O solo é um sistema dinâmico e desempenha papel fundamental na produção de alimentos, além de ser substrato onde crescem as plantas, é um sistema que permite uma série de funções vitais, desde decomposição da matéria orgânica até ciclagem de nutrientes.

Outro fator importante é a grande diversidade de microrganismos no solo, conhecida como microbiologia do solo, composta de diversas bactérias, fungos e protozoários. Entender o funcionamento desses microrganismos é essencial para garantir a sustentabilidade de sistemas naturais e compreender os processos que ocorrem nos solos.

Quer saber mais a fundo sobre a atividade dos microrganismos no solo? Acompanhe o texto, que vamos te contar!

Qual é a composição do solo?

Os solos são compostos por componentes sólidos e espaços porosos, a parte sólida tem 46% de material de origem mineral e os outros 4% são de matéria orgânica. Já os espaços porosos são ocupados por ar e água, o que varia de acordo com a umidade do solo. Ou seja, os solos, de uma maneira geral, são compostos por partículas minerais (areia, silte e argila), por água, ar e matéria orgânica.

Imagem 1. Constituição geral dos solos.

A matéria orgânica fica na camada mais superficial do solo, por conta disso é onde também se encontram os nutrientes e os microrganismos, sendo composta de resíduos vegetais, animais e organismos do solo.

 No solo, os microrganismos vivos são denominados de biomassa microbiana e são responsáveis pela decomposição da matéria orgânica, assim como várias outras reações, que falaremos mais adiante. Um exemplo é a mineralização, que é quando os microrganismos decompõem o material vegetal ou animal, transformando os nutrientes que estão na forma orgânica em forma mineral, forma que as plantas conseguem absorver.

Diversidade microbiana do solo

A microbiota do solo é composta por inúmeras populações de microrganismos, os maiores grupos são as: bactérias, fungos e protozoários. Esses microrganismos têm nichos e funções específicas nos sistemas do solo, as bactérias e fungos possuem grande importância em reações bioquímicas, sendo as bactérias as mais abundantes.

A quantidade e diversidade de microrganismos no solo é bastante grande, apesar de que constituem apenas de 1 a 4% do carbono total, ocupando cerca de 5% do espaço poroso do solo. Porém, apenas uma parcela dos microrganismos está no estado vivo, isso por que o solo é um ambiente estressante para eles, então cerca de 15 a 30% das bactérias estão vivas, já nos fungos representa apenas 10%.

Na biomassa microbiana do solo, as bactérias e fungos correspondem a 90% da atividade microbiana, sendo as bactérias mais abundantes e versáteis, tendo um importante papel na degradação de agrotóxicos. As bactérias possuem uma população de 106 a 109 organismos g^-1 solo e os fungos representam 104 a 106 g^-1 solo.

O processo de formação dos solos começa com reações físicas e químicas, que causam intemperização das rochas em partículas finas. Porém, nesse início de processo, o carbono e o nitrogênio estão em poucas quantidades nesse solo, sendo essencial os microrganismos que fotossintetizam e fixam nitrogênio.

O metabolismos dos microrganismos

Os microrganismos realizam dois processos principais, que envolve uma grande quantidade de reações bioquímicas complexas: fotossíntese e decomposição, são processos que geram e/ou consomem energia celular. As reações de produção (reações catabólicas) ou de uso de energia (reações anabólicas) são realizadas pelos microrganismos encontrados no solo. Veja a seguir:

• Reações catabólicas: são reguladas por enzimas que liberam energia e está ligada a quebra de compostos orgânicos complexos, transformando em compostos simples. São reações que usam água (hidrolíticas) e produzem energia.

• Reações anabólicas: são reguladas por enzimas que requerem energia e está ligada a construção de moléculas orgânicas complexas, a partir de moléculas simples. São reações que liberam água e consomem energia.
  

Mas quais reações têm interferência dos microrganismos no solo?

Carbono no solo: Os teores de carbono, matéria orgânica, índices de biomassa e atividade enzimática são usados como indicadores de qualidade do solo. Os microrganismos influenciam na quantidade de carbono armazenado no solo e a disponibilidade.

O processo se inicia com resíduos de plantas e animais no solo, então a microbiota do solo começa o processo de decomposição, com a quebra de compostos orgânicos. Ao decorrer do processo, os microrganismos consomem parte do carbono, obtendo energia, e liberam dióxido de carbono para a atmosfera, com a respiração microbiana.

A formação de matéria orgânica estável (matéria orgânica humificada), também é responsabilidade dos microrganismos do solo, esse processo tem a decomposição mais lenta e possibilita a formação de um reservatório de carbono no solo. Outra função dos microrganismos é na ciclagem de carbono entre solo e atmosfera.

Nitrogênio no solo: O nitrogênio está disponível no solo sob a forma orgânica e inorgânica. Sendo a forma orgânica encontrada na fração proteica da matéria orgânica, e suscetível a mineralização. Já na forma inorgânica está presente em diversas formas, como: amônio, nitrito, nitrato e etc.

A fixação biológica de nitrogênio é a principal forma de entrada de nitrogênio no solo, algumas bactérias como a Rhizobium, fixam nitrogênio atmosférico e convertem em amônia (forma que as plantas absorvem), e vivem em simbiose com as raízes de plantas leguminosas, como a soja, feijão e ervilha.

Já as bactérias nitrificantes (Nitrosomonas e Nitrobacter), convertem a amônia em nitritos e nitratos, ou seja, transformando em formas de nitrogênio mais facilmente absorvíveis pelas plantas, esse processo se chama nitrificação. Outro processo é a desnitrificação, que é quando bactérias convertem os nitratos do solo em nitrogênio gasoso (atmosférico), ocasionando perda de nitrogênio do solo para a atmosfera.

Imagem 2. Ciclo do nitrogênio.

Fósforo no solo: O fósforo é um elemento fundamental na produção de ATP (energia), fotossíntese, respiração das plantas, é um elemento que estabiliza e é pouco móvel no solo, sendo encontrado na forma orgânica (Po) e na forma inorgânica (Pi).

No processo da mineralização, os microrganismos dos solos facilitam a liberação do fósforo presente em compostos orgânicos complexos, como o fosfato orgânico, o tornando disponível para plantas na forma de fósforo solúvel. Já no processo de mobilização, as bactérias do gênero Bacillus e Pseudomonas produzem ácidos orgânicos e enzimas que ajudam a solubilizar fosfatos insolúveis no solo, os tornando disponíveis para as plantas.

Imagem 3. Ciclo do fósforo.

Enxofre no solo: No solo é onde se encontra a maior concentração de enxofre, podendo ocorrer sob formas orgânicas e inorgânicas. Os microrganismos do solo auxiliam na liberação de enxofre a partir de compostos orgânicos complexos, como o sulfato orgânico e o sulfeto de hidrogênio, assim o tornando disponível na forma de sulfato solúvel, esse processo é chamado de mineralização.  

Algumas espécies de microrganismos do solo têm a capacidade de realizar processos de oxidação e redução do enxofre, por exemplo, bactérias redutoras de sulfato podem converter sulfato em sulfeto, já as bactérias oxidantes de enxofre podem converter sulfeto em sulfato. No processo de fixação, por exemplo a bactéria fixadora de enxofre do gênero Thiobacillus, pode fixar o enxofre da atmosfera e converter em formas utilizáveis pelas plantas. Já no processo de desnitrificação, algumas bactérias podem produzir sulfeto de hidrogênio como subproduto da redução do nitrogênio.

Imagem 4. Ciclo do enxofre no solo.

Você sabe o que são micorrizas?

As micorrizas são uma simbiose entre fungos e raízes de plantas, funcionam como extensão das raízes, possibilitando o aumento da área de exploração radicular e absorção de nutrientes, promove resistência a doenças e contribui na ciclagem de nutrientes no solo. Essa interação beneficia tanto as plantas quanto os microrganismos. 

Os fungos micorrízicos estabelecem uma rede de hifas ao redor das raízes das plantas, sendo esse processo o responsável por aumentar a capacidade de absorção de água e nutrientes. Em troca, as plantas fornecem carbono aos fungos micorrizos na forma de carboidratos e outros compostos orgânicos.

Laboratório de microbiologia do solo

Vimos anteriormente as diversas reações que ocorrem nos solos e que necessitam dos microrganismos. A microbiota do solo desempenha papel crucial na decomposição de matéria orgânica, na ciclagem de nutrientes e manutenção da qualidade do solo. Porém, pra entender profundamente esses processos, é preciso realizar análises laboratoriais, por isso iremos falar agora sobre os equipamentos utilizados em laboratórios de microbiologia do solo.

Você pode aprender um pouco mais sobre as  análises realizadas nos textos "Microbiologia do solo e sua importância para sustentabilidade agrícola" e "Atividade enzimática: indicador biológico da qualidade do solo".

Um laboratório de microbiologia do solo precisa de alguns equipamentos básicos, que serão descritos a seguir:

Microscópios: importantes para identificação de características morfológicas dos microrganismos. Podem ser:

• Microscópio estereoscópicos conhecidos como lupas, tem resolução inferior comparado aos microscópios ópticos. Porém são uteis para identificação de alterações de fenótipos das raízes, causadas por microrganismos, observar detalhes da morfologia de colônias de bactérias e fungos em placa e observação de fungos micorrízicos.

• Microscópios biológicos binocular usado para ampliar o tamanho das células, auxiliar na contagem e identificação de microrganismos.

Incubadoras existem vários modelos que podem ser utilizados, dependendo da aplicação. Em microbiologia do solo, o crescimento de microrganismos terá temperaturas variadas, em uma faixa de 0°C até cerca de 60°C.

Incubadora Shaker: usada no crescimento de microrganismos que necessitam de agitação orbital e controle de temperatura.

Banhos maria: podem ser úteis em diversos fins dentro de um laboratório de microbiologia do solo, podendo também, ser acoplados a equipamentos que necessitam de refrigeração, otimizando seu funcionamento.

Centrífugas: usadas para separação de fases de diferentes densidades nas amostras.

Câmara de fluxo laminar horizontal: usadas para captura e retenção de partículas do ar, durante as manipulações das amostras, evitando que ocorra contaminações do material. São determinadas como câmaras de fluxo laminar pois há circulação constante de ar no equipamento.

Autoclaves: usadas para esterilização dos meios de culturas e para descarte de amostras.

Estufas: diferentes estufas podem ser usadas, de acordo com a aplicação desejada. Podendo ser:

• Estufa de secagem e esterilização, que são utilizadas para secagem de vidrarias e materiais em geral.

• Estufa bacteriológica, são usadas no processo de crescimento e multiplicação dos microrganismos, meios de culturas inoculados e monitoramento de crescimento microbiano.

Espectrofotômetro digital UV/VIS: Utilizado para análise de compostos orgânicos e inorgânicos, padronização do inóculo e avaliação de compostos enzimáticos.

Bomba dosadora de líquidos: Para dispensar/dosar líquidos, para meios de cultura, preenchendo placas de Petri ou tubos.

Dispensador automático: Utilizado na preparação de amostra padrão, como bomba de nutrientes para agentes biológicos.

Dosador de meio de cultura: Usado para dosar meio de cultura em carrossel, de forma automática.

Contador de colônias: Contagem rápida de colônias de bactérias ou fungos em placas de Petri.

Outros equipamentos que podem ser usados são: balanças analíticas, bomba de vácuo, chapa de aquecimento, destilador de água e osmose reversa.

Considerações finais

Ao final desse texto fica claro o quanto os microrganismos do solo são importantes e participam de reações complexas, fundamentais para o bom funcionamento do solo e plantas.  Desempenham papeis essenciais na dinâmica de interação entre diversos elementos nos solos, além de auxiliar na manutenção da fertilidade e qualidade do solo, e um laboratório de microbiologia do solo bem equipado permite entender ainda mais as interações entre o solo e os microrganismos e as reações bioquímicas existentes nesse meio.

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Referências bibliográficas

RACHWAL, Marcos Fernando Gluck et al. O solo. Seminário sobre educação ambiental integrada para multiplicadores, Colombo. Os seis elementos: água, ar, solo, flora, fauna, ser humano: trabalhos apresentados. Anais... Colombo: Embrapa Florestas, 2003.

HUNGRIA, Mariângela; ARAUJO, Ricardo S. Manual de métodos empregados em estudos de microbiologia agrícola. EMBRAPA-CNPAF. Documentos, 1994.

CARDOSO, Elke Jurandy Bran Nogueira; TSAI, Siu Mui; NEVES, Maria Cristina Prata. Microbiologia do solo. Campinas: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1992.

NOGUEIRA, Marco Antonio; HUNGRIA, Mariângela. Indicadores microbiológicos da qualidade do solo. In: Embrapa Soja-Artigo em anais de congresso (ALICE). In: Reunião