Biodisponibilidade de cobre e zinco e alterações bioquímicas e fisiológicas em plantas de milho (Zea mays L.) em solo adubado com dejetos suínos

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agroecossistemas, Florianópolis, 2014A aplicação sucessiva de dejetos suínos além de incrementar os teores de nutrientes no solo, P, K, Ca e Mg, principalmente, pode aumentar os teores de cobre (Cu) e zinco (Zn). Esses elementos-traço, quando adicionados em excesso, tendem a se distribuir em formas mais lábeis, potencializando sua mobilidade e biodisponibilidade. O Cu e Zn, apesar de serem essenciais ao crescimento das plantas, podem ser tóxicos quando em concentrações elevadas. Entretanto, as plantas apresentam diversos sistemas de defesa; a exsudação de compostos orgânicos e a imobilização de elementos-traço pelas raízes são exemplos de mecanismos de defesa desenvolvidos por espécies tolerantes. O objetivo do trabalho foi avaliar, em um solo com elevados teores de elementos-traço, a biodisponibilidade de Cu e Zn no solo rizosférico e não rizosférico e seus efeitos na fisiologia de plantas de milho, bem como os mecanismos de defesa dessa espécie vegetal na presença desses metais. O trabalho foi conduzido em casa de vegetação do Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia (MIP) do Centro de Ciências Biológicas (CCB) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), em Florianópolis (SC). Foram utilizadas para este estudo amostras de solo Argissolo Vermelho Amarelo obtidas de um experimento em uma propriedade particular situada no município de Braço do Norte (SC). A área experimental foi submetida a adubações de 90 e 180 kg N ha-1 como dejeto líquido de suíno (DL) e adubação de 90 e 180 kg N ha-1 como cama sobreposta (CS) de 2002 a 2012. O presente trabalho foi dividido em dois estudos. No primeiro, foi realizado o cultivo de milho, em dois cultivos, por um período de 25 dias após a emergência (DAE) das plantas utilizando-se amostras indeformadas de solo na camada de 0-20 cm de profundidade. No segundo estudo, foi realizado o cultivo de milho até os 20 DAE em minirizobox, utilizando amostras deformadas de solo. Ambos os estudos foram delineados em blocos casualisados com 5 tratamentos e 5 repetições. No primeiro estudo foram avaliadas variáveis enzimáticas ligadas ao estresse oxidativo na parte aérea das plantas de milho, no caso a atividade das enzimas catalase (CAT) e ascorbato peroxidase (APX), o conteúdo de clorofila a, b e total, carotenóides totais, e proteínas e carboidratos solúveis totais, além dos teores disponíveis de Cu e Zn no solo (EDTA e CaCl2). No segundo estudo foram avaliados os atributos químicos e disponibilidade de Cu e Zn no solo rizosférico e não-rizosférico e o acúmulo desses metais noapoplasto e simplastos das raízes de milho. A utilização de dejetos de suínos e cama sobreposta promoveu o incremento dos teores disponíveis de Cu e Zn (EDTA e CaCl2) no solo. Contudo, apenas foi observado o aumento da concentração de Zn no tecido das plantas de milho. Adicionalmente, a produção de biomassa não foi afetada pela aplicação dos diferentes dejetos de suínos (DL e CS). Entretanto, foram observadas pequenas alterações na densidade estomática, nos parâmetros fotoquímicos (clorofila a, b e total e carotenóides totais) e no sistema enzimático antioxidante (catalase e APX), principalmente nas folhas de milho cultivado nos tratamentos que foram adubados com 180 kg de N ha-1 na forma de DL e de CS. A concentração de Cu nas raízes, tanto na apoplasto como no simplasto, foi incrementada com aplicação de dejeto líquido de suíno e cama sobreposta com o tratamento equivalente a 180 kg N ha-1. Com relação ao Zn, as adubações de dejeto líquido de suínos e cama sobreposta com o equivalente a 180 kg N ha-1 aumentaram sua concentração nas raízes, promovendo maior acúmulo na região do apoplasto. Apesar da aplicação de dejetos ter promovido poucos efeitos sobre as plantas, a manutenção das aplicações sucessivas de dejetos suínos, sem critérios técnicos, ao longo do tempo poderá incrementar os teores destes elementos no solo e no tecido, aumentando os efeitos dos agentes oxidantes observados no presente trabalho.The successive application of manure as well as increase the levels of nutrients in the soil, P, K, Ca and Mg, especially, can increase the levels of copper (Cu) and zinc (Zn). These trace elements, when added in excess, tend to spread in more labile forms, increasing their mobility and bioavailability. The Cu and Zn, while being essential to plant growth, can be toxic at high concentrations. However, plants have many defense systems; the exudation of organic compounds and immobilization of trace elements by the roots are examples of defensive mechanisms developed by tolerant species. The aim of this study was to evaluate, in a soil with high levels of trace elements, the bioavailability of Cu and Zn in rhizosphere and non- rhizosphere soil and their effects on the physiology of corn plants, as well as the defense mechanisms of this plant species in presence of these metals. The work was conducted in the greenhouse of the Department of Microbiology, Immunology and Parasitology (MIP) of the Institute of Biology (CCB) of the Federal University of Santa Catarina (UFSC). Samples of the Typic Hapludalf soil were used from an experiment at a pig farm in the municipality of Braço do Norte (SC ). The experimental area was subjected to fertilization with 90 and 180 kg N ha-1 as pig slurry (DL) and fertilizers of 90 and 180 kg N ha-1 as deep litter (CS) during the years 2002-2012. This work was divided into two studies. At first, the cultivation of maize was carried out in two cultivation, for a period of 25 days after plant emergence (DAE) using undisturbed soil samples in the 0 - 20 cm depth. In the second study maize cultivation was done up to 20 DAE in minirhizobox using disturbed soil samples. Both studies, a randomized block experimental with five treatments and five replications were used. The first study was assessed enzymatic parameters related to oxidative stress in shoots of maize plants, in case the catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) activities, the content of chlorophyll a, b and total and total carotenoids, and total soluble protein and carbohydrates. Additionally, available contents of Cu and Zn (EDTA and CaCl2) were assessed. In the second study, the chemical attributes and availability Cu and Zn in rhizosphere and bulk soil and metal accumulation in apoplast and simplast maize root were evaluated. The use of pig slurry and deep litter promoted the increase of available contents of Cu and Zn (EDTA and CaCl2) in soil. However, was only observed increase concentration of Zn in the tissue of maize plants.Additionally, biomass production was not affected by application of different pig manure (DL and CS). Nevertheless, minor changes were observed in stomatal density, photochemical parameters (chlorophyll a, b and total and carotenoids) and enzymatic antioxidant system (CAT and APX), especially in leaves of maize grown in soils that have been fertilized with 180 kg N ha-1 in the form of DL and CS. The concentration of Cu in roots in both the apoplast and symplast was enhanced by application of pig slurry and deep litter with the equivalent of 180 kg N ha-1. With respect to Zn, the fertilization of pig slurry and deep litter with 180 kg N ha-1 increased their concentration in the roots, promoting greater accumulation in the apoplast region. Although the application of manure have promoted little effect on the plants, the maintenance of successive applications of pig manure, without technical criteria, over time can increase the values of these elements in soil and tissue, strengthening the effects of oxidizing agents observed in this work