Fixação Biológica De Nitrogênio (FBN) Na Agricultura

O Que É A Fixação Biológica De Nitrogênio E O Seu Uso Na Agricultura?

Processo de fixação biológica do nitrogênio é um processo que implica a transformação do N2 atmosférico relativamente não reativo nos seus compostos mais reativos (nitratos, nitritos, ou amoníaco). Porque é importante a fixação biológica de nitrogênio? Tais formas reativas são adequadas para as culturas e apoiam o seu crescimento. Pelo contrário, a deficiência de azoto atordoa o crescimento das culturas e o desenvolvimento saudável. Cerca de 90% da fixação biológica de nitrogênio natural no nosso planeta é biótica e ocorre graças aos microrganismos do solo. Os indutores naturais abióticos são relâmpagos e raios UV. Em alternativa, fixação biológica de nitrogênio pode ser fixada com equipamento elétrico ou industrialmente.

Plantas Fixadoras Biológicas De Azoto Na Agricultura

Uma cultura fixadora do azoto é uma forma natural de fornecer o ajustado-N às plantas sem qualquer danos industriais à natureza. A sua utilização na rotação de culturas permite a fixação biológica de nitrogênio para as plantas seguintes. Outra prática bem sucedida é a utilização da fixação biológica do nitrogênio em espécies vegetais no consorciação de culturas (interplantação).

Vantagens Da Fixação Biológica De Azoto Com Cultura De Cobertura

As leguminosas são conhecidas como as melhores plantas que conseguem fazer fixação biológica de nitrogênio e podem ser cultivadas como culturas de rendimento ou de cobertura. As culturas de cobertura fixadoras biológicas de azoto trazem múltiplos benefícios aos agricultores:

• participar na fixação biológica de azoto;
• proteger o solo da erosão, cobrindo-o ou mantendo-o no seu lugar com sistema de raiz forte;
• melhorar a fertilidade do solo quando é utilizado como adubação verde;
• reter a umidade do solo;
• ajudar na gestão de ervas daninhas com resíduos de culturas;
• servir como material forrageiro e de pastagem para aves de capoeira e gado;
• atrair polinizadores na época de floração das culturas.

Melhor Cultura De Cobertura Para Fixação Biológica De Nitrogênio

Trevos, ervilhacas e ervilhas são plantas fixadoras biológicas de azoto utilizadas pelos agricultores no nível mundial.

A cultura do trevo para fixação biológica de azoto é utilizada na Primavera ou no Outono. Para além de vantagens práticas acima mencionadas, os trevos floridos são um espectáculo de vista. Além disso, os novos trevos brancos resistentes da Universidade do Texas A&M resistem a ferrugens e secas. Os trevos podem sobreviver a Invernos suaves mas são arriscados para invernos rigorosos.

As ervilhacas são resistentes ao inverno e, portanto, adequados para estações mais frias. A ervilhaca peluda é o tipo mais forte e é uma boa cultura de cobertura de Inverno com fixação biológica de nitrogênio. É plantada no início do Outono para que as raízes se estabeleçam antes das primeiras geadas.

Ervilhas ou feijões podem ser utilizados como cultura de cobertura de verão fixadora de azoto ou colhidos para a alimentação. Em ambos os sentidos, enriquecem o solo com N.

As ervilhas do sul preferem as estações quentes e são semeadas quando a temperatura do solo atinge os 60F.

A lista de plantas que fazem fixação biológica de nitrogênio para a agricultura é bastante versátil e inclui, entre outras:

• Feijão: fava (faba, larga), alfafa, verde ( francês), corredor, campo, doces, amendoins, soja, creme, feijões pretos ou roxos descascados, tremoços, lentilhas, feijão-frade, grão-de-bico.
  
• Ervilhas: peludas, americanas, de madeira, tufadas.
  
• Trevos: brancos, vermelhos, carmesim

Valor E Quantidades De Fixação Biológica De Nitrogênio em Plantas Leguminosas

O valor da cultura fixadora biológica de azoto é compreendido através da correlação do N fixado por leguminosas e custos dos fertilizantes químicos. Torna-se ainda mais óbvio com as estimativas do Banco Mundial, que os preços dos fertilizantes vão crescer em 2021. Assim, coloca-se a questão de saber quanto é que as plantas fixadoras de azoto podem realmente fixar. Por sua vez, a sua capacidade ajudará a definir as culturas mais produtivas para a fixação biológica de nitrogênio.

A quantidade de fixação biológica de nitrogênio nas plantas é diferente. Depende de múltiplos fatores:

• Idade das plantas. As plantas mais antigas (culturas anuais de cobertura perenes vs. de fixação biológica de nitrogênio) são mais eficientes.
  
• Duração da estação. Quanto maior for a duração, maiores são as taxas de fixação biológica de nitrogênio.
  
• Finalidade. Colheita, pastagem, incorporação como estrume verde – o corte ou pastagem reduz as propriedades de fixação biológica de nitrogênio enquanto as leguminosas de grão são mais produtivas.
  
• Condições gerais de crescimento. A competição com outras culturas, condições climatéricas desfavoráveis, má gestão das ervas daninhas e controlo de pragas, etc., diminuem o potencial de fixação biológica de azoto nas plantas.
  
• N residual nos solos. Depende da quantidade atual de N no solo a partir das colheitas ou fertilizaçoes anteriores.
  
• Espécies vegetais. Alfafa e trevos são as melhores culturas de cobertura fixadoras biológicas de azoto em termos de capacidade.

O quadro abaixo mostra o potencial de fixação biológica de nitrogênio de algumas leguminosas, do mais alto ao mais baixo.

O Que São Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio?

Como o nome sugere, as bactérias de fixação de nitrogênio participam no processo de fixação deste nutriente. Os exemplos de bactérias fixadoras biológicas de azoto incluem Rhizobium (anteriormente Agrobacterium), Frankia, Azospirillum, Azoarcus, Herbaspirillum, Cyanobacteria, Rhodobacter, Klebsiella, etc. As bactérias fixadoras biológicas de azoto sintetizam a única enzima de nitrogenase responsável pela fixação biológica de azoto.

O Que Fazem As Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio?

As bactérias de fixação biológica de nitrogênio convertem o N gasoso do ar em compostos inorgânicos. Embora o papel das leguminosas na fixação biológica de nitrogênio seja inegável, a tarefa é demasiado difícil só para elas. De facto, o processo de fixação biológica ocorre graças à simbiose de leguminosas e bactérias fixadoras biológicas de azoto. É comum para o Rhizobium, colonizando as raízes das leguminosas. No entanto, a sua simbiose não é a única opção: existem também organismos de fixação biológica de vida livre e associados.

Porque É Que As Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio São Importantes Para As Plantas?

O papel das bactérias fixadores de azoto é o de fornecer às plantas o nutriente vital que elas próprias não podem obter do ar. Os microrganismos de fixação biológica de nitrogênio fazem o que as cultura biológica não conseguem – obter N assimilável para elas. As bactérias retiram-no do ar como gás e libertam-no no solo, principalmente como amoníaco. É a única opção adequada para as plantas porque só podem consumir N do solo e apenas como compostos inorgânicos nitrogenados, o que explica qual importância de fixação biológica de nitrogênio.

Como É Que As Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Ajudam As Culturas?

As bactérias de fixação biológica de nitrogênio fornecem às culturas o N pronto a usar de que necessitam como parte das moléculas de clorofila. A clorofila é fundamental para a fotossíntese – para transformar a energia da luz solar em energia química. Simplificando, as plantas precisam dela para obter alimentos. Além disso, necessitam de N como parte dos aminoácidos para construir proteínas que participam no metabolismo e armazenamento de energia. A falta de fixação biológica de nitrogênio leva à deficiência alimentar, o que resulta no amarelecimento da vegetação, desbaste, murchamento, atraso do crescimento global e decadência.

Como É Que As Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Afetam A Fertilidade Do Solo?

As bactérias de fixação biológica de nitrogênio no solo saturam-no com compostos inorgânicos contendo N, que são nutrientes necessários às culturas. Quando as bactérias fixadoras biológicas morrem, o N acumulado na sua biomassa é liberado para o solo. Desta forma, aumentam naturalmente a fertilidade do solo, permitindo aos agricultores poupar em fertilizantes sintéticos.

Como É Que As Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Ajudam O Ciclo Do Azoto Através Dos Ecossistemas?

As bactérias fixadoras biológicas de N participam na circulação de N através dos ecossistemas, capturando-as do ar e ajustando-se às necessidades das plantas (fixação biológica de nitrogênio). Depois, as culturas utilizam-no para o crescimento (assimilação de azoto). Mais adiante, quando as plantas e as bactérias morrem, os decompositores dividem os seus compostos nitrogenados e libertam amonia ou amoníaco (amonificação). As bactérias nitrificantes convertem o amoníaco em nitratos (nitrificação), tanto consumidos pelas plantas, tanto pelas bactérias desnitrificantes. Estes últimos transformam os nitratos em azoto atmosférico livre que volta para o ar (desnitrificação).

Embora o N seja importante para as plantas, a sua fixação biológica em excesso é prejudicial. Por este motivo, a rotação de culturas de fixadores e não fixadores de N é necessária para o equilíbrio ótimo.

Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Por Tipo De Interação Com As Plantas

Existem vários tipos de bactérias fixadoras biológicas de azoto, dependendo de como elas coexistem com as culturas (principalmente se elas vivem na planta ou não – endófitas vs. exófitas). Assim, existem bactérias simbiônticas fixadoras biológicas de nitrogênio, bactérias associativas e bactérias de vida livre. Entretanto, isso não significa que a mesma espécie seja simbiótica ou de vida livre. As rizobactérias podem residir tanto nas plantas/internas quanto na rizosfera. A tabela abaixo mostra os tipos de bactérias fixadoras biológicas de nitrogênio e suas principais características.

Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Por Tipo De Interação Com As Plantas

O Que É Fixação Simbiótica De Nitrogênio

As bactérias fixadoras biológicas de nitrogênio simbiônticas se fixam nas raízes do hospedeiro, formando nódulos, armazenando nitrogênio atmosférico neles e transformando-o em amônia. O hospedeiro o utiliza para o crescimento e o libera no solo a partir dos nódulos destruídos após sua morte. No entanto, os simbiontes que fixam o nitrogênio não fazem apenas o “favor”. Como qualquer simbiose envolve uma situação vantajosa para todos, as bactérias se alimentam dos carboidratos (açúcares) produzidos pelas plantas e absorvem o carbono.

Assim, embora tecnicamente sua simbiose de nitrogênio seja definida como uma infecção, ambas as partes se beneficiam dela muito bem em vários aspectos. Por este motivo, esta relação também é chamada de mutualismo.

As bactérias simbiônticas comuns de fixação biológica de nitrogênio são Rhizobium e Frankia.

Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Atraves Do Rhizobium

A relação entre as leguminosas e as bactérias fixadoras biológicas de azoto Rhizobium é um caso típico de fixação biológica de nitrogênio. Além disso, esta não é a única vantagem. Este gênero de bactérias fixadoras biológicas de azoto em leguminosas melhora o acesso a outros nutrientes e aumenta a resistência das culturas a patógenos, pragas e tensões abióticas. Esta interação mutuamente benéfica é favorável também para os agricultores, ilustrada com as taxas de fixação biológica de nitrogênio de 50-465 kg, ha-1 por ano-1.

O Rhizobium, fixador de azoto, normalmente existe em simbiose. Entretanto, se não conseguirem encontrar um hospedeiro adequado, podem viver livremente. Mesmo isoladas, elas podem participar da fixação de nitrogênio, sintetizando a nitrogenase e o cultivo de plantas exclusivamente sobre o azoto do ar.

Bactérias De Fixação Biológica De Nitrogênio Simbiônticas Frankia

Como o Rhizobium, Frankia fixa o azoto atmosférico pela nodulação da raiz. Algumas tensões dela também podem viver num estado livre. As duas espécies de bactérias fixadoras biológicas de azoto diferem em seus hospedeiros. Frankia coloniza plantas actinorhizal como amieiro, myrica, comptonia, geum e etc., permitindo-lhes sobreviver mesmo em solos inférteis.

A simbiose de fixação biológica de azoto leva ao aumento da produtividade da planta e à melhoria da saúde do solo. Este gênero das bactérias fixadoras biológicas de azoto é amplamente utilizado na agroflorestação.

Fixação Associativa De Nitrogênio

A simbiose associativa é característica dos cereais e das bactérias fixadoras biológicas de azoto de vida livre que podem se fixar às raízes do hospedeiro. Isto inclui gêneros como Azospirillum, Glucenobacter, Acetobacter, Herbaspirillum, Azoarcus. Eles estão intimamente relacionados ao trigo, arroz, milho, cana de açúcar, cevada, sorgo, família Poaceae, culturas de biocombustíveis como Pennisetum, e outros.

Os cereais não fixam azoto em nódulos como as leguminosas, mas dependem da disponibilidade de nutrientes no solo, ou seja, de sua fixação biológica. Por sua vez, as bactérias utilizam o azoto atmosférico para suas necessidades e o “compartilham” com a cultura hospedeira.

A maioria das bactérias fixadoras biológicas de azoto vive nas raízes, mas algumas espécies agressivas, como o Herbaspirillum, podem penetrar em toda a planta. Estes microorganismos podem melhorar o crescimento das culturas e aumentar o rendimento, o que é particularmente importante em solos pobres.

Cianobactérias Para Fixação Biológica De Nitrogênio De Vida Livre

As bactérias fixadoras biológicas de azoto de vida livre também são uma fonte de azoto para as culturas. Por exemplo, os produtores de arroz adicionam samambaias aquáticas Azolla a seus campos como fertilizante verde e o Azolla serve como habitat para o Anabaena Azolla (um tipo de cianobactérias), conhecido por suas propriedades fixadoras biológicas de azoto.

As cianobactérias podem viver simbioticamente e livremente e existir em solos úmidos e corpos aquáticos interiores. Este tipo combina propriedades únicas: são classificadas como bactérias, mas se assemelham a algas. Na verdade, elas contêm clorofila, o que significa que as cianobactérias são fototróficas (como as plantas). Mas, ao contrário das plantas, elas podem fixar azoto.

EOSDA Crop Monitoring Para Monitorar Os Níveis Baixos De Azoto Nas Culturas

Todos os índices de vegetação no EOSDA Crop Monitoring estão relacionados direta ou indiretamente com o conteúdo de clorofila da cultura. O azoto afeta imediatamente a quantidade e a qualidade do conteúdo de clorofila e pode, portanto, ser monitorado pelos agricultores.

Além da importância da clorofila para o processo de fotossíntese mencionado acima, sua característica reconhecível é fornecer cor verde às plantas, que permite avaliar o status da cultura. Uma cor verde brilhante e rica é característica de plantas saudáveis que contêm uma grande quantidade de clorofila. Em contraste, o amarelamento (clorose) e uma cor verde pálido indicam uma deficiência de clorofila e uma saúde vegetal anormal, possivelmente devido a uma falta de fixação biológica de nitrogênio. Além disso, o teor de pigmento é mais alto em culturas jovens do que em culturas maduras.

ReCl (limite vermelho de clorofila) é sensível ao conteúdo de clorofila, o que corresponde diretamente à fixação biológica de nitrogênio. A fixação biológica insuficiente de azoto resultam em desenvolvimento lento da cultura, pequenas folhas verde-pálidas, ramificações fracas, amarelamento prematuro, caules finos, etc.

Chuvas fortes também podem provocar a quedas de azoto, que o agricultor pode rastrear na plataforma EOSDA Crop Monitoring junto com o gráfico de índice ReCl. A plataforma também fornece previsões meteorológicas por no máximo 14 dias, permitindo o planejamento de campo e a previsão de safra. O índice ReCl é eficaz durante a fase ativa de desenvolvimento das plantas e não é utilizado durante a colheita. Para obter uma imagem mais precisa da saúde das culturas no campo, combine o ReCl com os outros índices vegetativos disponíveis no EOSDA Crop Monitoring – NDVI, MSAVI e NDRE.

Portanto, é importante verificar o conteúdo de azoto no campo e manter um ótimo equilíbrio, fixando-o, levando em conta os níveis atuais no solo e todos os métodos de fertirrigação planejados. O nível ideal de azoto é específico para cada cultura, portanto a quantidade de azoto que falta também será diferente.

Benefícios Da Fixação Biológica De Nitrogênio

A agricultura intensiva utiliza amplamente fertilizantes sintéticos para fixar o azoto, o que é prejudicial ao meio ambiente. Em contraste, a fixação biológica de nitrogênio revela-se benéfica tanto para os agricultores quanto para a natureza. É eficiente com espécies de cultura fixadora biológica de azoto e um certo equilíbrio microbiano, promovendo a agricultura orgânica. Assim, uma cultura de cobertura de azoto de baixa manutenção é em si mesma uma fonte significativa de azoto, para não mencionar os outros benefícios mencionados acima.

Quanto aos não legumes, os inoculantes das bactérias fixadoras biológicas de azoto são uma solução eficaz. Eles permitem que os agricultores façam o trabalho sem meios artificiais. Além disso, a eficácia dos microorganismos vai muito além da fixação biológica de nitrogênio, pois eles melhoram a saúde do solo, em especial combatendo os metais pesados.

A fixação simbiótica de nitrogênio é alegadamente mais eficiente do que a fixação biológica de azoto de vida livre, pois eles fornecem o nutriente diretamente à planta hospedeira, poupando a concorrência de outros consumidores de azoto. A este respeito, os microorganismos intracelulares fixadores de azoto (por exemplo, Herbaspirillum ou Azoarcus) são os mais fortes.

Manter um equilíbrio ótimo de fixação biológica de nitrogênio com monitoramento adequado é a chave para o sucesso. O EOSDA Crop Monitoring é um parceiro on-line confiável para os agricultores, pronto para monitorar a situação 24 horas por dia, 7 dias por semana.