Poderia ser a fertilidade entendida como uma propriedade emergente do sistema solo?

Margarete Nicolodi21 Parte da Tese de Doutorado da autora, apresentado à Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. Trabalho realizado com apoio financeiro da CAPES.2 Pós-doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, UFRGS. Porto Alegre (RS). E-mail: marganicolodi@hotmail.comAgradecimentosAos Professores Clésio Gianello (UFRGS), Ibanor Anghinoni (UFRGS), Jacques Marre (UFRGS), João Mielniczuk (UFRGS), Luiz Renato D’Agostini (UFSC) e Sandro Luiz Schlindwein (UFSC) e aos pesquisadores Otávio Antônio de Camargo (IAC) e José Eloir Denardin (EMBRAPA-Trigo) pelas contribuições e pelo estímulo nas discussões sobre a fertilidade do sistema solo.

O solo é um sistema aberto3 e tem seu funcionamento de-terminado pela interação entre os seus subsistemas e os sistemas do entorno. Essa interação é influenciada pelos fluxos que o permeiam. Assim, o sistema solo se mantém afastado do equilíbrio termodinâmico e está em constante evolução. O sistema solo é formado somente a partir da ação do sistema vida sobre o regolito ou da interação do sistema vida com a rocha matriz e com o clima. A partir da ação da pedogênese sobre o regolito, este se transforma em solo e passa a ser dotado da capacidade de permitir o desenvolvimento de espécies vegetais. A essa capacidade foi dado o nome de fertilidade; logo, a fertilidade poderia ser definida como uma propriedade emergente4 do sistema solo que proporciona as condições necessárias para o sustento da vida das plantas. Em resposta ao funcionamento do sistema solo, emerge uma fertilidade de magnitude maior ou menor. E do modo como esta magnitude da fertilidade é percebida pela planta, resulta a sua produtividade. Com essa concepção de solo e da sua fertilidade, procura-se aproximar ao máximo o entendimento que se tem e a avaliação que se faz da fertilidade àquela que as plantas percebem quando cultivadas no solo.

O objetivo deste artigo é estimular as pessoas a refletirem sobre as suas noções de solo e de fertilidade do solo e a participar da construção de uma nova noção de fertilidade do solo, que expresse aquela percebida pelas plantas. Para que se possa refletir melhor se há ou não coerência no entendimento da fertilidade como uma propriedade emergente do sistema solo, é importante lembrar o caminho percorrido pelos cientistas para entender o solo desde quando o perceberam como um sistema aberto. Também é necessário observar como esse e a sua fertilidade são abordados, como se formam, quais são as principais funções do sistema solo e como poderia ser entendida a fertilidade nessa concepção sistêmica do solo.

1. Solo, um sistema aberto

A percepção do solo, expressa no seu conceito, mostra que o seu entendimento foi aprimorado com a termodinâmica5 clássica ou do equilíbrio, mas o foi principalmente com a termodinâmica do não-equilíbrio e com o modelo sistêmico.

No final do século XIX, o solo foi conceituado como depósito superficial de formação mineral e orgânica, mais ou menos colorido de húmus, resultado da ação mútua dos organismos vivos ou mortos (plantas e animais), do clima e do relevo (Dokuchaev, 1879). Até o século XX, prevaleceu o conceito de solo como meio para o crescimento das plantas (Saltini, 1984). Na década de 1930, a percepção do solo começou a mudar com o uso da termodinâmica clássica para aprimorar o seu entendimento. O solo foi entendido, então, como um corpo natural, não consolidado (Joffe, 1936); dinâmico, em equilíbrio com o ambiente (Kellogg, 1936); um organismo vivo (Pfeifer, 1938); e também como um sistema, em que seus componentes da fase sólida estão física e quimicamente em equilíbrio dinâmico com os das fases líquida e gasosa (Camargo & Vageler, 1938). Entretanto, o entendimento do solo como um sistema aberto foi proposto pela primeira vez por Jenny (1941). Para este autor, solo é resultado das interações entre o clima, os organismos, o relevo, a rocha matriz e o tempo de formação. Faz parte dos muitos grandes sistemas de que é composta a parte superior da litosfera, a inferior da atmosfera e uma considerável parte da biosfera, e substâncias podem ser adicionadas e removidas dele. Dez anos mais tarde, Denbigh (1951) concluiu que o conceito de equilíbrio da termodinâmica clássica não era válido para sistemas abertos como o solo. Em 1973, Runge (1973) considerou em seus estudos o solo como um sistema aberto, e Chesworth (1973) usou a termodinâmica do não-equilíbrio para entendê-lo.

O sistema solo tem uma organização hierárquica muito complexa e é formado por uma rede de relações (Rozanov, 1975) entre seus subsistemas6 (Dijkerman, 1974). Os fluxos de matéria e de energia através dos subsistemas (”skeletron”, ”solution” e ”plasma”) do sistema solo interferem na sua pedogênese (Hugget, 1976). Essa dinâmica é alterada com o tempo, por isso a sua formação é um processo irreversível (Yallon, 1975). Segundo Chatelin et al. (1982), isso explica o esforço feito, principalmente pelos pedólogos, para entender o solo com base na Teoria Geral dos Sistemas de Bertalanffy7. Porém, com a aplicação desta teoria ao estudo do solo, este não pode mais ser analisado pela ação de um fator isolado. Nos sistemas de maior complexidade, como é o solo, os elementos são interligados de tal modo que a mudança de um fator tem efeito imediato na mudança dos outros fatores (Rozanov, 1982). Assim, o sistema solo deve ser entendido com base na termodinâmica que trata das condições de não-equilíbrio e dos processos irreversíveis8 (Neil et al., 1983). Em conseqüência disso, em 1988, no Brasil, o solo foi descrito como um sistema complexo, vivo e dinâmico que serve também de suporte para o desenvolvimento das plantas, as quais fornecem alimentos e matérias-primas para a atividade e o bem estar da humanidade (Almeida et al., 1988). Segundo Phillips (1993), o funcionamento do solo deve ser estudado numa concepção sistêmica ou holística, devido às suas relações serem não-lineares e dinâmicas. O sistema solo se mantém afastado do equilíbrio termodinâmico e é caracterizado por produção mínima de entropia, pela predominância de processos de ordenação sobre os de dissipação ao longo do tempo (Addiscott, 1995). Há pelo menos seis décadas, o solo é entendido como um sistema aberto, devido aos fluxos de matéria e de energia que influenciam o seu funcionamento e a sua evolução.

Neste trabalho, com base no aprimoramento da percepção e do conhecimento expostos, entende-se que o solo é um sistema gerado pela interação entre a rocha matriz, o clima e a vida prolongada no tempo, tem espessura variável e ocupa a maior parte do manto superficial da extensão continental do planeta terra, que tem seu funcionamento determinado pela interação entre os seus subsistemas, influenciada pelos fluxos que o permeiam. Entretanto, a idéia e a nomenclatura dos subsistemas adotados neste trabalho são diferentes das utilizadas anteriormente por Hugget (1976), Mielniczuk et al. (2000), Vezzani (2001), Conceição (2002) e Schmitz (2003).

No sistema solo, a parte sólida (mineral e orgânica) determina as propriedades e características físicas e químicas e a vida existente no solo, que também são influenciadas pelas partes líquida e gasosa, e as reações (trocas de energia e de matéria) no solo ocorrem principalmente em função da vida, tanto animal (organismos e microrganismos) como vegetal (plantas). Neste trabalho, são tratadas as principais interações que ocorrem no sistema solo — formado pelos subsistemas planta, animal9 e homem —, que se estabelecem entre este e os sistemas clima e vida (Figura 1) com objetivo de melhorar o nosso entendimento da fertilidade do sistema solo percebida pelas plantas.

Figura 1. Principais sistemas (clima e vida) e subsistemas (animal, planta e homem) que interagem com o sistema solo.

2. Formação do sistema solo e da sua fertilidade

O sistema solo origina-se, indiretamente, da interação entre o regolito, ou saprólito, (resultante da ação do clima sobre a rocha matriz) e a vida, ou diretamente da interação entre a rocha matriz, o clima e a vida. Nesse processo, o regolito é estéril, depende da presença de água e de elementos nutritivos para ter fertilidade e tornar-se adequado à vida das plantas superiores. O acúmulo destes fatores, que diferenciam o regolito do solo, depende dos processos de erosão e da pedogênese. A erosão conduz à aquisição da água e termina na fase de regolito. A pedogênese submete as substâncias nutritivas no solo aos ciclos geológico (liberação dos elementos minerais) e biológico (síntese e destruição da substância orgânica). No ciclo biológico, o desenvolvimento da fertilidade é determinado pela sucessão das associações vegetais, relevo e rocha matriz num determinado ambiente. Para que o regolito se torne fértil, ou seja, se transforme em solo, são necessárias modificações qualitativas promovidas pelo processo de humificação. Somente depois da ação da vida sobre o regolito, este pode se transformar em solo, que, por definição, é um corpo natural caracterizado por determinado grau de fertilidade. Esta é uma propriedade dinâmica, resultante de múltiplos processos evolutivos ligados à gênese do solo, que possibilita o acesso contínuo pelas plantas aos fatores terrestres de crescimento, como a água e os elementos nutritivos e é a causa da produtividade delas que reside de maneira específica no solo (Haussmann, 1950).

Com o passar do tempo, a intensidade das interações entre a rocha matriz, o clima e a vida (planta, animal e homem) aumenta e acelera o processo de formação do solo. A mudança na intensidade das interações se reflete no grau de complexidade e tipo do solo formado e na magnitude da sua fertilidade. De acordo com a magnitude da fertilidade, um número menor ou maior de espécies de plantas se desenvolve e produz bem naquele solo. A partir da percepção de que os solos têm diferentes fertilidades, o homem começou a utilizar essa informação na seleção dos solos para a agricultura e para a pecuária.

3. Funcionamento e funções do sistema solo

Funcionamento se refere à manutenção do padrão de organização entre os elementos que compõe e mantêm a ”unidade” do sistema, ao cumprimento das funções do sistema de interesse e ao seu desempenho no cumprimento destas para com os principais sistemas e subsistemas que ele interage. O funcionamento do sistema solo é influenciado pelas ações e reações dos sistemas e subsistemas com os quais interage. Por isso, percebeu-se que o funcionamento do sistema solo pode ser entendido a partir da identificação das suas principais funções ou propósitos para com os sistemas e subsistemas com os quais ele interage e destes para com ele. Conseqüentemente, para entender o seu funcionamento, é importante conhecer os principais elementos, forças e interações que estimulam os processos que possibilitam ao sistema solo o cumprimento das suas funções.

O sistema solo tem o funcionamento alterado pelas condições iniciais (tipo de solo), pela magnitude dos fluxos de matéria e de energia (espécies e intensidade de cultivo) e pelas interações entre seus subsistemas. Conforme o seu funcionamento, o sistema solo se auto-organiza10 em diferentes níveis de ordem e gera propriedades emergentes (Figura 2) que o capacitam a exercer suas funções (Vezzani, 2001). Alterando-se o funcionamento, muda-se também a sua trajetória evolutiva no tempo. Em conseqüência do funcionamento e da trajetória evolutiva do solo, em constante formação, emerge uma fertilidade, pior ou melhor.

Figura 2. Auto-organização dos sistemas abertos descrita por Prigogine na sua Teoria das Estruturas Dissipativas (adaptado de Prigogine, 1996).

As funções do solo são estudadas por ser ele um sistema resultante da coexistência de múltiplos componentes (químicos, físicos e biológicos), que determina a sua fertilidade e influencia profundamente a vida das plantas (Bonciarelli, 1980). Estas e os animais são as principais fontes de alimentos do homem. Assim, a partir da década de 1990, as funções começaram a ser identificadas, principalmente em pesquisas sobre qualidade do solo — grau de ajustamento de um solo para um uso específico, ou seja, sua habilidade ou capacidade de servir a uma função específica (Gregorich, 2002) —, embora raramente na literatura seja mencionado como são cumpridas (Larson & Pierce, 1991; Doran & Parkin, 1994; Larson & Pierce, 1994; Biswas & Mukherjee, 1995; Brady & Weil, 2002; Gregorich, 2002). As funções do sistema solo identificadas por esses autores são:

1) servir como meio para o crescimento das plantas:

1.1. ancorar as raízes;

1.2. receber, reter e liberar nutrientes; e

1.3. receber, reter e liberar água;

2) servir de habitat para os organismos do solo;

3) servir como meio para obras de engenharia humana;

4) regular os fluxos de água, de gases e de energia no ambiente;

5) reciclar os materiais in natura e os produtos de descarte;

6) responder ao seu manejo e resistir à sua degradação;

7) sustentar a produtividade biológica;

8) promover a saúde do homem, das plantas e dos animais;

9) sustentar a vida de todas as criaturas.

A partir da revisão das funções, identificadas por esses autores, se conclui que para entender melhor o objeto de estudo, no caso o solo, as funções foram ”atribuídas” de acordo com o entendimento e necessidade de cada autor. Isso não significa que o objeto realmente tenha essas funções; trata-se de um artifício útil para entender melhor como interagem outros objetos com o objeto de interesse. Como a fertilidade do sistema solo é essencial para o desenvolvimento e a produtividade das plantas, que são fundamentais para a alimentação dos animais e dos homens, as funções do solo apresentadas a seguir são ”atribuídas”, neste trabalho, para o sistema vida, separadamente para os seus subsistemas planta (1), animal (2) e homem (3).

1) Funções essenciais do sistema solo para o subsistema planta:

1.1. dar suporte físico para o desenvolvimento e para as trocas;

1.2. armazenar e disponibilizar nutrientes, água e oxigênio.

2) Funções essenciais do sistema solo para o subsistema animal:

2.1. dar suporte físico para a vida sobre ou no interior do solo;

2.2. servir de meio para a produção de alimentos (cumprir a função 1).

3) Funções essenciais do sistema solo para o subsistema homem:

3.1. dar suporte físico para a vida sobre o solo (cumprir a função 2.1.);

3.2. servir de meio para a produção de alimentos (cumprir a função 2.2.);

3.3. purificar a água (cumprir a função 1.2.);

3.4. tamponar a temperatura (cumprir a função 1.1.).

Os principais subsistemas do sistema solo são: subsistema estrutural e subsistema renovável. Devido ao nosso interesse nas condições do sistema solo que possibilitam o desenvolvimento e a produtividade das plantas, é dada ênfase, neste trabalho, às funções do sistema solo para com o subsistema planta, cumpridas pelos processos essenciais que caracterizam esses subsistemas.

O subsistema estrutural representa as condições que permitem às raízes das plantas crescerem e, ao mesmo tempo, dá espaço e ancoragem. Cumpre a função de dar ao subsistema planta suporte físico para o seu desenvolvimento e para as trocas. Esta função é cumprida pela interação entre as partículas do solo (areia, silte e argila), os ligantes químicos (CTC e CTA) ou orgânicos (exudatos e matéria orgânica) e a força (trabalho), esta gerada pelo crescimento das raízes e pelo movimento dos animais e da água no processo de agregação do solo. Os principais indicadores do seu cumprimento são: crescimento das raízes, capacidade de infiltração de água, proporção de agregados de dimensões diversas e resistência do solo à deformação.

O subsistema renovável representa as condições que possibilitam às plantas, através das suas raízes, absorverem no solo o que for necessário para formarem a sua estrutura, crescerem e se reproduzirem. O subsistema renovável cumpre, portanto, a segunda função do sistema solo, de armazenar e disponibilizar nutrientes, água e oxigênio para o subsistema planta. Esta função é cumprida pela interação entre a água, nutrientes, oxigênio, superfície reativa (CTC e CTA) e fauna e microrganismos, por um processo químico, de equilíbrio elétrico entre a fase sólida e a solução do solo, e por outro químico-biológico, de transformação dos nutrientes em formas assimiláveis pelas plantas (ciclagem de nutrientes estimulada pelos organismos vivos). Os principais indicadores do cumprimento desta função do solo são: água disponível, CTC e CTA, atividade de comunidades biológicas específicas e reserva e disponibilidade de nutrientes.

4. Fertilidade: uma propriedade emergente do sistema solo

A interação entre os subsistemas estrutural e renovável do sistema solo permite a emergência de inúmeras propriedades, entre elas a fertilidade (Figura 3). Esta é a propriedade emergente do sistema solo que proporciona as condições necessárias para o sustento da vida das plantas; logo, ela só se manifesta na presença delas. A magnitude dessa fertilidade, no entanto, é resultado da interação entre as condições físicas, químicas e biológicas nos processos que determinam o funcionamento ou cumprimento das funções — (1) dar suporte físico para o desenvolvimento e para as trocas e (2) armazenar e disponibilizar nutrientes, água e oxigênio —, ou seja, da interação entre os subsistemas estrutural e renovável emerge uma fertilidade de magnitude diferente (Figura 3). Essa magnitude é expressa pela maior ou menor produtividade das plantas. Através da propriedade emergente fertilidade, o sistema solo cumpre a sua função de produzir alimentos para os subsistemas animal e homem.

Figura 3. Fertilidade: uma propriedade emergente da interação entre os subsistemas estrutural e renovável do sistema solo.

Fertilidade é um termo utilizado em Ciência do Solo para expressar o resultado da ação dos fatores de produção no rendimento (grão, matéria seca, teor de óleo etc.) de uma cultura. Não é constituinte do solo e não se pode atribuir a ela uma medida direta. É uma propriedade projetada pelo homem para entender melhor ”o algo real” existente no solo, percebido e necessário para a produtividade da planta. Assim, para avaliá-la, estimam-se outros parâmetros e, pela grandeza destes, se determina o grau de fertilidade de um solo. Isso, no entanto, é relativo, pois a expressão da fertilidade não depende somente dos fatores de solo, mas também do clima e, principalmente, da espécie cultivada (pode ser adequada a um tipo de planta, mas não a outro).

Atualmente, a fertilidade é avaliada somente por alguns indicadores do subsistema renovável. A primeira diferença entre essa concepção e a mineralista é a contribuição direta do subsistema estrutural; a segunda é ação do componente água do subsistema renovável na fertilidade. Estas duas diferenças são mais importantes nos sistemas de cultivo com menor revolvimento e com maior adição de palha. No sistema convencional (SC) em que o solo é constantemente revolvido, as relações construídas no tempo são destruídas, portanto a não avaliação do subsistema estrutural não altera muito a avaliação da fertilidade, pois é muito semelhante no tempo. Num solo cultivado há anos no sistema plantio direto (SPD), o subsistema estrutural interfere muito mais na magnitude da fertilidade. Provavelmente por isso, neste sistema, a avaliação química, atualmente feita com base na teoria mineralista, é insuficiente para expressar (quantificar ou determinar) a fertilidade percebida pelas plantas.

O desenvolvimento e a produtividade das plantas, freqüentemente caracterizados como potencial do solo, são determinados pela interação entre o subsistema planta (particularidades da espécie cultivada) e o ambiente específico, formado pela fertilidade do sistema solo, pelo sistema vida e pelo topoclima (Figura 4). A agricultura, caracterizada pelo cultivo de um ambiente específico pelo homem — componente do sistema vida —, gera basicamente dois produtos: um chamado de produtividade (alimentos, grãos, matéria seca etc.: produto primário); e outro, de resíduo (raízes e parte aérea: produto secundário) (Figura 4). A quantidade e a qualidade dos produtos primário e secundário dependem da interação entre o ambiente específico e o subsistema planta. A conseqüência disso é, ou deveria ser, a realimentação ou a regeneração dos subsistemas renovável e estrutural pelos resíduos das plantas e pela adição de adubos e corretivos. Assim, nesse ciclo, se constrói a fertilidade que emergirá a cada cultivo do sistema solo.

Figura 4. Importância da fertilidade do sistema solo nos produtos gerados pela agricultura, produtividade e resíduo.

Os produtos da agricultura servem principalmente para alimentar e satisfazer outras necessidades dos subsistemas homem e animal. Esses interferem nos subsistemas e nas propriedades emergentes que concorrem para a sua geração. Como o produto primário é a principal fonte de lucro da agricultura, para o subsistema homem, em geral gestor do ambiente, é fundamental conhecer as principais interações (Figura 4) que influenciam a geração da fertilidade para estimular a sua melhoria e, conseqüentemente aumentar a produtividade das culturas e melhorar ou preservar o ambiente.

A agricultura não existe, sem a fertilidade do solo. Essa só é sustentável com alta fertilidade. Os indicadores da fertilidade ¯ esta uma propriedade emergente do funcionamento do solo como um todo ¯ são os mesmos da sustentabilidade da agricultura. A fertilidade, dizia Columella em 42 d.C., é uma capacidade do solo continuamente renovável pelas práticas agrícolas adequadas e adubação abundante. A ”função” do subsistema homem é estimular esta renovação continua. Assim a agricultura será sustentável, evitando a escassez de alimentos e o aumento das áreas degradadas e/ou desérticas. O estímulo à renovação da fertilidade deve ser feito com base na diversificação de culturas, utilizando as práticas agrícolas adequadas não somente às espécies cultivadas, mas também ao topoclima.

5. Considerações gerais

A reflexão sobre a evolução da noção e sobre a insuficiência do conceito mineralista indica que o momento atual é propício à importante mudança na noção de fertilidade — conceito, avaliação e práticas recomendadas. Pela revisão histórica e pela inquietação que, com freqüência, surge em relação à fertilidade do solo, um novo conceito deverá construído em breve (Nicolodi, 2007b). Na nova noção, a fertilidade pode ser considerada uma propriedade emergente do sistema solo (Nicolodi et al., 2004; D’Agostini, 2006; Schlindwein, 2006; D’Agostini, 2007; Denardin & Kochhann, 2007; Nicolodi, 2007a, Nicolodi 2007b). O conceito de que a fertilidade é a propriedade emergente do sistema solo que proporciona as condições necessárias para o sustento da vida das plantas é mais coerente com o significado do termo ”fertilidade” — capacidade de produzir abundantemente (Wikipédia, 2006) — do que o conceito derivado da teoria mineralista — a capacidade do solo de fornecer às plantas nutrientes, em quantidades e proporções adequadas, e de manter a ausência de elementos tóxicos para o seu desenvolvimento — atualmente utilizado.

A nova noção deverá ser capaz de expressar, principalmente, a mudança na magnitude da fertilidade percebida pelas plantas em solos cultivados no SPD com diversificação de espécies na rotação de culturas. A partir do novo conceito, deverão ser alteradas a sua avaliação e as práticas para aumentá-la e mantê-la. Provavelmente, a fertilidade dos solos cultivados no SPD não será avaliada somente por indicadores químicos e estes não serão necessariamente os mesmos utilizados no SC; se forem os mesmos, e provável que os teores críticos sejam alterados. Além disso, é necessário avaliar as condições biológicas e físicas, ou seja, os indicadores da fertilidade devem expressar o funcionamento do sistema solo.

A fertilidade poderia ser avaliada com base no cumprimento das funções dos subsistemas estrutural e renovável do solo. Assim, um solo não tem fertilidade se um ou ambos os subsistemas não cumprem com sua função para o subsistema plantas. Essa é uma situação rara, pois nada cresceria no solo. Por outro lado, um solo tem fertilidade se os dois subsistemas cumprem com as suas funções para as plantas. Nesse caso, a fertilidade é baixa quando esse cumprimento é feito com dificuldade ou é alta se é feito com facilidade. Se a fertilidade é alta, o sistema solo tem qualidade para produzir alimentos em abundância.

As principais práticas para bom funcionamento do sistema solo e, conseqüentemente, para estimular a emergência de uma fertilidade de magnitude maior11, são: estimular o bom funcionamento dos subsistemas estrutural e renovável através da diversidade de vida (animal e vegetal); manter os teores de nutrientes altos e a ausência de elementos tóxicos; e manter o solo sempre cultivado com espécies de diferentes sistemas radiculares que adicionem alta quantidade e qualidade de material orgânico ao solo.

Notas:3 Um sistema é um todo integrado cujas propriedades essenciais surgem das relações entre as suas partes (Capra, 1996). Um sistema é gerado por um grupo de elementos que interagem sobre um modelo ou padrão de organização para obter uma emergência, qualidade ou propriedade não acessível às partes isoladas.4 Emergentes são as propriedades do todo, não são redutíveis à soma dos efeitos dos elementos isolados, não estão presentes no nível inferior, não podem ser explicadas e nem reduzidas aos elementos que interagiram para gerá-la (Odum, 1988). 5 Termodinâmica é a parte da física que estuda os fenômenos relacionados com trabalho, energia, calor e entropia e as leis que governam os processos de conversão de energia. A termodinâmica clássica descreve somente os processos que havia antes e depois de restabelecido o equilíbrio, ou seja, os estados de equilíbrio, mas é incapaz de especificar os estados intermediários pelo qual passou o sistema. A termodinâmica do não-equilíbrio, desenvolvida por Prigogine, na década de 1940, para melhorar o entendimento dos sistemas abertos, descreve os estados intermediários, ou de não-equilíbrio, pelos quais passou o sistema. Os processos reais são compostos por sucessão de estados de não-equilíbrio (não uniformidade espacial e temporal das propriedades e variações locais com o tempo).6 A hierarquia entre sistemas e subsistemas é definida de acordo com o objeto de estudo, considerando que para que algo se constitua um sistema é necessário que exista um objetivo comum, ou função específica, que somente é atingido, ou a função cumprida, por aquele conjunto de processos. Quando vários processos cumprem objetivos ou funções diferentes, mas todos cooperam para atingir objetivo maior ou cumprir determinada função, o último é denominado sistema e seus cooperadores de subsistemas.7 Na Teoria Geral dos Sistemas, em 1945, Bertalanffy reconheceu que os organismos vivos são sistemas abertos e que não podem ser descritos pela termodinâmica clássica (também reconhecido por Bogdanov — os sistemas vivos são sistemas abertos que operam afastados do equilíbrio —, na obra Tectologia, publicada entre 1912 e 1917, pouco conhecida na época). Bertalanffy explicou as diferenças entre os sistemas fechados (trocam energia com o ambiente, tendem para a máxima desordem e se mantêm em equilíbrio químico e termodinâmico) e os sistemas abertos (trocam matéria e energia com o ambiente, são mantidos pelo fluxo contínuo dessas e pela construção e a decomposição de componentes, enquanto vivos e afastados do equilíbrio). Este autor cunhou a expressão ”o todo é mais que a soma das partes” significando que as características constitutivas do sistema não são explicáveis a partir das suas partes isoladas, mas a partir do conhecimento dessas e das suas relações. Com a concepção de sistema aberto, a aparente contradição entre a entropia (desordem) e a evolução (crescimento de ordem) desaparece. Nos processos irreversíveis, o aumento da entropia é compensado pela importação de entropia, que pode ser entropia negativa (ordem). Assim, a entropia interna do sistema pode diminuir e os sistemas vivos, além de evitar o aumento da entropia, podem se desenvolver em sentido de ordem e organização crescentes (Bertalanffy, 1977).8 Um processo é irreversível quando o sistema e todas as partes de sua vizinhança não conseguem voltar ao estado inicial. Um sistema que passa por um processo irreversível não está impedido de retornar ao seu estado inicial. No entanto, se o sistema retornar ao estado inicial não será possível fazer o mesmo com a sua vizinhança. 9 Neste trabalho, são componentes do subsistema animal todos os seres vivos que não pertencem aos subsistemas planta e homem. 10 A termodinâmica clássica atribui às leis da natureza caráter reversível, ou seja, nega radicalmente os efeitos do tempo. Isso não era aceito por Prigogine, pois ”nenhum esquema conceitual havia estabelecido a equivalência entre uma planta que cresce, floresce e morre e uma planta que revive, se torna jovem outra vez e retorna às suas sementes”, e passado e futuro desempenham papéis diferentes na maioria dos fenômenos (Prigogine & Stengers, 1992). Em 1947, Prigogine propôs a auto-organização dos sistemas abertos associada ao afastamento do equilíbrio num artigo sobre a termodinâmica do não-equilíbrio. As suas primeiras pesquisas mostraram um quadro contraditório devido a dois erros fundamentais da física clássica: estudar condições de equilíbrio e ignorar que muitos fenômenos são não-lineares. O gigantesco desafio de remediar esses erros foi uma das mais extraordinárias conquistas culturais atuais, cumprida por Prigogine entre os anos 50 e 70. Para demonstrar o primeiro, ele propôs a termodinâmica do não-equilíbrio ou dos processos irreversíveis, em que considerou o efeito do tempo, que caracteriza a criatividade e a evolução dos seres vivos, essencial; e para o segundo, utilizou a sofisticada matemática dos sistemas não-lineares (Prigogine, 2003). Com esses dois instrumentos, estudou a evolução dos sistemas abertos e descreveu a auto-organização destes na sua ”Teoria das Estruturas Dissipativas”. Na teoria, as principais características das formas vivas estão ligadas ao arcabouço conceitual e matemático coerente e acarretam uma mudança de percepção da estabilidade para a instabilidade, da desordem para a ordem, do equilíbrio para o não-equilíbrio, do ser para o vir-a-ser. Com essa teoria, Prigogine resolveu o quebra-cabeça da coexistência entre estrutura e mudança, entre ordem e dissipação, e foi muito além da concepção de sistemas abertos ao incluir nela a idéia de pontos de instabilidades nos quais novas estruturas e formas de ordem podem emergir. Observou que próximo do equilíbrio, um sistema é estável e que longe do equilíbrio, um sistema é instável e que os processos irreversíveis são fontes de coerência (Capra, 1996).11 As propriedades emergentes não são previsíveis como certezas de valor, mas como tendência de comportamento (melhor, no caso da fertilidade maior; ou pior, no caso de fertilidade menor).

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Publicado: Revista Plantio Direto, edição 102, novembro/dezembro de 2007. Aldeia Norte Editora, Passo Fundo, RS.