1. Introdução

O ciclo biogeoquímico ou ciclagem de nutrientes consiste em um conjunto de processos que envolvem o deslocamento, alterações e transformações de elementos químicos nos diferentes sistemas do planeta Terra: litosfera, biosfera, hidrosfera e atmosfera (¹,²). Nos ecossistemas de pastagens, a ciclagem de nutrientes minerais desempenha um papel fundamental na nutrição das plantas, pois os nutrientes circulam por vários compartimentos (solo-planta-animal-atmosfera), alternando entre períodos de disponibilidade ou não disponibilidade para absorção pelas plantas. Compreender a dinâmica de cada ciclagem de nutrientes do solo na pastagem e como as práticas de manejo podem afetá-los é essencial para a sustentabilidade dos sistemas de pastagem (³, ⁴).

A gestão adequada do solo e a introdução de nutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio são essenciais para o desenvolvimento de sistemas sustentáveis de produção pecuária baseados em pastagens. No entanto, a introdução contínua de nutrientes nos sistemas agrícolas também pode gerar sérios problemas ambientais, que vão desde a poluição local da água e do ar até às alterações climáticas globais (⁵). Portanto, quantificar as entradas e saídas de nutrientes é essencial para o manejo sustentável das pastagens.

Para compreender a ciclagem de nutrientes em um ecossistema de pastagem, além da avaliação das entradas (fertilização, fixação de N₂, suplementação) e saídas pela exportação de elementos, deve-se levar em consideração como esses nutrientes são perdidos e retornam ao ambiente (por exemplo, volatilização, lixiviação, escoamento). Assim, esta revisão teve como objetivo discutir a dinâmica da ciclagem dos nutrientes (entradas e saídas) de nitrogênio, fósforo e potássio em pastagens tropicais, apontando estratégias para melhorar a eficiência de sua utilização.

2. Ciclo biogeoquímico de nitrogênio, fósforo e potássio

Controlados por fatores bióticos e abióticos, os ciclos biogeoquímicos, ou ciclagem de nutrientes, consistem no fluxo de nutrientes nos diferentes compartimentos de um ecossistema. Nos ecossistemas de pastagens, esses compartimentos são o solo, as plantas, os animais e a atmosfera. A disponibilidade de macro e micronutrientes no ambiente edáfico é influenciada por alterações em um ou mais desses componentes mencionados (⁶).

O nitrogênio (N), o fósforo (P) e o potássio (K) são macronutrientes de relevante importância para a nutrição das plantas e, consequentemente, para a produção animal (⁷). A deficiência de nitrogênio no solo é uma força para a degradação das pastagens, uma vez que este composto está diretamente relacionado à síntese de biomoléculas essenciais na planta, como aminoácidos e ácidos nucléicos. O fósforo e o potássio são importantes no metabolismo das plantas, participando de diferentes fases da fotossíntese e do crescimento (⁸, ⁹, ¹⁰). A busca por estratégias que reduzam a degradação das pastagens e aumentem a produtividade do sistema requer conhecimento sobre a ciclagem desses nutrientes, especialmente o mecanismo e a via de sua entrada e saída no biossistema (³).

3. Caminhos de entrada de nitrogênio no sistema

As maiores reservas de nitrogênio nos ecossistemas de pastagens são o solo, a vegetação, os resíduos de herbívoros e a atmosfera (¹¹). Na maioria das terras agrícolas do mundo, o N é considerado o nutriente mais limitante para as culturas, especialmente nas monoculturas de gramíneas. Este elemento está envolvido na síntese de aminoácidos e proteínas utilizadas em diversos processos metabólicos nas plantas. Para espécies de plantas, como C3 (por exemplo, leguminosas forrageiras), que requerem maior concentração de rubisco em seus tecidos, o conteúdo de N no tecido é tão importante que a maioria dessas espécies forrageiras tem uma associação simbiótica com bactérias de fixação biológica de nitrogênio para garantir seu suprimento de N (¹², ¹³).

O N pode ser adicionado natural ou artificialmente ao solo dos ecossistemas de pastagens. No primeiro caso, é incorporado ao sistema por meio de fixação biológica, dejetos animais (urina, fezes), deposição de serapilheira, chuvas e deposição atmosférica (¹², ¹³) (Figura 1). Embora a atmosfera apresente elevado percentual de N₂ (78%) em sua composição gasosa, a contribuição para o fornecimento de N às culturas, incluindo pastagens cultivadas, é considerada muito baixa (⁶, ¹¹). A deposição atmosférica pode ocorrer por meio de raios ou redução de N de base mineral (¹³).

A utilização de leguminosas forrageiras em pastagens gramíneas é essencial para adicionar N aos sistemas via fixação biológica do N₂ atmosférico (Figura 1), contribuindo para o atendimento de parte das demandas do pasto. Geralmente aumenta a produção e a persistência das plantas na pastagem, melhorando consequentemente a nutrição e a produção animal (¹²). As leguminosas forrageiras disponibilizam o N no solo por meio da fixação biológica ou durante a decomposição da serapilheira, raízes e nódulos (¹⁴). A presença de espécies de leguminosas consorciadas com culturas ou espécies de gramíneas pode impactar a microbiota do solo; geralmente, a relação C:N (carbono e nitrogênio) da cama é reduzida, o que pode influenciar a atividade microbiana e a biomassa (¹⁵, ¹⁶, ¹⁷).

Muitos estudos têm mostrado os efeitos positivos da adição de espécies de leguminosas em pastagens ou consorciação com outras culturas e geralmente relatam aumentos na produção de forragem ou redução nas demandas por aplicações de N inorgânico (¹⁴, ¹⁶, ¹⁸).

Em relação às entradas de N no solo através da deposição de serapilheira, um dos indicadores mais importantes que refletem a qualidade da serapilheira é a relação C:N, onde plantas com níveis mais elevados de N na sua biomassa, como as leguminosas, fornecem resíduos com baixa relação C:N, que resulta em rápida decomposição e, consequentemente, maior taxa de mineralização de N para as plantas (¹⁹, ²⁰). Dablin et al. (²¹) observaram que a adição de árvores leguminosas em pastagens tropicais degradadas aumentou significativamente o conteúdo total de N da serapilheira nessas pastagens. Investigações lideradas por Xavier et al. (²²) mostraram que o uso de leguminosas arbóreas em sistema silvipastoril consorciado com a gramínea tropical Urochloa spp. aumentou tanto a deposição de serapilheira quanto o retorno de N ao solo em comparação ao sistema de monocultivo de gramíneas.

Sistemas silvipastoris que utilizam leguminosas arbóreas podem melhorar a eficiência da ciclagem de nutrientes e têm potencial para recuperar pastagens degradadas e, ao mesmo tempo, fornecer uma forragem com maior teor de proteína bruta (²³, ²⁴, ²⁵). Além da relação C:N, outros fatores da serapilheira devem ser considerados para determinar a mineralização do N no solo, que incluem o perfil de N do material em decomposição (NH₃/NH₃, aminoácidos, proteína bruta), lignina, e teor de polifenóis (²⁶). Segundo Maluf et al.(²⁷), a taxa de decomposição dos resíduos vegetais é significativamente influenciada pelas concentrações de N. A entrada de serapilheira de baixa qualidade pode ser considerada um dos principais contribuintes para o aumento da degradação das pastagens tropicais e subtropicais (¹¹), pois alguns dos nutrientes necessários (por exemplo, microminerais) podem levar algum tempo para estarem disponíveis em um momento específico para o crescimento das plantas.

Outra forma de adicionar N ao ecossistema de pastagens é através do uso de fertilizantes inorgânicos, que podem ter um impacto pronunciado na disponibilidade de N e nas respostas de crescimento das plantas porque geralmente apresentam mineralização rápida (²⁸, ²⁹). Existem muitas fontes de fertilizantes inorgânicos de N, por exemplo, ureia (CH₄N₂O), nitrato de amônio (NH₄NO₃), sulfato de amônio [(NH₄)₂SO₄], estes diferindo em termos de teor de N, bem como em sua disponibilidade e taxas de mineralização. No entanto, a fertilização de pastagens com fertilizantes inorgânicos de N é uma prática de manejo relativamente cara, com potencial de causar diversos impactos ambientais via lixiviação, acúmulo de N (solo, água) e volatilização (³⁰, ³¹, ³²). O uso de fertilizantes nitrogenados também tem potencial para acelerar a taxa de decomposição da serapilheira das pastagens; Apolinário et al.(³³) testaram os efeitos de diferentes níveis de N inorgânico na decomposição da serapilheira de pastagem de U. decumbens e encontraram diminuição na relação C:N e aumento na taxa de decomposição, em função da adubação nitrogenada inorgânica.

Outra fonte de entrada de N para o solo de um ecossistema de pastagem são os resíduos animais (urina, fezes). A concentração de N nas fezes e na urina dos animais em pastejo depende principalmente do conteúdo desses nutrientes ingeridos na dieta. Se for uma dieta baseada em pastagens, o N é principalmente reciclado da forragem consumida; entretanto, se os animais em pastejo receberem alguma suplementação (por exemplo, uréia, proteína), o N ingerido será adicionado ao sistema de pastagem via urina ou fezes. A deposição e distribuição de resíduos animais desempenham um papel fundamental na ciclagem de nutrientes nas pastagens; além do N, acrescentam ao solo outros compostos, como sódio (Na) e potássio (K) - presentes principalmente na urina - e fósforo (P), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), liberados principalmente via fezes (⁶, ³⁴). Os conteúdos macro e microminerais presentes nos dejetos dos animais em pastejo apresentam biodisponibilidade diferenciada para as plantas, o que está associado principalmente às suas taxas de mineralização pelos decompositores do solo e à interação com outros nutrientes e ao pH do solo (³⁵, ³⁶).

Animais em pastoreio tendem a depositar seus dejetos em locais muito específicos, como próximos a fontes de água e locais sombreados (por exemplo, abaixo de árvores), resultando na ineficiência da reciclagem e distribuição de nutrientes, o que pode representar grandes perdas de nutrientes do ecossistema pasto. Também provoca maiores concentrações de nutrientes em determinados locais, o que pode levar à poluição ou à ausência de crescimento das plantas devido à toxicidade, por exemplo. Isso significa que o comportamento de pastoreio dos animais afeta diretamente a deposição de excretas e, consequentemente, a distribuição de nutrientes na pastagem, o que pode levar a uma distribuição desequilibrada da fertilidade do solo entre as diferentes áreas da pastagem (³⁷). Porém, o uso de pastoreio intermitente e outras técnicas, como movimentar estrategicamente os animais no pasto e espalhar fontes de água e sombras, podem ajudar a reduzir essa distribuição desequilibrada de excretas no pasto.

4. Caminhos de saída de nitrogênio do sistema

O ciclo biogeoquímico do nitrogênio possui muitas vias para a saída desse elemento do ecossistema pasto. Além das colheitas e exportações de produtos de origem animal, responsáveis pela exportação de grandes quantidades dos nutrientes contidos nos tecidos vegetais (³⁸), é interessante considerar outros fatores que impactam diretamente na disponibilidade de nutrientes que podem levar a perdas significativas de nitrogênio , como escoamento superficial, erosão, lixiviação [principalmente como nitrato (NO₃^-) em solos permeáveis] e volatilização [amônia (NH₃), nitrogênio molecular (N₂) e óxidos de nitrogênio (NO, N₂O)] (³⁹).

Nutrientes com alta mobilidade no solo, como o N, são facilmente lixiviados, principalmente em solos mais profundos, sendo realizado por meio de águas pluviais ou irrigação. Quanto mais rápido o N é lixiviado no perfil do solo, mais difícil se torna para as culturas com sistemas radiculares curtos a absorção deste elemento (³). As formas pelas quais o N é absorvido pelo sistema radicular da planta são o nitrato (NO₃^-) e o amônio (NH₄⁺) (⁴⁰), podendo também ser absorvido em algumas formas orgânicas (por exemplo, aminoácidos, peptídeos, nucleotídeos) (⁴¹).

Dentre os principais fatores que influenciam a dinâmica do N, a relação C:N da matéria orgânica do solo (MOS) determina a taxa de decomposição, interferindo na mineralização ou imobilização do N pelos micróbios do solo (⁴², ⁴³). Quando a atividade microbiana atua na decomposição da MOS, são liberadas formas inorgânicas de nutrientes, processo conhecido como “mineralização”. Contudo, deve-se considerar que os micróbios também podem atuar como sumidouros temporários de N, pois podem reter parte do N para seu crescimento. Quando os íons inorgânicos são convertidos em formas orgânicas nos micróbios (por exemplo, aminoácidos, enzimas), ocorre o processo denominado “imobilização”. Uma porção significativa de N é imobilizada pelos micróbios do solo para a síntese de proteínas. Portanto, a decomposição de materiais orgânicos com baixas concentrações de N pode levar à indisponibilidade deste elemento tanto para micróbios quanto para plantas (³⁹, ⁴³). A imobilização do N pelos micróbios do solo pode ter um papel essencial na redução dos resultados potenciais que podem ocorrer nas formas livres de N no solo.

Outra forma de extrair N do solo é através da colheita. Menezes et al. (⁴⁴) avaliaram a extração de N pelo milho adubado com dejeto líquido de suínos e observaram que a extração de nitrogênio na parte aérea aos 20 dias após o plantio foi de 42 g de N por kg^-1 de MS quando utilizado esterco e 28 g de N por kg^-1 de MS sem aplicação de resíduos. Durante o desenvolvimento vegetativo da planta, especialmente durante a fase de crescimento exponencial, o acúmulo de matéria seca pode atingir até 70-80% da massa seca final total, o que requer grandes quantidades de nutrientes, especialmente N. Melesse et al.(³⁸) relataram concentrações de nitrogênio em diferentes espécies forrageiras (gramíneas e leguminosas) variando de 11 a 55 g.kg^-1 MS. Algumas práticas de manejo de pastagens podem intensificar a exportação de nutrientes (por exemplo, conservação de forragem) porque é comum que uma forragem produzida em um local seja consumida e excretada longe deste local.

5. Caminhos de entrada de fósforo no sistema

O fósforo (P) é um macronutriente essencial para o crescimento das plantas com alta demanda nos sistemas de produção agrícola (⁴⁵). Nas plantas, o P desempenha muitas funções no metabolismo, incluindo a composição do DNA, divisão celular, crescimento inicial das raízes, perfilhamento, formação de sementes, fotossíntese e processo respiratório (ADP, ATP), entre outros (⁹, ¹⁰). No entanto, os níveis de P no solo dos sistemas agrícolas têm sido esgotados ou indisponíveis, tornando-se um problema mundial (⁴⁶, ⁴⁷). Adições contínuas de P são necessárias para manter níveis ótimos de produção das culturas e pastagens. Melhorar a disponibilidade de P e a eficiência da fertilização através da redução das suas perdas pode contribuir para a sustentabilidade dos ecossistemas de pastagens (⁴⁸).

A gestão do P em ecossistemas de pastagens é particularmente desafiadora, dada a diversidade na dinâmica das pastagens (tipo de solo, espécies de plantas e animais, métodos de pastoreio) e a complexidade da ciclagem do P. Por exemplo, o esterco produzido pelos animais em pastoreio é depositado em manchas, geralmente próximo aos locais de descanso (bebedouros, postos de alimentação, sombras) (⁴⁹), o que pode levar à saturação do P depositado em algumas partes específicas da pastagem. Além disso, o esterco que devolve P às pastagens (Figura 2) é espacialmente heterogêneo, dificultando a ciclagem de nutrientes (⁵⁰). Ao contrário do nitrogênio, a mobilidade do P no solo é considerada muito baixa, e a maior parte do P aplicado através de fertilizantes inorgânicos pode rapidamente se tornar indisponível para as plantas (⁴⁷, ⁵¹).

Segundo Sharpley et al.(⁵²), um problema relacionado ao ciclo do P é a falha na recuperação e reutilização do P de estercos e resíduos. Os dejetos dos animais de pasto (urina e fezes) podem transportar até 81% do P ingerido (⁵³). O teor de P nos dejetos animais pode melhorar a eficiência do uso desse mineral e reduzir a deficiência do solo em sistemas de pastagem; entretanto, depende de estratégias de manejo para melhorar sua distribuição (⁴⁸). Kumaragamage e Akinremi (⁵⁴) relataram que as estratégias para reduzir as perdas de P via dejetos animais incluem a geração de adubos com baixo teor de P, o processamento do esterco para reduzir o P total e solúvel e a adoção de melhores práticas de manejo em termos de deposição ou aplicação de resíduos.

Além disso, outro fator que limita a utilização do P pelas plantas é a sua disponibilidade. O P inorgânico, como os ortofosfatos (por exemplo, PO₄^3-) (⁵⁵, ⁵⁶), quando adicionado ao solo, é imobilizado em formas que não estão imediatamente disponíveis para as plantas. Quando disponíveis, são absorvidos pela solução do solo e incorporados à biomassa vegetal ou microbiana. Nos sistemas de pastagem, o P é posteriormente transferido para a biomassa vegetal-animal e pode ser exportado do ecossistema de pastagens como produto animal (ou vegetal). O P da biomassa da pastagem é devolvido ou mineralizado no solo por meio de dejetos animais, resíduos vegetais e biomassa microbiana durante sua decomposição (⁵⁷).

O estrume e os resíduos vegetais são fontes orgânicas de P para o solo e reduzem a necessidade de insumos externos de P através de fertilizantes inorgânicos (⁴⁸). Além disso, os biofertilizantes aplicados na pastagem podem adicionar quantidades significativas de P (⁵⁸). Além disso, os micróbios do solo decompõem a MOS, que é uma fonte significativa de P orgânico de libertação lenta (⁵⁹). O estrume depositado pelo gado em pastoreio pode ter benefícios cumulativos de diminuição da sorção de P, melhorando assim a eficiência da ciclagem de P a longo prazo (⁴⁸). Além disso, o manejo dos animais a pasto pode melhorar a ciclagem de nutrientes. Segundo Assman et al.(⁶⁰), intensidades suaves de pastejo resultam em maior taxa de liberação de P das pastagens e resíduos de esterco.

6. Caminhos de saída de fósforo do sistema

Dentre as vias de perda de P em pastagens tropicais, a fixação/adsorção surge como uma via extremamente importante para reduzir a disponibilidade de P nesses sistemas. O clima tropical favorece o desenvolvimento de solos mais intemperizados, resultando em solos predominantemente ácidos (⁶¹). Em sua fração argilosa, diversos solos intemperizados contêm óxidos de ferro (Fe) e alumínio (Al), além de argilas do grupo da caulinita. Tais componentes desempenham um papel crucial na fixação de P no solo, uma vez que suas cargas são principalmente positivas em ambientes ácidos, atraindo uma variedade de ânions, incluindo o fosfato (PO₄^3-).

A adsorção de P no solo pode ocorrer em três fases distintas: inicialmente, o fenômeno ocorre rapidamente devido à presença de sítios oxihidróxidos altamente reativos, que trocam seus ligantes OH^- e OH²⁺. Na segunda fase, a adsorção ocorre em áreas com menor reatividade. A terceira fase ocorre lentamente, caracterizada pela precipitação de P, conforme relatado por Parfitt (⁶²).

Dentre as características do solo, tem sido relatado que altos teores de óxido podem levar à intensa adsorção de P, reduzindo a fração lábil do P (⁶³). A presença do grupo de filossilicatos que engloba argilominerais como a caulinita (⁶⁴) e o grupo dos oxihidróxidos de Fe e Al (por exemplo, hematitas, goethitas e gibbsitas) (⁶⁵) apresentam grande afinidade pelo P devido à presença de hidroxila no seus sites ativos. Segundo Pavinato et al.(⁶⁶), a região Sul do Brasil apresenta a maior proporção de solos com alta capacidade de fixação, pois os solos desta região são principalmente derivados de basalto e contêm grandes quantidades de argila com óxidos de Fe e Al capazes de fixando P.

Em diversas áreas da região Nordeste do Brasil, onde os solos são caracterizados pela predominância de partículas arenosas, a taxa de fixação de P é menor (⁶⁷). No entanto, embora o P tenha baixa mobilidade nos solos, a perda por lixiviação ou erosão (Figura 2) ocorre de forma mais significativa em solos arenosos do que por processos de fixação (⁶⁸). Em um panorama geral, nas regiões Sudeste e Norte do Brasil, a fixação de P apresenta valores médios a altos, respectivamente, devido à quantidade e qualidade da fração argila, além do nível de saturação por bases, que varia de acordo com os fatores pedogenéticos de cada solo (⁶⁹).

Embora a matéria orgânica (MO) tenha contribuído inicialmente para a retenção e estoque de P, é importante ressaltar que ela também contém ácidos húmicos e fúlvicos, além de outros ânions orgânicos. Além disso, a MO apresenta presença significativa de grupos carboxílicos (^-COOH) que ocupam locais de adsorção nas argilas, e óxidos de Fe e Al no lugar de P (⁷⁰). Assim, a presença de MO pode aumentar a eficácia do fertilizante fosfatado, pois serão liberados ácidos orgânicos. Esses ácidos orgânicos competem pelos locais de fixação, aumentando a disponibilidade de P para as plantas. Porém, é importante destacar que a eficácia desse processo depende da fonte orgânica utilizada e da sua taxa de mineralização, que será influenciada pelo tipo de solo e pelas condições climáticas (⁷¹).

O pH do solo é crucial, pois influencia a disponibilidade de P na solução. Solos intemperizados e muito ácidos, como os encontrados em regiões tropicais e subtropicais úmidas, são caracterizados por fixação significativa de quantidades consideráveis de P (⁶⁸). A eficácia dos fosfatos é mais pronunciada quando o pH do solo está próximo de 6,5 (⁷²) devido à alta concentração de óxidos de ferro e alumínio em solos ácidos, substâncias que favorecem a adsorção de P. Porém, em solos alcalinos, a predominância de carbonato de cálcio e magnésio também pode restringir a disponibilidade de P, com impacto significativo na absorção e utilização pelas plantas (⁷³, ⁷⁴).

No Brasil, a maioria dos solos apresenta características ácidas com pH em torno de 5,6, associadas ao processo de intemperismo e lixiviação de bases (⁶⁹). A calagem representa uma alternativa para mitigar o déficit de nutrientes proveniente da acidificação em solos intemperizados e com baixo pH, utilizada predominantemente em diversos sistemas de cultivo no Brasil. Essa técnica de manejo permite ajustar o pH do solo e reduzir a acidez. A calagem pode promover condições mais favoráveis ao desenvolvimento das plantas, ajustando o equilíbrio ácido-base à faixa de pH de 6 a 7, onde a maioria das culturas cresce melhor devido à disponibilidade da maior parte dos nutrientes essenciais para o crescimento das plantas (⁷⁵, ⁷⁶).

O local onde o P é depositado pelo gado pode influenciar fortemente a sua retenção nas pastagens (Figura 2). É importante mencionar que muitas vezes o P retorna ao solo longe da área onde foi consumido, de modo que a transferência de estoque entre áreas da pastagem pode representar uma perda de aproximadamente 5% das necessidades de insumos de P via fertilizantes (⁷⁷).

Pastagens sob condições de pastoreio são uma fonte significativa de entrada de fósforo nas águas superficiais. Nellesen et al.(⁷⁸) observaram maior perda de P em pastagens com acesso irrestrito a riachos. Estratégias eficazes de gestão de P devem envolver técnicas para reduzir o pisoteio contínuo do solo e a entrada excessiva de estrume em locais vulneráveis. Manter a cobertura vegetal das pastagens pode reduzir as perdas tanto na forma particulada quanto na forma de P dissolvido. A utilização e distribuição de bebedouros longe de rios e represas pode reduzir o tempo de permanência dos animais em áreas próximas a cursos d’água e diminuir a deposição de excrementos em apenas uma área (⁷⁹). Outra alternativa para aumentar a homogeneidade na deposição de excretas no solo é o pastoreio rotacionado. Esse manejo, quando bem realizado, também pode ser eficaz na redução do escoamento superficial e da erosão da pastagem por diminuir o impacto do pisoteio (⁸⁰). Práticas de manejo, como ajuste das taxas de lotação e métodos de pastoreio, distribuição de estruturas sombreadas (por exemplo, árvores e abrigos) e locais de alimentação complementar, distribuição de bebedouros, fertilização eficiente e diversidade de forragem podem afetar a eficiência da ciclagem de nutrientes nas pastagens (⁸¹). Outra via de perda de P num ecossistema de pastagens é a exportação de culturas (⁴⁴) em pastagens; a exportação de nutrientes pode ocorrer através de produtos de origem animal ou quando a forragem é colhida e consumida longe dos sistemas de pastoreio onde foi plantada/colhida.

7. Caminhos para entrada de potássio no sistema

O potássio é um macronutriente requerido em grandes quantidades pelas culturas porque desempenha papéis importantes na regulação do fluxo de água, na ativação enzimática, na abertura e fechamento dos estômatos e no transporte de carboidratos (⁸). Encontra-se disponível no solo na forma de cátion (K⁺), adsorvido ou na solução do solo (Figura 3). É absorvido pelas plantas da mesma forma. O potássio é um nutriente adicionado principalmente às pastagens através de adubação, inorgânica ou orgânica, e também adicionado pela alimentação animal ou suplementos minerais.

As principais fontes de fertilizantes inorgânicos de K são KCl, K₂O e K₂SO₄ (⁸², ⁸³). Os fertilizantes orgânicos, principalmente os dejetos animais, são as principais fontes de reciclagem desse elemento nas pastagens (70-90%). Pode ser devolvido à pastagem imobilizado em matéria orgânica ou em formas iônicas solúveis em água e prontamente disponíveis para absorção pelas plantas. Portanto, a dinâmica desse nutriente no solo e sua ciclagem dependem do tipo de sistema de produção. Segundo Assmann et al.(⁶⁰), resíduos de pastagens e estercos podem liberar K em elevada proporção e, diferentemente do P, a disponibilidade de potássio não é muito influenciada pela intensidade de pastejo. A disponibilidade de K depende essencialmente das reservas do solo e da aplicação de fertilizantes. Em solos com baixa capacidade de troca catiônica (CTC), como na maioria dos solos brasileiros, há lixiviação considerável desse nutriente (⁸⁴).

Semelhante ao que foi descrito para N e P, outra rota de entrada de K em ecossistemas de pastagens é através da suplementação animal, utilizando tanto ração animal quanto suplementos minerais (Figura 3). O teor de K na maioria das gramíneas e leguminosas varia em torno de 30-40 g. kg^-1 MS (³⁸), o que pode representar um consumo significativo desse nutriente pelos animais em pastejo. Considerando uma unidade animal (453,5 kg) consumindo, por exemplo, 12 kg de MS por dia, sua ingestão de K pode variar em torno de 360-480 g por dia. Outra fonte de entrada de K na pastagem são os biofertilizantes; Coelho et al.(⁵⁸) relataram valores de K variando de 7 a 119 g.kg^-1 de MS em diferentes biofertilizantes.

8. Caminhos de saída de potássio do sistema

Como o K é um dos principais minerais da forragem (³⁹), quantidades significativas desse nutriente podem ser exportadas durante a colheita e também pela exportação via produtos de origem animal (por exemplo, leite e carne) (⁸⁵, ⁸⁶). Compreender a taxa de absorção e a quantidade total de K acumulado nas culturas durante a estação de crescimento e sua remoção durante a colheita é necessário para avaliar as saídas deste elemento do sistema de pastoreio.

O potássio também pode deixar o ecossistema das pastagens através de lixiviação ou escoamento devido à sua alta solubilidade (Figura 3). Além disso, como o K está ligado a argilas e materiais orgânicos e adsorvido em partículas finas do solo, ele pode ser erodido pela água de escoamento e levado por ventos fortes (por exemplo, cinzas após a queima da biomassa de pastagens) (⁸⁷, ⁸⁸, ⁸⁹). Partículas de solo erodidas do campo carregam consigo K adsorvido. A erosão hídrica ocorre principalmente na superfície do solo ou em profundidades rasas por escoamento superficial, mas as partículas também podem ser transportadas para profundidades e perdidas através de drenos de campo (⁸⁷).

As perdas de K através do escoamento dependem da intensidade das chuvas, do momento dos eventos de precipitação, do manejo do fertilizante K e da capacidade de troca catiônica do solo (⁹⁰, ⁹¹). Perdas significativas deste nutriente podem ocorrer devido à sua presença nos resíduos culturais e na camada superficial do solo. O K pode ocorrer livre nos tecidos vegetais, o que facilita a remoção pela água após a senescência (⁹²). K é um nutriente que pode deixar o ecossistema de pastagens através da erosão eólica. Quanto mais forte a velocidade do vento, mais o solo fica sujeito à erosão (³³), principalmente às pequenas partículas secas (⁹³,⁹⁴).

Em um sistema silvipastoril com capim-braquiária (Urochloa decumbens) e as leguminosas gliricídia (Gliricidia sepium) e sabiá (Mimosa caesalpiniifolia) em Itambé, estado de Pernambuco, Herrera et al.(⁹⁵) relataram redução no K⁺ do solo de 2013 a 2017, associado ao desenvolvimento de pastagens e árvores ao longo do tempo. A maior extração de K⁺ pode ser decorrente do maior acúmulo desse nutriente nos componentes da biomassa, sendo que árvores mais jovens apresentam maior demanda por nutrientes em folhas e galhos (⁹⁶, ⁹⁷). Além disso, estimativas indicam que o K⁺ pode ser armazenado em aproximadamente 0,8 (16 g kg^-1) e 0,7 Mg ha^-1 (14 g kg^-1) na biomassa de gliricídia e sabiá, respectivamente (⁹⁸, ⁹⁹).

O desenvolvimento e a implementação de melhores práticas de gestão para a utilização de fertilizantes, com foco na fonte, taxa, momento e colocação, são necessários a curto prazo para aumentar a produtividade e o retorno económico dos insumos de fertilizantes (¹⁰⁰). A fonte de K deve ser um fator a ser ajustado nas recomendações de adubação para limitar suas perdas nas pastagens. Por exemplo, o uso de KCl de liberação lenta (revestido com polímero) pode reduzir a lixiviação de K em comparação com o KCl tradicional; no entanto, a taxa de libertação lenta pode não ser suficiente para satisfazer as necessidades das culturas em termos de K (¹⁰¹). Sabe-se que quando os fertilizantes potássicos são aplicados por difusão superficial, a presença de uma cultura de cobertura pode reduzir as perdas de K pelo escoamento superficial (⁷⁴).

9. Conclusão

A ciclagem de nutrientes entre diferentes compartimentos é característica dos ecossistemas de pastagens. A análise da dinâmica de nutrientes em pastagens deve levar em consideração as entradas e perdas de elementos e seus ciclos biogeoquímicos. O esterco e a cama são as principais fontes de retorno de nutrientes ao ecossistema pasto, o que ocorre por meio da decomposição por microrganismos. O conhecimento dos fatores que controlam a liberação de nutrientes da cama e dos estercos nas pastagens, aliado ao estudo dos mecanismos de perda de nutrientes, pode contribuir para tornar sistemas de manejo mais sustentáveis.

Existe mais de uma rota para os nutrientes entrarem no ecossistema das pastagens. O nitrogênio pode ser incorporado por meio de fixação biológica, deposição de lixo, excrementos de animais, chuvas e deposição atmosférica. Entre as principais rotas de perda de nutrientes estão a erosão, a lixiviação, o escoamento superficial e a volatilização. Além disso, a extração de nutrientes pelas plantas e o seu consumo pelos animais que pastam também é uma variável considerável na produção de nutrientes das pastagens através da exportação do produto. A redistribuição de nutrientes pode ser influenciada pelo pastoreio, consumo, desfolha das pastagens e seu retorno ao solo via excretas. Práticas de manejo como o ajuste da taxa de lotação e dos métodos de pastoreio e a distribuição de estruturas sombreadas complementam as estruturas de alimentação, e os bebedouros podem afetar a eficiência da ciclagem de nutrientes nas pastagens.

Referências bibliográficas

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