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CAPITULO I
INTRODUÇÃO A FERTILIDADE DO SOLO
1. Nutrientes Essenciais
De maneira geral, qualquer elemento químico que se encontre na solução do solo pode ser absorvido^1 pela planta. No entanto, a presença de um elemento químico no tecido vegetal não implica que este seja fundamental para a nutrição da planta e, conseqüente, para o seu crescimento^2 e desenvolvimento^3. Aqueles que são essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas são denominados de nutrientes essenciais. Para caracterizar-se como nutriente essencial o elemento deve atender critérios de essencialidade. Arnon & Stout (1939) postularam três critérios para caracterizar o elemento químico como nutriente essencial. São eles: a) a ausência do elemento impede que a planta complete seu ciclo; b) a deficiência do elemento é específica, podendo ser prevenida ou corrigida somente mediante o seu fornecimento; c) O elemento deve estar diretamente envolvido diretamente na nutrição da planta, sendo que sua ação não pode decorrer de correção eventual de condições químicas ou microbiológicas desfavoráveis do solo. Epstein (1975), de maneira simples e direta, funde os dois últimos critérios em apenas um, afirmando que para o elemento ser essencial deve fazer parte da molécula de um componente ou metabólito essencial. Mais rescentemente Epstein (1999) coloca que um dado elemento é essencial quando ele tem um claro papel fisiológico na planta. Com a evolução das pesquisas em fisiologia e nutrição mineral de plantas, a essencialidade de outros elementos poderá ser comprovada. O silício e sódio, por exemplo, são indicado em alguns trabalhos e livros como nutriente essencial (Taiz & Zeiger, 2002). Outros elementos, quando em concentrações muito baixas, estimulam o crescimento de plantas, embora sua essencialidade ainda não tenha sido demonstrada ou, apenas demonstrada sob determinadas condições especiais. Esses têm sido denominados de elementos benéficos, sendo eles: Al, Co, Se e V, embora Si, Na também figuram nesta categoria.
(^1) Abroção é o processo pelo qual soluto do meio externo são transferidos através da
2 membrana plasmática para o interior celular. Crescimento é o aumento progressivo de biomassa dos organismos. Pode ser
3 expresso como aumento de massa, volume, altura ou comprimento. Desenvolvimento é a seqüência cronológica de eventos que compreendem o cilco de vida de um organizmos.
2. Macro e Micronutrientes
As plantas contêm, em termos gerais, de 800 a 900 g/kg de H 2 O e, por conseguinte de 100 a 200 g/kg de matéria seca. Desta matéria seca, 96 a 192 g/kg correpondem as moléculas orgânicas compostas essencialmente por C, O, H. Assim, estes elementos têm, obviamente, sua essencialidade comprovada. Estes elementos são obtidos pelas plantas a partir da água absorvida pelas raízes e do CO2 absorvido
via fotossíntese. A massa restante, 4 a 8 g/kg, é constituída pelos nutrientes minerais^4. Entre eles, N, P, S, K, Ca e Mg são exigidos e absorvidos em maiores quantidades. Apresentam-se em maiores teores^5 na planta, sendo, portanto, denominados de macronutrientes (Quadro 1). Além destes, Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo e Cl e Ni são exigidos em menores quantidades, ocorrendo, portanto em menores teores, sendo por isto, denominados micronutrientes (Quadro 1). Em alguns casos diferenças nos teores de macro e micronutreintes não são muito grandes. Plantas como, côco ( Cocus nucifera L) ou cebola ( Allium cepa L) podem apresentar teores de Cl equivalentes ou superiores ao de alguns macronutrientes como fósforo e magnésio. Isto também ocorre entre diferentes tecidos na planta. Por exemplo, células do mesófilo foliar têm teores de Fe e Mn maiores do que os de S e Mg. Por ser essencialmente quantitativa, sob o aspceto ficiológico a classificação em macro e micronutriente não teria sentido, mas ela é amplamente utilizada na fertilidde do solo, nutrição de plantas e mesmo em fisiologia.
Quadro1. Faixa de teores dos nutrientes essenciais na matéria seca de um vegetal Elemento Teor^1 Nutriente Teor^1 Nutriente Teor g/kg g/kg mg/kg Carbono 420 Nitrogênio 10 - 50 Ferro 50 – 700 Oxigênio 440 Fósforo 1,2 - 2,2 Manganês 15 – 2000 Hidrogênio 60 Potássio 15 - 30 Zinco 10 – 200 Cálcio 10 - 25 Cobre 5 – 30 Magnésio 2 - 4 Níquel 0,1 – 1, Enxofre 2 - 3 Boro 15 – 260 Molibdênio 0,1 – 2, Cloro 100- 2000 (^1) Frequentemente os teores são expressos em dag/kg que equivale percentagem (%), que correspondem ao teor em g/kg dividido por 10.
(^4) A denominação nutrientes minerais, deve-se ao fato da planta absorvê-los do solo. (^5) Teor é a proporção de um constituinte em relação ao todo. Teores de nutrientes na planta é expresso, em geral, em relação a matéria seca. Por exemplo: g/kg; mg/kg, dag/kg.
relativamente baixos, variando de 1,0 a 10 g/kg, sendo que a faixa de suficiência^9 para a maioria das culturas pode variar de 1,2 a 3,0 g/kg. P pode apresentar interações com N, S e micronutrientes como Cu, Fe, Mn e Zn.
Enxofre
O enxofre também é absorvido pelas plantas sob a forma aniônica de sulfato (SO 4 -2), que, posteriormente é reduzido para ser assimilado. Pode ser encontrado em teores que variam de 1,0 a 4,0 g/kg, sendo freqüente apresentar-se com teores superiores ao P. Como o N, a estrutura química S permite a formação de ligações covalentes estáveis. Assim, a maior proporção do S na planta está ligado aos aminoácidos cisteína (-C-SH), metíonina (-C-S-CH 3 ) e cistina (-C-S-S-C) e proteínas. Participa ainda ce coenzimas e vitaminas essenciais para o metabolismo. O S pode apresentar interações notadamente com o N, P, B e Mo.
Potássio
O potássio é absorvido na forma catiônica K+, que também é a forma em que se encontra dentro das células. Os teores de K nas palntas podem apresentar grande variação, de acordo com a espécie e o manejo cultural utilizado. Os teores mais comumente encontrados situam-se entre 10 e 35 g/kg. Ao contrário do N, P e do S o K não forma ligações covalentes que confere estabilidade aos complexos, portanto não é um nutriente extrutural. O K desempenha importante papel na regulação do potencial osmótico das células. Sob este aspecto desempnha importante papel no fechamento e abertura dos estômatos. Além disso, atua como cofator em mais de 40 enzimas, participando do metabolismo protéico e fotossíntético e, ainda, no transporte de assimilados. È de grande importância para o controle da eletroneutralidade celular.
Cálcio
O cálcio é absorvido na forma catiônica Ca2+^ e mantém-se na forma iônica no tecido vegetal. Os teores de cálcio nos tecidos vegetais em teores variam entre 5 a 30 g/kg de matéria seca. A maior parte do Ca nas plantas ocorre formando ligações intermoleculares na lamela média da parede celular e das membranas. Contribui, assim, para a estabilidade estrutural do tecido vegetal e o movimento inter-celular de
(^9) Faixa de suficiência corresponde aos teores limites em que o nutriente deve ocoore na planta para que esta não tenha seu crescimento comprometido pela deficiência.
vários metabólitos. Atua, ainda, como catalisador de enzimas envolvidas na hidrólise do ATP e fosfolipídios. Teores adequados de Ca ajudam a planta a evitar estresse decorrente da presença de metais pesados e, ou, salinidade. A substituição do cálcio por metais pesados pode causar um desequilibrio estrutural e alterar a rigidez estrutural da parede celular. Apresenta interações com Mg e K, sendo que um excesso de Ca promove deficiências destes.
Magnésio
O magnésio é outro nutriente absorvido na forma catiônica Mg 2 +. O teor de Mg nos tecidos dos vegetais pode variar de 1,5 a 10 g/kg. Mais da metade do Mg contido nas folhas é encontrado na clorofila, já que a molécula desta possui um átomo central de Mg. Além disso, o Mg é ativador das enzimas envolvidas com a fosfato-transferase, relacionadas, portanto, com o metabolismo energético. Apresenta interações com Ca e K., sendo que o excesso de Mg promove deficiências destes.
Ferro
O Fe pode ser absorvido na forma catiônica Fe3+, Fe2+^ e Fe-quelato^10. Se aceita que o Fe precisa ser reduzido para ser absorvido, assim a capacidade das raízes reduzirem Fe3+^ a Fe2+^ parece ser fundamental para a sua absorção pela planta. O teor foliar adequado nas plantas cultivadas variar de 50 a 1000 mg/kg. O Fe é constituinte de enzimas envovidas com a transferência de elétrons (reações de oxi-redução), tais como citcromos. Esta função se deve a revrsibilidade de sua oxidação de Fe2+^ para Fe3+. Ele também é essencial para a síntese do complexo proteína-clorofila nos cloroplastos.
Zinco
O Zn2+^ é a forma predominantemente absorvida, embora haja evidências de que quelatos de Zn possam ser absorvidos. O teor adequado nos tecidos foliares varia de 10 a 200 mg/kg. O Zn é importante para a atividade de várias enzimas. Por exemplo, é constituinte de álcool desidrogenase, desidrogenase gluâmica e anidrase carbônica. È requerido para biosíntese de clorofila em algumas palntas. O Zn influencia a síntese da auxina ácido indolacético.
(^10) Quelato é o complexo resultante da ligação de um íon metálico a moléculas de natureza orgânica polidentadas (pontos de ligação) por meio de duas, três, quarto ou sei coordenações.
Cloro
O Cl é absorvido pelas raízes e pelas folhas como âníon cloreto (Cl-). Os teores foliares variam de 1 a 100 mg/kg, mas podem chegar a 20 g/kg nas palmeiras como o côco e dendê além das liliáceas, como alho e cebola. O cloro não é encontrado em nenhum metabólito em plantas superiores, mas é requerido nas reações de quebra da molécula de água na fotossíntes para a produção de O 2. Ele também é requertido na divisão celular, tanto em folhas como em raízes. Sua atuação também estar relacionada a um papel de neutralizador de cátions e do equilibrio osmótico de planta.
Níquel
O Ni é abosrvido na forma catiônica Ni2+. Os teores foliares variam entre 0,1 a 1,0 mg/kg. A uréase é a única enzima nas plantas superiores que contém Ni. Assim plantas deficientes em Ni acumulam uréia nas folhas o que causa necrose nas bordas das folhas. O Ni é requerido por microrganismos que fixam N, por participar de enzima que atua na geração do gás hidrogênio durante a fixação do N.
4. Funções dos Elementos Benéficos
Silício
O Si é abundante na litosfera e, por isso, trabalhos que procuram determinar sua essencialidade, ou mesmo efeitos benéficos ao crescimento, requerem precauções especiais quanto à contaminação. Atualmente, na literatura já há indicação do Si como nutrientes essencial na categoria de macronutriente (Taiz & Zeiger, 2002),considerando os elevados teores no tecido vegetal. Em gramíneas que crescem em ambientes alagados, como o arroz estes teores variam de 47 a 71 g/kg; em gramíneas que crescem em ambientes drenados, como cana-de-açucar, arroz, outros cereais e dicotiledôneas os teores variam entre 5 e 14 g/kg, enquanto que em leguminosas os teores são inferiores a 2,5 g/kg (Marschner, 1986). Os efeitos benéficos do Si têm sido descritos para diferentes espécies. Em geral ele acumula-se como sílica amorfa na parede celular, contribuindo para propriedades mecânicas, tais como rigidez e eleaticidade. O Si forma complexos com polifenois, funcionando como uma alternativa para a lignina, no reforço da parede celular. Plantas com maiores teores de Si têm maior resistência ao tombamento, à infecção por fungos e a ataques de insetos O Si contribui para amenizar a toxidez de alguns metais, como o Mn.
Sódio
O Na é apontado como elemento essencial na categoria de micronutriente por Taiz & Zeiger, 2002. Esta essencialidade é comprovada para especies halófitas como plantas do gênero Atriplex encontrados na Austrália e no Chile. Plantas com metabolismos de C4 e CAM (metabolismo ácido de crassuláceas) requerem o Na para regeneração do fosfoenolpiruvato, que é o substrato da primeira carboxilação nestas rotas metabólicas. O íon Na+ tem-se mostrado, também, capaz de substituir o K+ em algumas funções relacionadas com o equilíbrio iônico interno das plantas.
Alumínio
O Al é reconhecidamente um elemento tóxico para inúmeras espécies cultivadas. No entanto, trabalhos empregando solução nutritiva demonstram que o Al em baixas concentrações estimula o crescimento. Para cana-de-açucar, milho, beterraba e algumas leguminosas forrageiras esta concentração varia entre 0,2 e 5 mg/L. Tal efeito pode ser atribuído ao fato do Al prevenir a toxidez do Fe, Mn e P, quando em altas concentrações, o que pode ocorrer em soluções nutritivas. Tem se atribuído ao Al efeito fungicida prevenindo a infecção do sistema radicular. No entanto, estes efeito são exceções, visto que na maioria das situações o Al tem uma ação tóxica sobre as plantas.
Cobalto
O Co pode ser encontrado nas folhas dos vegetais em teores que variam de 0,03 a 1,0 mg/kg. Condições especiais de solos ricos em Co podem propiciar, em algumas espécies, teores de 2 a 4 g/kg. O Co é importante na síntese da da vitamenina B12 (coenzima cobalamin B2), que afeta a síntese proteína leghemoglobina nos nódulos de leguminosas infectadas por bactérias do gênero Rhizobium, sendo esta importante para o processo de fixação biológica.
Selênio
Os teores de Se nos tecidos vegetais em teores entre 0,01 e 1 mg/kg. Em solos com elevada disponibilidade do elemento, espécies forrageiras podem apresentar concentrações excessivamente elevadas a ponto de serem constatados casos de toxicidade em animais.
favorecer a disponibilidade^13 de um ou mais nutrientes. Um destes mecanismos é a acidificação da rizosfera. A formação de quelatos entre ácidos orgânicos excretados e metais potencialmente tóxicos é um mecanismo que as plantas utilizam para evitar a absorção destes metais. A interação com microrganismos, como por exemplo, com micorrizas e bactérias do gênero Rhizobium, é uma estratégia que favorece a aquisição de fósforo e nitrogênio, respectivamente. O conceito de fertilidade do solo apresenta várias limitações importantes em sua interpretação. Assim, por exemplo, a resposta em produção de uma planta pode ser diferente quando se aplicam doses crescentes de um nutriente em solos diferentes, conforme se observa na Figura 1, onde o solo LE tem maior produtividade refletindo aparentemente, maior capacidade para ceder nutrientes essenciais.
S (kg/ha)
16 Matéria seca (g)^ LE
AQ
LE: Y$ = 6,5386 + 0,4265X - 0,0053X^2 R^2 = 0,
AQ: Y$ = 5,4869 + 0,2341X - 0,0014X^2 R^2 = 0,
Figura 1. Produção da matéria seca de capim jaraguá ( Hyparrhenia rufa ) em resposta à aplicação de doses de enxofre em um Latossolo Vermelho- Escuro (LE) e uma Areia Quartzosa (AQ). Fonte: Casagrande & Souza,
Da mesma forma, um solo com determinada fertilidade pode apresentar diferente produção com diferentes espécies de plantas (Figura 2), posto que as plantas variam em sua capacidade de absorção e de utilização de um mesmo nutriente (Epstein, 1975; Malavolta, 1976; Sanchez, 1981; Mengel & Kirby, 1982). Nesse caso, a braquiária mostra maior capacidade de produção.
(^13) Nutriente disponível é aquele que se encontra em uma forma química potencialmente absorvível pela planta. Este conceito é fundamental para a fertilidade do solo sendo que o seu enfoque ampliará com avançar dos estudos na disciplina.
0 10 20 30 40 50 S (kg/ha)
0
5
10
15
20
25
30
35 Matéria seca (g) Braquiária
Jaraguá
Braquiária: Y$ = 6,3691 + 1,0225X - 0,0104X^2 R^2 = 0, Jaraguá: Y$ = 3,2609 + 0,5510X - 0,0053X^2 R^2 = 0,
Figura 2. Produção de matéria seca das gramíneas forrageiras, braquiária ( Brachiaria decumbens) e jaraguá ( Hyparrhenia rufa ), em resposta à aplicação de doses de enxofre em um Latossolo Vermelho-Escuro. Fonte: Casagrande & Souza, 1982.
Dessa forma, conclui-se, que considerando determinado nutriente o solo pode ser fértil, porém, em relação à outro nutriente não. O mesmo se observa em relação à espécie a ser cultivada, ou ainda para diferentes variedades de uma mesma espécie (Russell & Russell, 1973; Epstein, 1975; Malavolta, 1980; Magnani, 1985). Percebe-se, assim, que o conceito de fertilidade deve considerar, também, a espécie a ser cultivada. A fertilidade do solo pode ser vista sob os aspectos de: fertilidade natural, fertilidade potencial e fertilidade atual (Buol et al. , 1974; Lepsch, 1983).
Fertilidade Natural
A fertilidade natural corresponde à fertilidade do solo que ainda não sofreu nenhum manejo, ou seja, não foi trabalhado e, portanto, não sofreu recente interferência antrópica. É muito usada na avaliação e classificação de solos onde não existe atividade agrária. Dá idéia da capacidade que apresenta um solo ou unidade de classificação para ceder os nutrientes (Lepsch, 1983). Por exemplo, um solo distrófico (V < 50%) aparentemente apresentaria menor capacidade de ceder os nutrientes, do
6. Adubação
Quando o solo apresenta restrições de fertilidade, em um ou mais nutrientes,
utilizam-se adubos ou fertilizantes^14 com o propósito de colocar a disposição da planta
maiores quantidades dos nutrientes. Adubos ou fertilizantes são produtos de natureza
orgânica ou mineral, sendo esta de origem natural ou sintética, que são capazes de
veícular um ou mais nutrientes para as plantas. Conseqüentemente, adubação ou
fertilização compreendem a prática de aplicar adubos ou fertilizantes.
A adubação pode ter como enfoque corrigir o solo em sua capacidade de ceder
um ou mais nutrientes. Sob este enfoque a prática é denominada adubação de
correção. Neste caso o adubo é aplicado em toda á superfície do solo e às vezes
incorporado em uma determinada camada de solo.
A adubação pode, ainda, ter por enfoque de atender a demanda da planta em
solos com deterinadas restrições de ceder os nutrientes. Neste caso é denominada
adubação de produção. Esta pode ser feita no ato do plantio, ou posteriormente,
quando a planta passou pelos estádios iniciais de desenvolvimento, e neste caso é
denominada adubação de cobertura.
Resposta à adubação
Quando se aduba visa-se, de fato, aumentar ou manter a disponibilidade de um ou mais nutriente e aumentar o teor de matéria orgânica (Russell & Russell, 1973; Tisdale & Nelson, 1975; Sanchez, 1981; Thomas & Hargrove, 1984). As plantas respondem ao aumento da disponibilidade com melhor desenvolvimento, maior crescimento e produção. Em geral refere-se à esta reação como resposta a adubação. No entanto, a resposta é, de fato, ao aumento da disponibilidade dos nutrientes. A expressão desta reação é feita por meio de funções matemáticas que relacionam o efeito (cresimento, produção), denominada de variável dependente (Y), com a causa (doses do nutriente), denomida variável independente (X):
Y = ƒ (x).
As expressões matemáticas destas funções (equações) são denominadas curvas de
respostas à adubação. As Figuras 1 e 2, exemplificam na forma gráfica e matemática,
curvas de resposta a adubação sulfatada.
(^14) Sob o aspecto lingüístico adubo é um substantive e fertilizante um adjetivo, no entanto são empregados como sinônimos para identifacar produtos com capacidade de fornecer um ou mais nutrientes para as plantas.
As curvas de respostas podem assumir diferentes formas. Uma delas é a linear,
quando há proporcionalidade entre o incremento da produção (Y) e o incremento das
doses (X) (Figura 3 A). Outra possíbilidade é a forma exponencial (Figura 3 B). Esta
função compreende uma fase de crescimento proporcional da produção, seguido de
uma fase com crescimento menos que proporcional e, por último, uma fase de
estabilização. Isto lhe dá o caráter assintótico, ou seja, a tedência da curva ser paralela
ao eixo horizontal (X). Em uma terceira possibilidade (Figura 3 C) a função mostra esta
mesma tendência até atingir um máximo a partir do qual ela decresce. Assume desta
forma, o caráter de uma parábola.
(A)
0
300
600
900
0 50 100 150 200 250 300 Dose do nutriente (kg/ha)
Produção (kg/ha)
(B)
0
150
300
450
600
0 50 100 150 200 250 300 Dose do nutriente (kg/ha)
Produção (kg/ha)
(C)
0
200
400
600
800
0 50 100 150 200 250 300 Dose do nutriente (kg/ha)
Produção (kg/ha)
Figura 3. Formas de curvas de resposta da produção (Y) (kg/ha) de acordo com doses de um nutriente (X) kg/ha.
Leis Gerais da Adubação
A análise, interpretação e compreensão da resposta à adubação, baseiam-se em princípios que têm sido denominados de leis da adubação^15. Há três leis fundamentais: da restituição, do mínimo e do máximo.
(^15) Embora o termo seja de uso consagrado, a idéia de lei, talvez não seja a mais própria para expressar o significado dos seus enunciados. Estes são bases científicas que possibilitam a compreenção da resposta à adubação.
Limite genético, luz etc. ( fatores não controláveis)
"Plateau" de produção para B (limitação por C) "Plateau" de produção A (limitação por B)
A AB ABC Nutrientes aplicados
P
para A "Plateau" de produção para A (limitação por B)
Produção
ABC
Figura 4. Resposta linear à adição de nutrientes baseada na Lei do Mínimo.
Diante as restrições da Lei do Mínimo para explicar as respostas à adubação, quer sob o aspecto quantitativo ou qualitativo, duas outras leis foram enunciadas, como derivadas dela.
2.1. Lei de Mitscherlich ou dos Incrementos Decrescentes
Em 1909, o alemão E. A. Mitscherlich, tomando como base dados de uma série de ensaios, desenvolveu uma equação relacionando o crescimento de plantas ao suprimento de nutrientes (Tisdale & Nelson, 1975). Mitscherlich, observou que o aumento linear da produção à aplicação de um nutriente, em quantidade insuficiente no solo, proposta por Liebig, éra complementado por uma resposta curvilinear em reação à doses adicionais daquele nutriente, até atingir uma produção máxima (Malavolta, 1976; Braga, 1983; Pimentel Gomes, 1985). Tal concepção ajusta-se às curvas de respostas de natureza exponencial (Figura 2 B). Esta lei pode ser expressa como: “a adição de doses crescentes de um nutriente ao solo, promove incrementos de produção são cada vez menores”. Assim, sua expressão matemática na forma derivada seria:
c(A Y)
dX
dY
dy é o incremento da produção em relação ao incremento dx; A é a produção máxima atingível; C é uma constante de proporcionalidade, ou coeficiente de eficácia do fator x. Em sua forma integrada (Figura 5) esta função pode ser escrita como: Yˆ = A(1 − 10 −cX )
Dose de X
Y
A
Figura 5. Representação gráfica da equação de Mitscherlich, ou dos incrementos decrescentes.
2.2. Lei da Interação
A lei da interação é uma conepção mais moderna para a lei do mínimo sob o seu aspecto qualitativo (Voisin, 1973) e tem o seguinte enunciado: cada nutriente é mais eficaz quando os outros estão mais perto dos seus ótimos. Muitos experimentos têm mostrado que existem interações entre os nutrietnes e entre os nutrientes e outros fatores de produção, isto é, um ou mais nutrientes exercem influência mútua ou recíproca. Essa influência pode ser positiva, sinérgica, como há que há entre N e P; N e K; P e Ca; P e S; P e H 2 O do solo; N e Irrigação; N e Controle de más ervas. No entanto ela também pode ser negativa, antagônica, onde um fator ou elemento limita a ação de outro elemento, como ocorre entre Al e P; Al e Ca; P e Zn; P e Fe; P e Cu; Ca e Zn; S e Mo; Ca e B; Zn e Fe. A Figura 6 exemplifica graficamente a interação positiva entre N e P, mostrando maiores ganhos de produção devido às doses de N na presença de 100 kg/ha de P. Essas interações ocorrem não somente na planta, mas, também no solo. A presença de enxofre em quantidades adequadas na planta, por exemplo, favorece o metabolismo do nitrato (NO3-), e sua redução para constituir aminoácidos. Se ocorrer
elevação na concentração de S diminui a de NO3- e, ao contrário, ocorrerá acúmulo de
NO3- na planta.
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