Introdução

A mandioca (Manihot esculenta Crantz) é uma espécie nativa do Brasil que está distribuída em todo o território. As raízes são a terceira fonte de calorias em regiões tropicais e a parte aérea rica em proteínas pode ser aproveitada na alimentação humana e animal (LEI et al., 2017), como matéria-prima industrial e biocombustível (NEVES et al., 2016). A variedade “de mesa” mais plantada no estado de São Paulo é a IAC576-70 ‘Amarelinha’ com produção de 208 mil toneladas (IEA, 2014). No cultivo o preparo do solo com aração e gradagem pulveriza os agregados da camada superficial do solo e mineraliza a matéria orgânica, provocando o adensamento sub-superficial, reduzindo a capacidade de retenção de umidade e nutrientes do solo (BERNOUX et al., 2006). O plantio na época de maior precipitação pluvial associado aos amplos espaçamentos e ao desenvolvimento inicial lento com baixo índice foliar ao final do ciclo, além da movimentação do solo por duas vezes (no plantio e na colheita) agravam os problemas da erosão (OTSUBO et al., 2008). Por esses motivos é necessário adotar sistemas de produção que conservem o solo e a água, tais como o sistema de plantio direto (SPD) e o cultivo mínimo.

O Brasil foi pioneiro na adoção de culturas de cobertura para o aporte de matéria orgânica (DERPSH et al., 2010), que melhora as condições físicas para o desenvolvimento das raízes e evita a compactação (FASIMIRIM & REICHERT, 2011), mantém a umidade do solo por mais tempo e a temperatura mais baixa na camada superficial beneficiando as culturas em rotação, sendo uma adaptação da agricultura moderna às mudanças climáticas para atender a demanda por alimento e energia (DERPSH et al., 2010).

O SPD de mandioca demanda culturas de cobertura que aportem quantidades de matéria seca suficientes para promover a cobertura do solo e controlar a vegetação espontânea, recicle nutrientes em quantidade suficientes para suprir a necessidade liberando-os nas fases de maior exigência da cultura. O objetivo desse estudo foi avaliar a taxa de decomposição e a velocidade de liberação de nutrientes nos resíduos de culturas de cobertura no sistema de plantio direto de mandioca.

Material e Métodos

A pesquisa foi realizada no Polo APTA Vale do Paraíba, em Pindamonhangaba/SP entre as coordenadas 22°55’W e 45°27’S a 560 m de altitude e clima quente com inverno seco, segundo Köppen. Os dados climáticos foram obtidos no Posto Agrometeorológico (Figura 1). A caracterização química do Latossolo Vermelho amarelo em duas profundidades (0-10 e 10-20 cm) consta na Tabela 1.

A área experimental em pousio com Brachiaria decumbens recebeu no primeiro ano uma aração incorporando 2,0 t ha^-1 de calcário dolomítico com grade. Em delineamento em blocos ao acaso com três repetições e 15 parcelas de 60 m² foram avaliados os tratamentos: S - sorgo BRS 610 (Sorghum bicolor), C - crotalária (Crotalária junceae), BR - Brachiaria ruziziensis, CO - coquetel (sorgo+crotalária), BD - Brachiaria decumbens. As plantas de cobertura sorgo, crotalária e coquetel foram semeadas no mês de março em linhas espaçadas de 40 cm entre si, na densidade recomendada para cada espécie. 

Acúmulo de nutrientes

No mês de junho foram coletadas plantas presentes em uma área de três metros lineares de cada parcela. Após a pesagem subamostras de 500 g foram secas em estufa a 65 ºC até peso constante, aferindo a umidade (U%), massa seca (MS) e determinada concentrações de nutrientes por meio da metodologia de “litter bags” (sacolas de serapilheira), segundo Anderson e Ingram (1993). Amostras de cerca de 100 g de massa fresca das plantas de cobertura foram dispostas em sacolas de náilon de 25 x 25 cm de abertura e malha de 4,0 mm. Cada parcela recebeu seis sacolas distribuídas ao acaso e fixadas junto ao solo com grampos de aço galvanizado, coletando-se o material 5, 10, 15, 30, 60 e 90 dias após o manejo (DAM) para aferições, sendo três repetições de cada tratamento, perfazendo um total de 90 sacolas de serapilheira.

As amostras foram limpas com pincel sobre caixa plástica para a remoção de solo contaminante. O material orgânico que porventura se soltou na operação foi devolvido à sacola de serapilheira, seguindo-se em pesagem da massa fresca (MF) em balança de precisão e secagem em estufa a temperatura de 65 °C. O material seco foi acondicionado em sacos plásticos e conduzido ao Laboratório de Análise de Solos e Nutrição de Plantas da Universidade de Taubaté, onde foi novamente disposto em estufa a 65 ºC determinando-se a massa seca (MS). Em seguida, cada amostra foi moída em moinho tipo Willey para determinação da composição química, conforme a metodologia descrita por Vitti et al. (1997).

Uma sub-amostra foi incinerada em mufla, regulada a temperatura de 550 ºC por um período de quatro horas, para determinar cinzas, representando a matéria seca livre da contaminação do solo. Com base na biomassa seca produzida (kg ha^-1) e no teor de nutrientes (g kg^-1) proporcionado pela parte aérea das diferentes plantas de cobertura no tempo zero, foi realizado o cálculo do acúmulo de nutrientes em kg ha^-1, aplicando-se a seguinte fórmula: Acúmulo do nutriente (kg ha^-1) = (TN ÷ 1000) x (MS x 1000), onde: TN = teor do nutriente no tempo zero, obtido em análise química no laboratório, em g kg^-1; MS = aporte de biomassa seca produzida pela cultura de cobertura, em Mg ha^-1.

Taxa de decomposição dos resíduos

Após o cálculo do acúmulo de nutrientes, foi determinada a quantidade relativa (%), admitindo-se que a biomassa produzida e a quantidade acumulada dos nutrientes no tempo zero correspondem a 100%, havendo um decréscimo que resulta na proporção remanescente em cada período de avaliação (5, 10, 15, 30, 60 e 90 dias após o manejo). Com o software SigmaPlot 2000 foram elaboradas equações matemáticas e gráficos que representaram a decomposição da biomassa seca e a liberação dos nutrientes utilizando o modelo matemático exponencial descrito por Thomas e Asakawa (1993) e utilizado por Torres et al (2008), como se segue: C= Coe-kt, em que: C é a fração do resíduo inicial existente no tempo t, Co o resíduo inicial e k a constante de decaimento. Com o valor de k foi calculado o tempo de meia-vida (T1/2) por meio da fórmula: T1/2= Ln 0,5/k (0,693/k), que expressa o período de tempo necessário para que metade dos resíduos vegetais se decomponha ou para que metade dos nutrientes contidos nos resíduos seja liberada.

Resultados e Discussão

Produção de biomassa, teores e acúmulos de nutrientes

A maior MS foi obtida com o sorgo, enquanto a crotalária e o coquetel produziram apenas 47,5 e 54,6% da MS alcançada pela gramínea, respectivamente. Brachiaria ruziziensis foi semelhante ao sorgo no aporte de massa seca, superando B. decumbens. Todas as plantas de cobertura produziram abaixo de 6,0 Mg ha^-1 de MS, o que, segundo Alvarenga et al. (2001), representa a quantidade adequada para cobertura do solo em SPD.

Na Tabela 2 constam a produção de biomassa seca (MS), o teor de nutrientes (TN) e o acúmulo (AN) nos resíduos das plantas de cobertura. Com base na climatologia agrícola, o mês mais quente foi fevereiro e o mais frio foi julho, com reduções da temperatura mínima e da precipitação pluvial no inverno e aumento da evapotranspiração potencial, resultando em déficit hídrico nos meses de maio, julho, agosto e setembro. As baixas produções de MS são atribuídas ao estresse hídrico ocorrido de maio a junho.

As produções do sorgo e braquiárias foram superiores às da crotalária, o que pode estar relacionado à maior resistência à seca apresentada por essas gramíneas, que são plantas C4 e possuem elevada eficiência no uso de água com conversão em biomassa seca (PIMENTEL, 1998). Torres et al. (2008) avaliaram plantas de cobertura para o SPD no Cerrado durante dois anos consecutivos (2000 e 2001) e observaram produções de MS superiores às da presente pesquisa. Com semeadura das plantas de cobertura no mês de agosto/2000, sorgo, crotalária e braquiária produziram 7,1, 3,9 e 6,0 Mg ha^-1, respectivamente.

Neste caso, a biomassa produzida pela crotalária foi 50% inferior ao sorgo, concordando com nossos dados. Nunes et al. (2009) avaliaram B. decumbens como cultura de cobertura de solo em plantio direto de soja em região de clima tropical, obtendo produções médias de 8,6 Mg ha^-1 de MS. Timossi et al. (2006), estudaram a B. decumbens na formação da palhada para o SPD em Jaboticabal/MS, obtendo 7,4 Mg ha^-1 de MS quando semeadas em março, enquanto Fagundes et al. (2005) encontraram 4,3 Mg ha^-1. O déficit hídrico e as baixas temperaturas podem ter limitado a produtividade das braquiárias no presente experimento.

Em relação aos TN na parte aérea, a crotalária obteve o maior teor de N, seguida por B. decumbens e o coquetel, enquanto que o sorgo apresentou teores de 59,2%, abaixo do obtido pela leguminosa. Duarte Júnior e Coelho (2008) avaliaram plantas de cobertura de verão no estado do Rio de Janeiro obtendo com a crotalária 17,9 g kg^-1 inferior ao presente experimento. O alto teor de N na biomassa da crotalária se deve ao processo de fixação biológica de nitrogênio que, no caso da Crotalaria juncea pode atingir 450 kg ha^-1 (WUTKE et al., 2009).

Devido ao maior aporte de biomassa alcançado pela B. decumbens e B. ruziziensis em relação à crotalária, estas obtiveram acúmulo 28,4 e 13,2% de N em kg ha-1 de matéria seca superiores à leguminosa, que ficou 16,5% acima do acumulado pelo sorgo e o coquetel. Duarte Júnior e Coelho (2008) verificaram o acúmulo de N da crotalária 644% maior em comparação à vegetação espontânea, constituída basicamente de gramíneas e ciperáceas.

Por outro lado, Torres et al. (2008) obtiveram acúmulo de N na biomassa de braquiária 10% superior ao obtido pela crotalária quando semeadas em agosto, enquanto no segundo ano, quando semeadas em abril, o acumulo do nutriente da crotalária foi 83,3 e 69,7% superior à braquiária e ao sorgo, o que demonstra que as condições climáticas são determinantes para o desempenho dessas culturas quanto à produção de biomassa e ao acúmulo de nutrientes. O teor de P na parte aérea de crotalária foi o mais alto, aproximadamente 23,9% acima do verificado nas demais plantas de cobertura, que apresentaram teores semelhantes entre si.

Duarte Júnior e Coelho (2008) obtiveram resultados diferentes para a crotalária, que expressou em sua parte aérea 4,8 g kg^-1 de P. Em relação ao P acumulado, o sorgo e a B. decumbens obtiveram os maiores valores (5,48 e 4,23 kg ha^-1, respectivamente), enquanto a crotalária e a B. ruziziensis acumularam em média 3,63 kg ha^-1, seguidos pelo coquetel, que apresentou um acúmulo 42,5% inferior ao obtido pelo sorgo. O maior acúmulo verificado para esta gramínea pode ser explicado pelo aporte de biomassa superior em monocultura.

Resultados semelhantes foram encontrados por Torres et al. (2008), em que o sorgo acumulou 5,23 kg ha^-1 de P, valor superior à crotalária, que acumulou 4,06 kg ha^-1 do nutriente quando semeados em abril, no Cerrado. B. decumbens e o coquetel proporcionaram os maiores teores de K reciclados na parte aérea com teores das demais espécies em média 13% menores. Duarte Júnior e Coelho (2008) também determinaram teores inferiores para a crotalária, que acumulou 11,1 g kg^-1 de K, valor 50% inferior ao obtido na vegetação espontânea (20,7 g kg^-1), semelhante com os dados obtidos no presente experimento para a B. decumbens (20,9 g kg^-1), considerada a vegetação espontânea dominante.

Apesar de apresentar os menores teores de K na parte aérea, o sorgo e B. ruziziensis acumularam 77,9 e 43,4% a mais que a crotalária e o coquetel, respectivamente, devido à maior produção de MS, e a B. decumbens manteve alto acumulo de K, devido ao elevado Os teores de Ca no tecido vegetal foram semelhantes para o coquetel e B. decumbens; a crotalária e o sorgo revelaram, respectivamente, maior e menor teor deste nutriente, tendo a leguminosa em sua parte aérea 141% a mais de Ca quando comparada à gramínea. Castro (2004) registrou teores bem mais altos de Ca na parte aérea da crotalária (28,13 g kg^-1), enquanto Duarte Júnior e Coelho (2008) verificaram valor próximo (6,9 g kg-1). Quanto ao acúmulo de Ca, a B. ruziziensis se destacou, com 28,1, 31,8, 47,6 e 80,2% a mais que a crotalária, B. decumbens, sorgo e coquetel, respectivamente. Torres et al. (2008) observaram acumulo maior de Ca para a crotalária (22,14 kg ha^-1) e para o sorgo (18,49 kg ha^-1) e menor para a braquiária (8,69 kg ha^-1).

O sorgo, crotalária, coquetel e B. ruziziensis apresentaram teores semelhantes de Mg em sua parte aérea (média de 2,82 g kg^-1), porém a B. decumbens proporcionou o maior teor e acúmulo deste nutriente. Duarte Júnior e Coelho (2008) encontraram teor de Mg semelhante para crotalária, de 3,2 g kg^-1. O teor de Mg do sorgo foi semelhante ao obtido no coquetel e na crotalária, porém o acumulado superou 76,9 e 108,9% nos respectivos tratamentos, sendo similar a B. decumbens. Já a B. ruziziensis acumulou 15,9 e 25,5% menos em relação ao sorgo e à B. decumbens, e 47,8 e 75,5% superior ao coquetel e à crotalária, respectivamente. Torres et al. (2008) obtiveram acúmulo de Mg superior para a crotalária (6,64 kg ha^-1) e inferior para o sorgo e braquiária, que foi de 8,04 e 5,94 kg ha^-1, respectivamente. Duarte Júnior e Coelho (2008) obtiveram com a crotalária alto acúmulo de magnésio (57,0 kg ha^-1) devido à elevada produção de biomassa.

Considerando que a mandioca absorve mais nutrientes que a maioria das culturas tropicais, o acúmulo proporcionado pela parte aérea das plantas de cobertura foi capaz de atender aproximadamente 44, 38, 35, 26 e 18% da demanda de N, Mg, K, Ca e P, respectivamente (Tabela 3), porém não foram consideradas as possíveis perdas por lixiviação e escoamento superficial e as adições pela adubação residual, que é aproveitada pelo sistema radicular profundo e absorvente da mandioca, além da capacidade que a planta tem de fazer associações micorrízicas naturais, que aumentam a absorção de fósforo (LORENZI, 2003; ARAÚJO e MACHADO, 2006).

Taxa de decomposição e liberação de nutrientes dos resíduos

Na Tabela 4, estão relacionados os parâmetros da equação referentes à taxa de decomposição dos resíduos. A maior taxa de decomposição ocorreu entre 30 e 60 dias após o manejo (DAM). Além do maior aporte de MS (4,12 Mg ha^-1) o sorgo foi a cultura com a maior permanência dos resíduos na superfície do solo (Figura 4), com um tempo de meia-vida (T1/2) de 105 dias, seguido do coquetel e das braquiárias, com T1/2 de 95 dias, restando em média, aos 60 DAM, 62 % de resíduos (Tabela 5). Crusciol et al. (2009) verificaram resultados semelhantes com B. brizantha, que aos 51 DAM apresentou 70% de resíduos remanescentes. A maior taxa de decomposição foi da crotalária, com 52 % de biomassa seca remanescente aos 60 DAM.

Os valores de T1/2 verificados neste estudo para a cultura do sorgo são concordantes com Torres et al. (2008) na região do Cerrado brasileiro, com T1/2 de 118 dias. Porém, para a crotalária e B. brizantha, o T1/2 foi de 137 e 78 dias após o manejo, respectivamente, quando dessecadas no mês de julho. O maior T1/2 verificado para o sorgo e para as braquiárias é devido a maior relação C/N existente nas gramíneas em relação às leguminosas, como a crotalária. De acordo com Castro (2004), a relação C/N é apontada como principal responsável pelo tempo de decomposição dos resíduos vegetais, e cita que aos 60 DAM, 88% da decomposição da biomassa da crotalária já havia ocorrido.

Apesar da baixa relação C/N da leguminosa, ao final dos 160 dias, 40% do material ainda permanecia intacto, o que foi explicado pela alta quantidade de fibras do caule, o que fez que sua decomposição se aproximasse de uma gramínea. Os resíduos do coquetel apresentaram velocidade de decomposição intermediária entre o sorgo e crotalária, evidenciado pela união das características das duas culturas. Apesar da baixa produção de matéria seca obtida com as plantas de cobertura, os T1/2 da biomassa de todas as palhadas foram suficientes para manter o solo coberto até a germinação da mandioca, iniciada aos 40 dias após o plantio (45 DAM), permanecendo nos três primeiros meses do ciclo da cultura, período caracterizado por crescimento lento das plantas e baixo índice de área foliar (LEIHNER, 1983). Os parâmetros da equação referente às taxas de liberação de nutrientes são apresentados na Tabela 6 e as curvas de decaimento encontram-se representados na Figura 5.

A maior taxa de liberação de nutrientes ocorreu entre 30 e 60 DAM. O sorgo, apesar de ter sido a cultura que obteve o menor acúmulo de N (47,67 kg ha^-1), teve a liberação mais lenta e gradual deste nutriente, liberando 23,83 kg ha^-1 de N aos 112 dias, enquanto a crotalária, que acumulou 55,89 kg ha^-1 de N, aos 48 dias já havia liberado 28,94 kg ha^-1 do elemento (Figura 5). Aos 90 DAM, as proporções remanescentes de N eram de 57, 44, 41, 36 e 29% para o sorgo, B. ruziziensis, B. decumbens, coquetel e crotalária, respectivamente (Tabela 7).

A diferença de comportamento é explicada pela menor relação C/N que a crotalária apresenta em relação às gramíneas. Torres et al. (2008) obtiveram T1/2 menores que este trabalho para o sorgo (98 dias) e maiores para a crotalária (66 dias) e braquiária (78 dias). Castro (2004) encontrou valor menor de T1/2 de N para a crotalária (22 dias), tendo liberação de 71% aos 40 dias após o corte. Apesar das diferenças ambos os autores confirmam a liberação mais rápida de N na palhada das leguminosas.

O T1/2 do P foi maior nos resíduos das braquiárias (90 DAM), o que representou 2,0 kg ha^-1 de P a ser liberado para a cultura da mandioca em sucessão (Figura 6). No mesmo período, a crotalária, coquetel e sorgo já haviam liberado 71, 63 e 58% deste nutriente, respectivamente (Tabela 7). Torres et al. (2004) observaram que o P apresentou T1/2 de 192, 267 e 151 dias para o sorgo, crotalária e braquiária, respectivamente, superiores ao observado neste trabalho. Castro (2004) relatou a liberação mais rápida nos resíduos de crotalária, que aos 21 dias possuía 50% de P remanescente, o que pode ser explicado pelas diferenças nas condições climáticas.

O cálcio foi o nutriente com maior T1/2 destaque em B. decumbens que liberou 7,85 kg ha^-1 de Ca aos 161 DAM e a crotalária teve a liberação mais rápida, aos 73 DAM (Figura 6). Aos 90 DAM, as proporções de Ca remanescente eram de 64, 52, 46, 42 e 34% na B. decumbens, B. ruziziensis, coquetel, sorgo e crotalária, respectivamente. Torres et al. (2008) observaram T1/2 inferiores, de 39, 36 e 25 dias para o sorgo, crotalária e braquiária. Os maiores T1/2 observados para o Ca neste experimento podem ser explicados pelo fato deste elemento ser encontrado em formas não solúveis no tecido vegetal, principalmente como parte da lamela média da parede celular (VITTI et al., 2006) e que depende da decomposição da matéria orgânica para ser liberado.

O K foi o nutriente com liberação mais rápida (Figura 7), apresentando um decréscimo de 88, 87, 72, 67 e 57% de seu acúmulo na crotalária, B. ruziziensis, B. decumbens, coquetel e sorgo, respectivamente, entre 30 e 60 DAM. Possivelmente, foi beneficiado pela precipitação acumulada (43%) entre 40 e 50 DAM. O K é um elemento encontrado em componentes não estruturais e na forma iônica no vacúolo das células, sendo rapidamente transferido para a solução do solo após a ocorrência de chuvas, não dependendo da decomposição da matéria orgânica para sua liberação (ROSSETTO et al., 2008; CRUSCIOL et al., 2009). A crotalária apresentou a maior taxa de liberação deste nutriente, restando aos 90 DAM apenas 3% de K remanescente, o que representa 1,60 kg ha^-1 a serem liberados. Esses dados são concordantes com o trabalho de Castro (2004), em que o K foi o elemento com a liberação mais rápida entre os nutrientes avaliados, apresentando T1/2 entre 17 e 39 dias. Chagas et al. (2007) verificaram a liberação mais rápida de K com T1/2 de 18 dias em resíduos de feijoeiro em Seropédica/RJ.

Para Yamada e Roberts (2005), mais de 80% do K contido nos resíduos vegetais é liberado em menos de 30 dias. Portanto, para evitar perdas deste nutriente por erosão e/ou lixiviação, deve ser feita a adoção de um sistema de produção sem intervalo de pousio entre uma cultura e outra (sistema planta-colheplanta), para que o K permaneça maior parte do tempo no tecido vegetal (YAMADA e ROBERTS, 2005). Considerando que a germinação das plantas de mandioca iniciouse aos 40 dias após o plantio, o surgimento das primeiras raízes seria capaz de iniciar a absorção deste nutriente. Quanto ao Mg a B. decumbens e a crotalária apresentaram os menores T1/2 (Figura 7), enquanto o sorgo e a B. ruziziensis tiveram liberação mais lenta do elemento, possuindo, em média, 48% de Mg remanescente no fim da avaliação.

Torres et al. (2008) obtiveram valores de T1/2 próximos para a crotalária (43 dias) e muito menores para as palhadas de sorgo e braquiária, que liberaram metade do Mg acumulado em 16 e 19 dias, respectivamente, enquanto Castro (2004), verificou T1/2 de até 106 dias. Assim como ocorreu com o potássio, foram observados decréscimos de até 52% do Mg acumulado nos resíduos de crotalária, B. decumbens e coquetel (Tabela 7) entre 30 e 60 DAM, período caracterizado por maior índice pluviométrico.

A participação do Mg em compostos iônicos e moléculas solúveis faz com que seja liberado rapidamente após o manejo das plantas de cobertura. Porém, uma parte dele (30%) é constituinte de compostos estruturais das plantas, com liberação gradual durante a decomposição biológica dos microrganismos (CRUSCIOL, 2008), o que explica as suas maiores proporções remanescentes em comparação ao K aos 90 DAM, de 49, 47, 38, 32 e 28% para o sorgo, B. ruziziensis, coquetel, B. decumbens e crotalária, respectivamente.

Conclusões

Com base nos resultados obtidos neste experimento em relação à taxa de decomposição e liberação de nutrientes das plantas de cobertura, pode-se considerar o plantio direto de mandioca de mesa uma prática conservacionista importante para a sustentabilidade dos nutrientes e proteção do solo principalmente durante o desenvolvimento inicial da cultura.