fileiras, consorciadas com as demais herbáceas

e arbustivas.

2.5 Determinação da biomassa de folhas de gliricídia e feijão macassar

Para quantificação de biomassa, as árvores de gliricídia foram podadas

com facão a altura de aproximadamente 1,5 m do solo, deixando-se 1 (um)

tronco. A poda foi realizada uma semana antes do plantio das culturas anuais

(entre fevereiro – março de cada ano). Após a poda, a biomassa retirada foi

separada em duas frações, folhas (incluindo galhos finos com diâmetro < 1,5

cm) e lenha (todos os galhos com diâmetro > 1,5 cm), realizando-se a

pesagem das respectivas frações com auxílio de balança portátil com

Capacidade para 20 Kg.

Para a quantificação da biomassa do feijão macassar foi realizada a

colheita aos 60 dias após o plantio (DAP), separou-se a biomassa aérea em

grãos e palha, em seguida foram realizadas a pesagem com auxílio de balança

analítica. Como não foi quantificado o peso total da planta, apenas grão e palha

da vagem, foi utilizado como índice de colheita o valor de 30% para se estimar

os valores de biomassa total, proposto por (BOYER, 1996; SAMPAIO ET AL.,

2004) para feijão macassar (Vigna unguiculata) em áreas secas. A

quantificação da massa seca do feijão não foi realizada devido à colheita tardia

das vagens, muitas folhas no momento já teriam sido perdidas, subestimando

os valores de biomassa e N fixado. Para ambas as espécies foram retiradas

sub-amostras e levadas a estufa de circulação forçada no Laboratório de

Fertilidade do solo do Departamento de Energia Nuclear – UFPE, por 72 horas

a 65ºC para determinação da massa da matéria seca.

56

2.6 Determinação da fixação biológica de N em gliricídia e feijão macassar

Em cada sub-parcela foram coletadas amostras de folhas de diversos

indivíduos, para comparação entre a abundância natural de 15N de folhas das

leguminosas fixadoras (gliricídia ou feijão) e a abundância natural de folhas de

plantas controle não fixadoras do mesmo local. Como espécie controle arbórea

não-leguminosa foi selecionada a maniçoba (Manihot glaziovii Muell. Arg.) e

como espécie controle herbácea foi selecionada uma planta espontânea, a

quebra-panela (Alternanthera tenella Colla). Decidiu-se não coletar o milho ou

capim buffel como herbáceas controle devido ao potencial de fixação das

gramíneas.

As folhas coletadas de ambas espécies (fixadora e controle) foram secas

em estufa de circulação forçada a 65ºC pó 72 horas, moídas e

homogeneizadas e enviadas para determinação das quantidades de 15N (‰)

por espectrometria de massa no Laboratório de abundância natural do CENA -

USP (Centro de Energia Nuclear na Agricultura – Piracicaba, SP). As

estimativas do percentual de nitrogênio da planta derivado do ar (%Ndda), na

gliricídia e no feijão macassar, foram feitas utilizando a fórmula descrita por

Shearer e Kohl (1989):

100*BN

NNNdda%

)referência(

15

)fixadora(

15

)referência(

15

Onde: δ15N(referência) é o valor médio dos δ15N das plantas controle,

δ15N(fixadora) é o valor médio dos δ15N das plantas fixadoras e B é o valor de δ15N

para plantas fixadoras cultivadas na ausência de N. O valor B, mais usado para

arbóreas, é -2 (SCHULZE ET AL., 1991; ROGGY ET AL.,1999; RADDAD ET

AL., 2005) e -1,51‰ para o feijão macassar (NGULUU ET AL., 2001).

Para determinar os teores de nitrogênio total (%) nas folhas, amostras

de 0,25g desse material foram digeridas em uma mistura sulfúrica (EMBRAPA,

1999). Nos extratos, foram determinados os teores de N pelo método Kjeldahl

(BREMNER & MULVANEY, 1982).

57

2.7. Análise estatística

Os valores de produtividade de biomassa, teores de nitrogênio total e

δ15N, obtidos foram submetidos a análise de variância. Os resultados obtidos

foram comparados pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Utilizando o

programa estatístico SISVAR (FERREIRA, 2003). Para o feijão macassar foi

utilizado o teste T (RIBEIRO JR, 2004), por apresentar apenas dois

tratamentos (agroflorestal e tradicional).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A produtividade de biomassa da Gliricidia sepium (gliricidia) em

consórcio com milho+feijão foi de 3.938 Kg ha-1 de massa seca (MS), a

gliricidia em consórcio com o milho+feijão apresentou produtividades de 78 e

75% maior que quando consorciado com o buffel e com a palma,

respectivamente (Tabela 2). Resultados semelhantes foram encontrados por

Pérez-Marin et al. (2007), nas mesmas condições de clima semiárido; a

produtividade média de biomassa de gliricídia em consórcio com o milho e sem

adubação orgânica foi de 3.865 Kg ha-1 de MS de folhas e galhos finos. Barreto

& Fernandes (2001) observaram em tabuleiro costeiro sobre Latossolo Amarelo

no município de Lagarto, SE, utilizando espaçamento de 3 m entre linhas e 1 m

entre plantas, uma produtividade média de folhas e galhos tenros de 2.680 Kg

ha-1 MS.

O teor médio de N em folhas e galhos finos de gliricidia foi de 36 g kg-1.

A cultura com a qual estava consorciada não influenciou nos teores de N em

folhas e galhos finos da gliricidia (Tabela 2). De acordo com Malavolta et al.

(1997), os teores adequados de N em folhas de leguminosas forrageiras estão

entre 30 e 35 g Kg-1. Pérez-Marin & Menezes (2008), em estudo no semiárido

paraibano em um sistema agroflorestal sobre um Neossolo Regolítico

avaliando a influência das árvores sobre a produtividade de grãos e palhada do

milho, observaram teores de N em folhas e galhos finos de Gliricidia sepium

bem próximos dos encontrados no presente estudo 33 g Kg-1, em outro estudo

58

na mesma região semiárida paraibana do trabalho anterior, Mundus et al.

(2008) observaram valores de N em folhas de gliricídia de 44 g Kg-1. Paulino et

al. (2009) em estudo em Campo dos Goytacazes, RJ, Argissolo Amarelo,

avaliando a fixação biológica de N2 em três espécies leguminosas, observaram

um teor de N em folhas de gliricídia de 31 g Kg-1, e Nygren & Cruz (1998) em

Prise d`Eau, Guadeloupe, sob Argissolo de 33 g Kg-1. Salviano & Nunes (1988)

e Salviano (2001) observaram valores de 33 g Kg-1 de N em folhas e galhos

tenros de maniçoba.

O maior acúmulo de N na gliricídia foi observado quando consorciada

com milho+feijão 132 kg ha-1, enquanto que o menor acúmulo foi quando

consorciada com a palma, 73 Kg ha-1 (Tabela 2). Valores bem próximos foram

encontrados por Pérez-Marin & Menezes (2008), que obtiveram 127 Kg ha-1 de

N acumulado, em folhas e galhos finos de gliricídia. Acúmulos de N em

gliricídia menores do que os obtidos no presente trabalho foram observados

por Paulino et al. (2009), em dois anos consecutivos, 56,4 e 80,3 kg ha-1.

Durante cinco anos de experimento, avaliando o acúmulo de nutrientes e

aplicação como adubo verde da crotalaria (Crotalaria juncea) e/ou esterco na

batata (Solanum tuberosum L.), Silva et al. (2007), observaram nos tratamentos

CE (crotalaria + esterco) e C (crotalaria) acúmulos de N de 39 a 140 Kg ha-1.

Os valores de N proveniente da fixação biológica de nitrogênio

atmosférico (N-FBN) da gliricídia consorciada com buffel (49,4%) e com palma

(48,3%) foram significativamente maiores que no consórcio com milho+feijão

(21,7%) (Tabela 2). Paulino et al. (2009) observaram que 80% do N era

proveniente da FBN, valores bem acima dos encontrados no presente estudo.

Sanginga et al. (1994), avaliando estimativas de N derivado da FBN em

gliricidia podada observaram valores de 54%, semelhantes aos encontrados na

gliricídia no presente trabalho nos dois tratamentos, consorciada com palma e

com buffel.

A maior quantidade de N fixado na gliricídia (43 Kg ha-1) ocorreu quando

em consórcio com o buffel, principalmente devido ao maior teor de N das

plantas neste tratamento. No consórcio com palma, a gliricídia fixou 20%

59

menos N que consorciada com buffel, apesar de ter produção de biomassa

semelhante (Tabela 2).

Conforme Peoples & Craswell (1992), diferenças no sistema radicular,

aproveitamento melhor dos recursos do solo (água, nutrientes), na habilidade

competitiva das culturas componentes do agrossistema em obter N do solo

podem estimular a FBN em cultivos consorciados. Situação semelhante foi

observada por Perin et al. (2004), que relataram potencial de FBN na crotalária

em monocultivo, menor do que quando consorciada com milheto, com valores

de 57 e 61%, respectivamente.

Tabela 2: Biomassa, teores de N e 15N e quantidades de N total em folhas de gliricídia (GLI) e maniçoba (MAN), e quantidades de N fixado em gliricídia, em um sistema agroflorestal, consorciadas com três culturas.

Cultura Consorciada

Massa seca

(Kg ha-1

)

Teor de N

(g Kg-1

)

N acumulado (Kg ha

-1)

δ15

N (‰)

Ndda (%)

N fixado (Kg ha

-1)

GLI

GLI GLI GLI

MAN

Milho+Feijão 3.938a1 35,43a 132,4a 8,69a 11,66a 21,74b 28,80a

Buffel 2.213b 39,54a 87,4ab 5,15b 11,98a 49,38a 46,04a

Palma 2.253b 32,35a 72,8b 5,59b 12,84a 48,30a 34,94a

CV% 52,33 2,80 57,77 16,62 17,51 26,50 52,78 1

Letras minúsculas iguais na coluna não diferem estatisticamente. 2 Letras maiúsculas iguais na linha não

diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade.

A produtividade de massa seca do feijão para os dois sistemas de

cultivo, tradicional e agroflorestal, foi significativo a 5% (Tabela 3). A massa

seca do feijão no sistema tradicional foi 333% maior que no agroflorestal.

Redução esperada, uma vez que a presença de árvores afeta diretamente a

produtividade das culturas associadas pela competição por água, nutrientes e

luz (SANCHEZ, 1995; PÉREZ-MARIN ET AL., 2007). Dados sobre variedades

locais do nordeste brasileiro estimam a produtividade de grãos no feijão

macassar de 300 Kg ha-1 (IBGE, 2005), ou seja, levando em consideração um

índice de colheita de 30% para o feijão macassar em regiões áridas e

semiáridas (BOYER, 1996; SAMPAIO ET AL., 2004) temos uma produtividade

de biomassa (parte aérea total) de 1000 Kg ha-1, valores próximos aos

60

encontrados no presente estudo que foi de 902 kg ha-1 (Tabela 3) no sistema

tradicional.

O teor médio de N no feijão macassar no sistema agroflorestal foi de

29 g kg-1 enquanto que no sistema de cultivo tradicional foi de 23 g kg-1 (Tabela

3). Não houve influência do tipo de sistema de cultivo sobre o teor de N em

folhas de feijão macassar. Em estudo com feijão macassar, um teor de 20,8 g

Kg-1 foi encontrado por Parry et al. (2008), que relataram que eles estariam

abaixo dos propostos como ideais por Fageria et al. (1996) e Raij et al. (1996).

Entretanto, para Malavolta et al. (1997), os teores adequados de N em folhas

de feijão macassar (Vigna spp.) está entre 18 e 22 g Kg-1. Jasmim et al. (2002),

encontraram valores de N em folhas de feijoeiro de 43,9 g Kg-1, acima dos

encontrados no presente estudo.

O feijão macassar para acúmulo de N apresentou diferença estatística

(Tabela 3). O feijão macassar no sistema de cultivo tradicional apresentou 2

(dois) vezes mais N acumulado que no sistema de cultivo agroflorestal. O fator

que mais influenciou para diferença do N acumulado foi a diferença significativa

da massa seca entre os sistemas, que é explicado pela consorciação com o

milho. Em estudo realizado para avaliar a produtividade e fixação biológica de

nitrogênio em sete variedades locais de feijão macassar (Vigna unguiculata L.

(Walp)), Silva et al. (2010), observou um acúmulo médio de N na parte aérea

de 38 Kg ha-1.

Os valores de Ndda% do feijão no sistema agroflorestal e tradicional

foram de 68,4 e 57,0%, respectivamente (Tabela 3). Isso pode ter ocorrido

devido a maior competição pelo N do solo, estimulando a FBN no sistema de

cultivo agroflorestal. Habtegebrial & Singh (2006), avaliando o potencial de

fixação de N2 da ervilha (Pisum sativum), tratadas com fertilizante fosfatado,

inoculação e testemunha (sem fertilização e sem inoculação), observou que o

N derivado da fixação atmosférica (Ndda%) era de 52,7 a 70,4%. Valores

dentro deste intervalo foram encontrados no presente estudo para o feijão

macassar.

61

Tabela 3: Quantificação da fixação biológica de N2 pelo feijão macassar (Vigna unguiculata) sob dois sistemas de cultivo (agroflorestal e tradicional), Taperoá, PB, 2009.

Sistema

de

cultivo

MSa

Teor N

(g Kg-1

)

N

acumulado δ

15N

% Ndda N fixado

(Kg ha-1

) Feijão Feijão (Kg ha

-1)

Feijão QPb

Agroflorestal 208 28,9 6,3 2,8 12,1 68,4 4,5

Tradicional 902 23,2 19,1 3,5 11,6 57,0 12,4

Valor P 0,04* 0,35** 0,04* 0,76** 0,44** 0,58** 0,17**

a Massa Seca (Kg ha

-1).

b QP – Quebra-Panela (Alternanthera tenella Colla).

* Significativo. ** Não significativo.

4. CONCLUSÕES

1. As maiores porcentagens de nitrogênio proveniente da atmosfera pela

gliricídia foram encontradas nos consórcios com buffel e palma. As

quantidades de N fixado pela gliricídia em consórcio com o buffel foram

maiores que nos consórcios com milho+feijão e palma.

2. No sistema agroflorestal o feijão macassar apresentou os maiores

valores de nitrogênio proveniente da atmosfera que o sistema

tradicional. Entretanto, valores de N fixado pelo feijão macassar foram

maiores no sistema tradicional que no agroflorestal conseqüência da

diferença significativa de biomassa entre os sistemas.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores do presente trabalho agradecem pelo apoio financeiro

concedido pelo(a) CAPES pela concessão da bolsa de mestrado, ao CNPq

pelo apoio financeiro através do Edital MCT/CNPq 15/2007 (Processo

478138/2007-5), Edital MCT/CNPq 01/2005 (Projeto Imsear), Edital

MCT/CNPq/CT-Agro 43/2008 (Processo 574893/2008-3), e ao Inter American

Institute for Global Change Research (IAI) - Projeto Amfoods (CRN2-014).

62

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BOYER, J. S. Advances in drought tolerance in plants. Advances in Agronomy. 56:187 – 218, 1996.

BREMNER, J. M. & MULVANEY, C. S. Nitrogen-total. In: PAGE, A.L.; MILLER, R.H. & KEENEY, D.R., eds. Methods of soil analysis. Chemical and microbiological properties.. Madison, ASA-SSSA, 1982. Part. 2.p. 595-624. (Agronomy Monograph, 9)

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA - EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. 2.ed. Rio de Janeiro, 2006. 306p.

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FAGERIA, N. K.; OLIVEIRA, I.P. DE; DUTRA, L. G. Deficiências nutricionais na cultura do feijoeiro e suas correções. Goiânia: Embrapa-CNPAF-APA, 1996. 40p. Documentos, n.65

FERREIRA, D. F. SISVAR: versão 4.6. Lavras: DEX/UFLA, 2003. Software.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

A agricultura familiar no Brasil corresponde a 77% dos produtores

rurais e gera mais de 12 milhões de empregos. Contudo, possuem apenas 20%

das terras e são responsáveis por 30% da produção nacional. Nesse contexto,

o máximo aproveitamento das terras agricultáveis da propriedade é

fundamental para aumento da geração de renda. Quando levamos em

consideração a região semiárida do nordeste do Brasil, uma região

caracterizada principalmente pela escassez de água na maior parte do ano

torna a sustentabilidade da produção agrícola cada vez mais difícil. Por isso,

elevar a produtividade e diversificar a oferta de produtos sem comprometer ou

mitigando os efeitos negativos dessa atividade é imprescindível para se

construir uma propriedade rural sustentável.

Uma destas técnicas que visam a maior diversificação na oferta de

produtos, aumento da produtividade e estabilização dos cultivos agrícolas é a

implantação de Sistemas Agroflorestais (SAF). No presente trabalho, ocorreu

redução na produtividade de biomassa das culturas associadas (milho, feijão,

buffel e palma) devido a competição por água, nutrientes e luz. Dentre as

espécies cultivadas que foram testadas no SAF, o capim buffel apresentou-se

como a que mais produziu biomassa.

Apesar de uma maior produtividade de biomassa das culturas

associadas sob sistema tradicional (sem árvores), quando somada toda

biomassa produzida no sistema agroflorestal (gliricídia, maniçoba, milho, feijão,

buffel e palma) este apresentou um incremento de 200% mais biomassa que

no sistema tradicional. No presente estudo a introdução das espécies arbóreas

possibilitaram além de uma maior estabilidade na produção de biomassa, um

incremento significativo de nitrogênio aos sistemas de cultivos.

Em estudos posteriores com sistemas agroflorestais, informações

que busquem um maior entendimento sobre os sistemas radiculares das que o

compõem são importantes para elucidar questões de competição das espécies.