Boas Práticas Agrícolas
Aproveitando o poder da fixação biológica de nitrogênio | Parte 1
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Um suprimento adequado de nitrogênio para as plantas é fundamental para maximizar a produtividade agrícola.
O desenvolvimento da fixação industrial de nitrogênio, no início do século XX, possibilitou enormes ganhos na produtividade agrícola, o que tem sido fundamental na segurança alimentar global.
Algumas das desvantagens significativas associadas aos fertilizantes nitrogenados sintéticos levaram a um interesse em alavancar a fixação biológica, como forma de fornecer nitrogênio absorvível para as plantas.
A fixação biológica de nitrogênio é realizada por um conjunto relativamente pequeno de bactérias, conhecidas como diazotróficas.
Os organismos fixadores de nitrogênio mais conhecidos na agricultura são os rizóbios, bactérias que fixam nitrogênio nos nódulos das raízes das leguminosas; no entanto, existem vários outros tipos de bactérias fixadoras de nitrogênio não simbióticas.
Várias abordagens estão sendo exploradas para aumentar a fixação biológica de nitrogênio em culturas não leguminosas, como a criação de novos tipos de simbiose com bactérias fixadoras de nitrogênio.
Alguns desafios significativos limitaram o sucesso desses esforços até agora, incluindo a alta necessidade de energia para a fixação de nitrogênio e a complexidade da via de fixação de nitrogênio.
Carbono e nitrogênio têm algo em comum: são essenciais para a construção de toda a vida na Terra e ambos existem na atmosfera em formas que não são diretamente utilizáveis pelos organismos vivos, dióxido de carbono (CO2) e dinitrogênio (N2).
A vida na Terra depende quase inteiramente de processos bioquímicos que evoluíram em determinados organismos os quais convertem o carbono e o nitrogênio atmosféricos em formas utilizáveis para a construção de moléculas orgânicas. Esses processos são a fixação fotossintética de carbono e a fixação biológica de nitrogênio.
Leguminosas como a soja obtêm uma parcela significativa do nitrogênio necessário para seu crescimento a partir de associações simbióticas com bactérias fixadoras de nitrogênio do gênero Rhizobium.
A fixação fotossintética de carbono é onipresente na natureza. Estima-se que existam 350.000 espécies na Terra que realizam fotossíntese (Sage e Stata, 2015), incluindo vários tipos de bactéria e quase todas as espécies de plantas. As plantas desenvolveram vários tipos de fixação fotossintética de carbono — C3, C4 e CAM, os quais permitiram que espécies de plantas prosperassem em uma ampla gama de ambientes terrestres. A camada superficial dos oceanos está cheia de plâncton fotossintético. Embora o dióxido de carbono constitua uma fração relativamente pequena da atmosfera, a vida na Terra é muito boa em acessá-lo e utilizá-lo.
A fixação biológica de nitrogênio, por outro lado, é muito menos comum. Embora o nitrogênio exista em abundância compreendendo cerca de 78% da atmosfera, apenas uma pequena fração dos organismos vivos na Terra consegue acessá-lo.
A fixação biológica de nitrogênio é realizada por um subconjunto relativamente pequeno de bactérias e arqueobactérias, conhecidas como diazotróficas. Esse processo é limitado quase que exclusivamente a procariontes até muito recentemente, não se sabia que organismos eucariontes fixavam nitrogênio. Como resultado, o nitrogênio biologicamente disponível é o principal fator limitante para a vida na Terra.
A superação dessa limitação foi fundamental para impulsionar a produtividade agrícola nos séculos XX e XXI. O desenvolvimento da fixação industrial de nitrogênio, no início do século XX, conhecido como processo Haber-Bosch, é amplamente considerado uma das inovações mais importantes da humanidade.
O fertilizante sintético de nitrogênio foi um dos principais impulsionadores da Revolução Verde, que registrou ganhos significativos na produtividade de culturas importantes a nível mundial, principalmente arroz e trigo. Se, por um lado, esses ganhos foram importantes para a segurança alimentar, há algumas desvantagens associadas à produção do fertilizante sintético de nitrogênio.
Uma das maiores desvantagens é o fato de que a fixação industrial de nitrogênio utiliza muita energia. O processo de Haber-Bosch combina dinitrogênio com hidrogênio, sob alta temperatura (400 – 500 °C) e pressão (2.900 – 3.600 psi) (Gilchrist e Benjamin, 2017). A fixação industrial de nitrogênio depende fortemente de combustíveis fósseis, tanto para a energia necessária para produzir calor e pressão quanto para uma fonte de hidrogênio para a reação. A cadeia de suprimentos de fertilizantes de nitrogênio sintético (incluindo produção, transporte e uso no campo) é responsável por 2,1% das emissões globais de gases de efeitos estufa (Menegat, 2022), mais do que a quantidade total produzida pela aviação global.
A outra principal desvantagem é que grande parte do nitrogênio aplicado como fertilizante na produção agrícola é perdida no meio ambiente. Em todo o mundo, menos da metade do nitrogênio aplicado no solo é absorvido pelas culturas (Zhang et al., 2015). Além de ser um desperdício econômico, a perda de nitrogênio reativo pelos solos agrícolas está associada a várias consequências ambientais adversas, incluindo a contaminação de águas subterrâneas e superficiais, a proliferação de algas em lagos e rios, zonas mortas hipóxicas em águas costeiras e emissões de óxido nitroso na atmosfera.
Procarionte: Organismos unicelulares que não têm núcleo ou organelas ligadas à membrana. Os procariontes incluem dois reinos — bactérias e arqueas.
Eucarionte: Organismos cujas células têm núcleo ligado a uma membrana . Todos os animais, plantas, fungos e alguns organismos unicelulares são eucariontes.
Diazotrófico: Bactérias e arqueas que fixam o nitrogênio atmosférico (N2) em formas biodisponíveis, como o amônio.
Arquea ou arqueobactéria: Procariontes unicelulares originalmente classificados como bactérias , mas agora conhecidos como um reino separado. As arqueas são frequentemente encontradas vivendo em ambientes extremos.
Simbiose: Qualquer tipo de interação estreita e de longo prazo entre dois organismos de espécies diferentes. Em alguns casos, como de leguminosas e rizóbios, essa relação pode ser mutuamente benéfica.
Nitrogenase: Uma enzima produzida por certas bactérias e arqueas que é responsável pela redução do nitrogênio (N2) em amônia (NH3).
As desvantagens do fertilizante de nitrogênio sintético levaram a um interesse renovado em alavancar a fixação biológica para fornecer nitrogênio às plantas cultivadas. A fixação biológica de nitrogênio já é utilizada em culturas como soja, alfafa e amendoim, as quais formam associações simbióticas com bactérias Rhizobium fixadoras de nitrogênio. A quantidade de nitrogênio fixada por meio dessas associações simbióticas pode ser substancial: as leguminosas de grãos, como soja e amendoim, podem fixar até 280 kg de nitrogênio por hectare e as leguminosas forrageiras, de 280 a 560 kg de nitrogênio por hectare (Flynn e Idowu, 2015).
Há muito tempo, os pesquisadores agrícolas estão interessados em desenvolver maneiras de usar a fixação biológica de nitrogênio em outras culturas, como milho, trigo e arroz. Avanços recentes na pesquisa do microbioma vegetal aumentaram nossa compreensão de outros tipos de bactérias fixadoras de nitrogênio , como as usadas em produtos microbianos como o Utrisha® N (Methylobacterium symbioticum). Para compreender o valor potencial de produtos microbianos fixadores de nitrogênio como este tanto agora quanto no futuro, é necessário um entendimento básico de como funciona a fixação biológica de nitrogênio e de alguns fatores que podem aumentá-la ou diminuí-la.
Contribuições relativas das fixações abiótica, biológica e industrial de nitrogênio para a quantidade total de nitrogênio fixado na Terra (Hopkins, 1999)
Autor: Mark Jeschke, Ph.D., Agronomy Manager; Crop Insights, vol. 34, no. 4. Junho de 2024. Traduzido e adaptado por Fábio Amaral, Paulo Silva e Jefferson Cunegundes; Agronomia, Corteva Agriscience.
Apenas para uso informativo. Entre em contato com o profissional de vendas da Corteva Agriscience para obter informações e sugestões específicas para sua operação. O desempenho das culturas é variável e depende de muitos fatores, como umidade e estresse por calor, tipo de solo, práticas de manejo e estresse ambiental, bem como pressão de pragas e doenças.