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Iêda de Carvalho Mendes

Iêda de Carvalho Mendes

Fixação biológica de nitrogênio: um grande aliado para a fome zero e a agricultura sustentável

Alinhamento com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS)

ODS 2 - Fome zero e agricultura sustentável ODS 12 - Consumo e produção responsáveis ODS 13 - Ação contra a mudança global do clima

A agricultura moderna baseia-se no uso intensivo de fertilizantes nitrogenados, que são produzidos a partir do petróleo. Por essa razão, esses fertilizantes são insumos muito caros, cujo custo anual é da ordem de US$45 bilhões de dólares. Embora seja o elemento presente em maior abundância na atmosfera terrestre (78%), a tripla ligação que forma a molécula de N2 é altamente estável e requer uma grande quantidade de energia para ser rompida. O processo Haber-Bosch, utilizado para a fabricação industrial dos fertilizantes nitrogenados, é realizado em condições extremas de temperatura (acima de 400°C) e pressão (15 atm), que somente são obtidas a partir da queima do petróleo. Isso implica emissão de grandes quantidades de gás carbônico para atmosfera.

Felizmente, a natureza dotou alguns microrganismos com a capacidade de fixar biologicamente o nitrogênio, ou seja, de converter o nitrogênio inerte, presente abundantemente na atmosfera, em formas reativas, que podem ser utilizadas pelas plantas. Dessa forma, a fixação biológica de nitrogênio (FBN) é a principal forma de aportar nitrogênio à biosfera, sendo considerada, após a fotossíntese, o mais importante processo biológico do planeta, fundamental para a vida na Terra.

Nos microrganismos fixadores de nitrogênio, a FBN é catalisada pela enzima nitrogenase e a reação precisa ocorrer em ambientes com baixas concentrações de O2. Em termos de agricultura, a simbiose entre bactérias fixadoras de nitrogênio (denominadas rizóbios e bradirizóbios) e plantas leguminosas  − família à qual pertencem a soja, o feijão e a ervilha − é a mais importante. Após a formação de nódulos nas raízes das leguminosas, a bactéria passa a fixar o nitrogênio atmosférico em compostos orgânicos que são utilizados pela planta, diminuindo e até mesmo substituindo o uso de adubos nitrogenados. Os nódulos são estruturas formadas especialmente para proporcionar um ambiente com baixa concentração de oxigênio, possibilitando assim a atuação da enzima nitrogenase, principal responsável pela FBN.

No Brasil, graças ao processo de FBN, a inoculação – adição de rizóbios às sementes no momento da semeadura – substitui totalmente a necessidade do uso de adubos nitrogenados nas lavouras de soja, principal cultura do agronegócio brasileiro. Embora esse processo seja conhecido desde o século XIX, foi necessário um grande esforço das instituições de pesquisa brasileiras para desenvolver e selecionar bactérias adaptadas às nossas condições, especialmente ao Cerrado. Em 1980, foram lançadas para a região do Cerrado as estirpes de rizóbio SEMIA 5019 (29W) e SEMIA 587 e, em 1993, as estirpes SEMIA 5080 e SEMIA 5079, mais eficientes que as estirpes que haviam sido lançadas em 1980. O inoculante, produto que chega aos agricultores, contém essas bactérias selecionadas pela pesquisa.

Caso o fornecimento de nitrogênio (N) para a cultura da soja tivesse que ser efetuado via adubação nitrogenada, seria necessário para uma produção média de 56 sacos/ha (produtividade média da soja na safra 2015/2016) um total de 1034 kg de ureia/ha, a um custo médio de R$ 1.241,00/ha. O custo por hectare da inoculação é de R$ 11. Ou seja, com o processo de inoculação são economizados R$ 1.230,00/ha, viabilizando a competitividade da soja brasileira no mercado internacional. Se considerarmos os 34 milhões de hectares plantados com a leguminosa no Brasil, a economia proporcionada pela não utilização de adubos nitrogenados é da ordem de R$ 41,8 bilhões, algo em torno de US$ 13 bilhões de dólares por ano.

Os números realmente impressionam, mas os benefícios da inoculação da soja não param por aí. Além de poupadora de recursos naturais, a FBN não polui o meio ambiente, diferentemente dos adubos nitrogenados. Um dos principais problemas com a utilização dos fertilizantes nitrogenados industriais reside na baixa eficiência de sua utilização pelas plantas quando aplicados ao solo, raramente ultrapassando 50%. Isso significa que, quando o agricultor aplica 100 kg de N, 50 kg podem ser perdidos por diferentes processos que ocorrem no solo. Um desses processos é a lixiviação, que é a lavagem do perfil do solo por percolação ou escorrimento superficial da água de chuva ou irrigação e que pode resultar no acúmulo de formas nitrogenadas, particularmente nitrato (NO-3), nas águas de rios, lagos e aquíferos subterrâneos, atingindo níveis tóxicos aos peixes e ao homem. Diversas doenças como câncer e problemas respiratórios têm sido associadas ao consumo de águas contaminadas com nitrato e representam um problema preocupante em alguns países da Europa e nos Estados Unidos. Outro processo que também acarreta perda do N aplicado ao solo é a desnitrificação, ou seja, a transformação do nitrato proveniente do fertilizante em formas gasosas, como N2O (óxido nitroso) e NO (óxido nítrico), que contribuem para a degradação da camada de ozônio agravando o efeito estufa, intimamente relacionado às mudanças climáticas globais.

Por todas essas razões, a FBN foi escolhida como um dos cinco pilares do programa Agricultura de Baixa Emissão de Carbono (ABC). Lançado em 2009 pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, o Programa ABC foi instituído para incentivar o uso de técnicas sustentáveis na agricultura visando à redução da emissão dos gases de efeito estufa (GEE).

O sucesso da inoculação da soja brasileira – que dispensa totalmente a necessidade de uso de adubo nitrogenado nessa cultura – é reconhecido nacional e internacionalmente. O feijão, leguminosa importantíssima no cardápio alimentar do povo brasileiro, também é beneficiado pela FBN. Mitos com relação à eficiência da FBN no feijoeiro vêm sendo paulatinamente derrubados, comprovando que a inoculação das sementes de feijão é aplicável não apenas a pequenos agricultores familiares, mas também a produtores que adotam altos níveis tecnológicos visando produtividades elevadas.

Microrrevolução verde

Nos últimos 45 anos, com a incorporação dos solos dos Cerrados ao processo agrícola, o Brasil desenvolveu uma agricultura tropical única no mundo. Essa agricultura é moderna, avançada, baseada em ciência e desde 1980, com o lançamento das primeiras estirpes de rizóbio para a cultura da soja, faz uso intensivo da FBN. Por essa razão, o crescimento agrícola com sustentabilidade é uma grande oportunidade para o nosso país, que pode, no século XXI, consolidar sua liderança no cenário mundial como potência nas áreas agrícola, ambiental e energética.

Avanços recentes relacionados ao uso nas lavouras da bactéria Azospirillum brasiliensis abrem uma perspectiva tão impactante que se pode vislumbrar uma nova revolução verde na agricultura brasileira, baseada na microbiologia do solo, uma verdadeira “microrrevolução verde”. O Azospirillum é uma bactéria que fixa nitrogênio de forma não associativa, isto é, sem envolver a formação de nódulos nas raízes, mas que também promove o crescimento de plantas. Em 2009, as primeiras estirpes de Azospirillum (AbV5 e AbV6) foram lançadas para utilização no milho e no trigo. Posteriormente, em 2016, o uso dessa bactéria foi ampliado para a braquiária abrindo uma grande oportunidade econômica para a viabilização da recuperação de pastagens degradadas. Também em 2016, o uso do Azospirillum em coinoculação com o rizóbio foi ampliado para a soja e o feijão, promovendo incrementos de produtividade nessas culturas superiores a 15%, quando o Azospirillum é aplicado no sulco de plantio.

Ainda como parte dessa microrrevolução verde, pesquisas relacionadas à inoculação da cana-de-açúcar com um coquetel de cinco estirpes de bactérias diazotróficas têm evidenciado ganhos consistentes na produção de colmos e nos teores de açúcar. Como a inoculação não altera as taxas de FBN, que ocorre naturalmente nessa cultura, os efeitos positivos estão, muito provavelmente, relacionados à promoção de crescimento da planta. 

A pressão de setores comerciais para adicionar fertilizantes nitrogenados à cultura da soja, com o pretexto de que esse aporte é necessário para obter maiores rendimentos, demandará nos próximos anos contínuos esforços de pesquisa. As vantagens da FBN com a soja não podem ser perdidas, razão pela qual as pesquisas visando obter taxas mais elevadas de FBN com as novas variedades mais produtivas, sob condições de estresses climáticos cada vez mais frequentes e em novos sistemas de produção mais sustentáveis, como a Integração Lavoura Pecuária (ILP) e ILPF (com floresta) precisam ser mantidas e incentivadas continuamente. Novas técnicas de inoculação (como a pré-inoculação das sementes) e novos inoculantes microbianos também estão na pauta de estudos dos rizobiologistas.

Olhando para o futuro, os próximos anos guardam promessas de avanços significativos em relação à FBN em gramíneas, um velho sonho dos microbiologistas do solo. Quais os motivos para isso? A conclusão do sequenciamento do genoma do arroz, o aprimoramento de modernas ferramentas de biologia molecular e os avanços no conhecimento de rotas simbióticas comuns entre micorrizas e rizóbios, facilitando a extensão da habilidade de fixar nitrogênio para os cereais e o desenvolvimento da primeira geração de gramíneas fixadoras de nitrogênio. ‘’

Além disso, em tempos de mudanças climáticas globais, em que eventos extremos de seca tendem a se tornar mais frequentes, o desenvolvimento de estirpes de rizóbio que, além de alta eficiência fixadora de nitrogênio, também possam acionar nas plantas mecanismos de tolerância ao estresse hídrico, conforme já verificado em algumas estirpes de rizóbio que nodulam o feijão, constitui também outra promissora linha de pesquisa.

Enfim, são impressionantes os grandes avanços que ainda estão por vir na área de FBN. O que dizer, então, ao se levar em consideração que os microrganismos fixadores de nitrogênio constituem uma pequena parte de um gigantesco universo de microrganismos que habitam o solo e que praticamente são desconhecidos? Felizmente, apesar desse desconhecimento, a importância do componente biológico do solo, para a manutenção de lavouras saudáveis, resilientes e sustentáveis que possam fornecer alimentos em quantidade e qualidade para uma população mundial crescente, tem sido cada vez mais percebida pelos produtores, no dia a dia de suas lavouras. Esses produtores estão consolidando a percepção de que os aumentos de produtividades das culturas vão muito além do uso de fertilizantes e pesticidas, evidenciando a importância do funcionamento biológico do solo.

Como forma de incrementar o uso de microrganismos promotores do crescimento de plantas (MPCP), processos microbianos e biomoléculas de origem microbiana na agricultura brasileira, o CNPq aprovou recentemente  a criação do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) “Microrganismos promotores do crescimento de plantas visando à sustentabilidade agrícola e à responsabilidade ambiental”, coordenado pela Embrapa. O objetivo desse INCT é maximizar a nutrição das plantas e o rendimento das culturas com menor aporte de fertilizantes químicos e impacto ambiental. Nos próximos anos, os pesquisadores se dedicarão não apenas ao estudo dos microrganismos fixadores do nitrogênio atmosférico, mas também dos produtores de reguladores de crescimento vegetal, dos solubilizadores de rochas fosfáticas e dos facilitadores de absorção de nutrientes, como os fungos micorrízicos, entre outros. As pesquisas envolverão três vertentes: 1) ciência básica, 2) desenvolvimento biotecnológico de produtos, moléculas e tecnologias relacionadas aos MPCPs e 3) meio ambiente. A aprovação desse INCT deixa evidente que, em consonância com a percepção dos agricultores, os órgãos financiadores de Ciência e Tecnologia do nosso país também estão convictos de que o futuro do crescimento sustentável da agricultura tropical cada vez mais depende também do componente biológico do solo.

Iêda de Carvalho Mendes

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa)

Iêda de Carvalho Mendes possui graduação em Engenharia Agronômica pela UnB  Universidade de Brasília (1987) e doutorado em Soil Science pela Oregon State University (1997). É pesquisadora da Embrapa desde 1989 e trabalha na Embrapa Cerrados. Participou dos trabalhos que culminaram com o lançamento das estirpes SEMIA 5080  (CPAC-7) e SEMIA 5079 (CPAC-15) em 1993, e que são utilizadas até hoje no inoculante comercial de soja. Também participou de trabalhos que resultaram na recomendação de estirpes de rizóbio para o feijoeiro (CPAC-H12) e leguminosas forrageiras. Atualmente é a presidente do Comitê Gestor do Portfólio de Fixação Biológica de Nitrogênio da Embrapa  (CG Port FBN).