BR102020014928A2 - Emprego de aditivo biológico indutor do microbioma do solo para uso em combinação com fertilizantes minerais - Google Patents
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Abstract
emprego de aditivo biológico indutor do microbioma do solo para uso em combinação com fertilizantes minerais. a presente invenção refere-se a ação de um aditivo biológico, composto de uma matriz orgânico-mineral, capaz de ser utilizado em conjunto com fertilizantes minerais, e induzir uma maior atividade do microbioma do solo. o dito aditivo mantém as propriedades bioquímicas do material desenvolvido estáveis quando ele é combinado com fertilizantes minerais, permitindo que o microbioma do solo seja induzido durante o processo de aplicação de fertilizantes, resultando em uma maior produtividade. outra vantagem é o fato de que o aditivo biológico pode ser empregado em pequenas dosagens, e combinado com diferentes formulações de fertilizantes para uso em todas as culturas.
Description
[0001] A presente invenção refere-se ao uso e composição de um aditivo biológico, composto de uma matriz orgânico-mineral, capaz de quando utilizado em pequenas quantidades em conjunto com fertilizantes minerais, induzir a atividade do microbioma do solo e da rizosfera das plantas, em sistemas produtivos. O aditivo biológico possui propriedades biotecnológicas que permitem seu uso combinado com fertilizantes minerais, o que, neste caso, possibilita de maneira inédita o fornecimento de nutrientes minerais com a capacidade da indução do microbioma do solo, que é definido como o conjunto de comunidades microbianas de interações complexas que incluem bactérias fungos, arquéias, protozoários e vírus. O efeito do uso desta tecnologia pode ser aferido pelos indicadores enzimáticos da atividade biológica do solo e seu emprego resulta no aumento da produtividade em sistemas agrícolas.
[0002] A capacidade de produção agrícola é determinada pelas propriedades químicas, físicas e biológicas dos solos. As propriedades químicas dos solos são bem estudadas de maneira que para os diferentes cultivos agrícolas são conhecidas as necessidades de demandas nutricionais determinadas após análise química do solo, que resultam em recomendação de fertilização. As propriedades físicas dos solos também são bem estudadas e análises orientam manejos agrícolas que garantem o melhor aproveitamento dos solos. Por outro lado, embora exista um consenso em relação à importância das propriedades biológicas dos solos, há uma limitação no entendimento e também na abordagem analítica que orientem o adequado manejo das propriedades biológicas nos sistemas de produção (Lopes et al., 2013; Jansson & Hofmockel, 2018).
[0003] Sabe-se que os solos, em especial os solos próximos às raízes das plantas, I.E. a rizosfera, são colonizados por uma grande biodiversidade de organismos vivos que compõe o microbioma, apresentando até um bilhão de células microbianas por grama de solo, os quais estão intimamente ligados ao seu funcionamento, desempenhando funções essenciais, que incluem a ciclagem de nutrientes e a estruturação de agregados do solo. Adicionalmente, sabe- se da importância da atividade do microbioma do solo na suplementação das necessidades das plantas, tanto nutricionais como para aliviar os estresses bióticos e abióticos, mantendo o sistema produtivo saudável (Jacoby et al., 2017; Mendes et al., 2013).
[0004] Neste cenário, a agricultura é falha em manter altos níveis de diversidade e atividade do microbioma do solo, e assim, a maior parte da biodiversidade do solo se torna dormente e/ou pouco participativa dos processos que neste ocorrem. Isto gera uma deficiência na atividade do microbioma do solo, a qual se torna um limitante no potencial da produção vegetal por meio da utilização destes recursos.
[0005] Até o momento, as buscas de alternativas para minimizar este problema tem sido baseadas no emprego de microrganismos específicos, os quais podem atuar de forma pontual, como biodefensivos (antagonistas a pragas e patógenos) ou inoculantes promotores da nutrição das plantas (disponibilizando nutrientes). Nos últimos anos houve um impressionante aumento no mercado de produtos biológicos na agricultura, mas é importante notar que estes produtos são constituídos principalmente por um ou poucos agentes biológicos e negligenciam a complexa comunidade microbiana que compõe o microbioma solo (Mendes et al., 2013).
[0006] Desta forma, a solução técnica apresentada pela presente invenção permite o uso mais abrangente do microbioma, ou seja, dos recursos microbianos do solo e associados às plantas que normalmente se apresentam com um limitante nos sistemas de produção. A formulação desenvolvida tem a capacidade de induzir com grande eficiência a multiplicação dos diversos microrganismos importantes ao funcionamento do microbioma do solo, os quais são efetivos no auxílio ao desenvolvimento das plantas. O material desenvolvido combina de forma estratégica e complementar uma série de substratos unicamente capazes de induzir a atividades de membros benéficos do microbioma do solo e em associação com a planta, sendo, portanto, seletivo e eficaz no restabelecimento da atividade microbiana importante ao sistema solo-planta.
[0007] Os ganhos com o uso deste aditivo junto com os fertilizantes resultam na maior atividade biológica do microbioma do solo, a qual é promovida pela recuperação da funcionalidade de organismos benéficos presentes no solo que haviam sido potencialmente inibidos pelo uso degenerativo do solo pela agricultura. A maior atividade do microbioma do solo pode ser aferida por meio de análises enzimáticas da atividade microbiana (Lopes et al., 2013). Com isso, espera-se ganhos diretos e indiretos desta maior atividade microbiana do solo. A resposta direta se dá pela melhor conectividade entre as plantas e os microrganismos benéficos, resultando em condições onde as doenças de solo são suprimidas (Mendes et al., 2011), tornando o sistema produtivo mais saudável e melhorando o enraizamento das plantas. Os efeitos indiretos desta maior atividade biológica do solo se dão pela promoção de uma melhor ciclagem de nutrientes, resultando na ativação dos ciclos biogeoquímicos no solo, que incluem as transformações do nitrogênio, do fósforo e dos demais nutrientes das plantas (Jacoby et al., 2017).
[0008] É importante ressaltar que este aditivo biológico criado representa uma inovação quando comparado às demais inciativas de se agregar materiais orgânicos no processo de fertilização do solo. Tanto no uso de fertilizantes orgânicos como organominerais, as quantidades de materiais orgânicos empregadas são muito grandes, variando de centenas de quilos a toneladas de material orgânico por hectare. O aditivo aqui desenvolvido é utilizado numa dose muito menor, de 0,5 a 1% (p.p.) do volume do fertilizante, e com dosagem máxima de 10 kg por hectare, o que viabiliza seu uso em ampla gama de combinações com os fertilizantes minerais empregados na agricultura.
[0009] Em conjunto, os efeitos desta invenção no microbioma do solo levam a uma recuperação da atividade biológica, promovendo uma melhor eficiência produtiva dos sistemas agrícolas. Referências Jacoby R, Peukert M, Succurro A, Koprivova A, Kopriva S. The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition— Current Knowledge and Future Directions. Frontiers in Plant Science 2017. | https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01617 Jansson JK, Hofmockel KS. The soil microbiome — from metagenomics to metaphenomics. Current Opinion in Microbiology 2018. | https://doi.org/10.1016/j.mib.2018.01.013 Lopes ACL, Sousa DMG, Chaer GM, Reis Jr FB, Goedert WJ, Mendes IC. Interpretation of Microbial Soil Indicators as a Function of Crop Yield and Organic Carbon. Soil Science Society of America Journal 2013. | http://dx.doi.org/10.2136/sssaj2012.0191 Mendes R, Garbeva P, Raaijmakers JM. The rhizosphere microbiome: significance of plant beneficial, plant pathogenic, and human pathogenic microorganisms. FEMS Microbiology Reviews 2013. | https://doi.org/10.1111/1574- 6976.12028 Mendes R, Kruijt M, Bruijn Id, Dekkers E, Voort Mvd, Schneider JHM, Piceno YM, DeSantis TZ, Andersen GL, Bakker PAHM, Raaijmakers JM. Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria. Science 2011. https://doi.org/10.1126/science.1203980
[0010] A presente invenção descreve a ação de um aditivo biológico, composto de uma matriz orgânico-mineral, capaz de ser utilizado em conjunto com fertilizantes minerais, e induzir uma maior atividade do microbioma do solo. Os inventores descobriram uma forma de exploração das propriedades do microbioma do solo de forma abrangente, não limitada ao uso de um único ou poucos microrganismos específicos. Os inventores desenvolveram uma formulação biotecnológica que mantem as propriedades bioquímicas do material desenvolvido, estáveis quando ele é combinado com fertilizantes minerais. Esse fato permite que o microbioma do solo seja induzido durante o processo de aplicação de fertilizantes no manejo de sistemas agrícolas, resultando em uma maior produtividade. Finalmente, uma grande vantagem do aditivo biológico é a possibilidade de ser empregado em pequenas dosagens, e combinado com diferentes formulações de fertilizantes para uso em todas as culturas.
[0011] Para uma compreensão mais completa da invenção, a referência deve ser feita agora para as modalidades da invenção ilustradas em maior detalhe nos desenhos acompanhados e descritas por meio das modalidades da invenção.
[0012] A figura 1 ilustra o microcosmo utilizado no experimento.
[0013] A figura 2 ilustra imagens das misturas dos fertilizantes avaliados com as diferentes concentrações do Biofer.
[0014] A figura 3 ilustra o Plantio de milho e soja utilizado para a avaliação do uso do Enzyfert no aumento de produtividade. A) e B) Áreas independentes com plantio de soja para a avaliação na região de Limeira SP. C) Área com plantio de milho para a avaliação na região de Brotas SP.
[0015] Ao descrever as modalidades da invenção, a terminologia específica é reordenada para efeitos de clareza. Contudo, não se pretende que a invenção seja limitada aos termos específicos assim selecionados e deve- se compreender que cada termo específico inclui todas as técnicas equivalentes que operam de uma maneira semelhante para atingir uma finalidade semelhante.
[0016] A presente invenção descreve a ação do aditivo biológico desenvolvido e nomeado Enzyfert, que apresenta sua natureza física de produto sólido em pó, e tem a seguinte composição:Tabela 1. Descrição da composição do aditivo biológico Enzyfert.
[0017] A análise química detalhada do aditivo biológico Enzyfert bem como as características relacionadas a C/N, CTC e CRA seguem no quadro abaixo: Quadro 1. Análise química de amostra do aditivo biologic Enzyfert:
[0018] O Enzyfert é constituído dos componentes acima relacionados de forma balanceada, e garante a capacidade de induzir a atividade do microbioma do solo após sua mistura com os fertilizantes minerais.
[0019] O processo de produção/uso do aditivo biológico contempla duas etapas: - 1a ETAPA - Produção do aditivo biológico EnzyFert: Sua produção é realizada pela Microbiol Ind. e Comércio Ltda, localizada em Limeira / SP, onde os componentes são dosados e misturados e triturados na granulometria de pó. Em seguida, passam por um processo de fermentação controlada e estabilização em ambiente anaeróbico. O produto é acondicionado em sacos de 25 kg e estocados em paletes. - 2a ETAPA - Mistura do aditivo biológico Enzyfert com os fertilizantes minerais: O Enzyfert é transportado para as indústrias processadoras dos fertilizantes minerais. No momento que as diferentes fontes das matérias primas que compõem os fertilizantes são formuladas no misturador, o Enzyfert é pesado e adicionado à mistura. A dose utilizada do Enzyfert é de 1% (p.p.) do volume do fertilizante, considerando a mistura final do mesmo. Quando a recomendação de uso agrícola do fertilizante for com doses superiores a 1.000 kg/ha, o recomendado é utilizar a dose de 0,5% (p.p.) do Enzyfert na mistura com os fertilizantes.
[0020] Em uma concretização da invenção, a eficácia do produto foi demonstrada utilizando-se três abordagens experimentais independentes.
[0021] A primeira e segunda abordagens da invenção foram realizadas em laboratório (microcosmos) e a atividade biológica conferida pelo novo produto foi aferida por meio da medição da atividade da enzima beta-glicosidase, uma das mais empregadas como indicadoras da qualidade biológica do solo (Lopes et al., 2013). Esta enzima tem papel diretamente ligado à ciclagem do carbono no sistema, atuando de forma específica no final da decomposição de compostos orgânicos, liberando os açúcares simples, capazes de serem utilizados pelos microrganismos como fonte nutricional. Os testes foram conduzidos para três formulações de fertilizantes.
[0022] Nesta primeira abordagem da invenção foi verificado um aumento da atividade biológica dos fertilizantes testados em 22,8, 27,0 e 218,2%, quando o produto foi misturado aos fertilizantes na proporção de 1%.
[0023] Exemplo 1: Experimento 1 - Mistura do aditivo EnzyFert com fertilizantes
[0024] Este estudo utilizou os fertilizantes 10-4600 + 9S, 00-00-21 + 10Mg + 21S e 00-00-58 + 0,5B para a validação do aditivo EnzyFert. Para tanto, os fertilizantes alvos de estudo foram adicionados do EnzyFert na proporção de 1% de suas massas, e posteriormente a atividade de enzimas importantes na ciclagem de nutrientes foram determinadas.
[0025] As quantificações da atividade enzimática baseiam-se na determinação colorimétrica da p-nitrofenol após a incubação do fertilizante (Experimento 1) ou solo (Experimento 2), com uma solução tamponada com substrato específico para beta-glicosidase, sendo este o p- nitrofenil--D-glicopiranosídeo (PNG). Os valores obtidos em leitura realizada no espectrofotômetro a 410 nm, são interpolados em uma curva padrão com concentrações de p- nitrofenol padrão, para que seja determinada a atividade da beta-glicosidase, expressa na unidade ug PNG.g-1 de solo.hora-1.
[0026] Após o preparo das misturas, a atividade da enzima alvo de estudo foi determinada, apresentando maiores valores para as misturas, indicando o potencial do aditivo em agregar esta característica quando adicionado a distintos fertilizantes (tabela 2). A utilização do aditivo Enzyfert aumentou a atividade da enzima quantificada nos fertilizantes avaliados nas proporções de 22,8, 27,0 e 218,2%, respectivamente, para os fertilizantes 10-46-00 + 9S, 00-00-21 + 10Mg + 21S e 00-00-58 + 0,5B.Tabela 2. Atividade da beta-glicosidase em amostras de fertilizantes isolados ou misturados com o aditivo EnzyFert na concentração de 1%.
[0027] Na segunda abordagem da invenção, os fertilizantes aditivados com o novo produto foram adicionados ao solo, e a atividade biológica destes foi determinada por meio da medição da atividade da enzima beta-glicosidase. Quando comparada com os tratamentos que receberam apenas os fertilizantes, o uso do produto proporcionou aumento de 5,71, 17,4 e 30,2% no aumento da atividade da enzima para as três formulações de fertilizantes testadas.
[0028] Exemplo 2: Experimento 2 - Adição das misturas de EnzyFerty e fertilizantes em amostras de solo.
[0029] Neste segundo experimento, os fertilizantes, de forma isolada ou misturados ao EnzyFerty a 1%, foram adicionados a amostras de solo, no intuito de comprovar a eficiência do aditivo em aumentar a atividade destas enzimas no solo. Para este experimento foram preparados os seguintes tratamentos: 1.Controle 2. Fertilizante 10-46-00 + 9S (200 kg/ha) 3. Fertilizante 00-00-21 + 10Mg + 21S (430 kg/ha) 4. Fertilizante 00-00-58 + 0,5B (160 kg/ha) 5. Fertilizante 10-46-00 + 9S (200 kg/ha) + EnzyFerty 1% 6. Fertilizante 00-00-21 + 10Mg + 21S + EnzyFerty 1% 7. Fertilizante 00-00-58 + 0,5B (160 kg/ha) + EnzyFerty 1%
[0030] As amostras de solo utilizadas foram compostas de aproximadamente 50g de solo, previamente coletado em Piracicaba e atualmente usado como pastagem. Após montagem de todos os microcosmos (figura 2), estes foram mantidos em temperatura ambiente por 5 dias, com umidade ajustada para a capacidade de campo. Após este período de estabilização, cada tratamento foi montado em 4 repetições amostrais, as quais receberam os produtos na dosagem recomendada, conforme descrito no item acima.
[0031] Após a adição dos produtos, as amostras foram mantidas a temperatura ambiente e avaliadas no período de 8 dias, quando foram submetidas as análises de atividade da enzima beta-glicosidase, conforme descrito no Experimento 1. Os valores obtidos para os tratamentos com os produtos e misturas avaliados foram comparados aos encontrados no tratamento controle, que recebeu apenas água. A Figura 1 é uma foto do recipiente contendo solo usado nos experimentos de microcosmos e a Figura 2 é uma foto dos fertilizantes isolados ou misturados com Enzyfert avaliados nos experimentos.
[0032] O experimento conduzido adicionando os fertilizantes, aditivados ou não, a amostras de solo confirmou os resultados do experimento anterior. Para facilitar a interpretação, são apresentados abaixo os resultados obtidos para cada um dos fertilizantes avaliados.
[0033] Fertilizante 10-46-00 + 9S. O tratamento contendo a mistura do fertilizante combinado com o Enzyfert mostrou maior valor de atividade da enzima beta-glicosidade (tabela 3). Comparado com o tratamento com a adição do fertilizante de maneira isolada, o ganho médio em atividade biológica na mistura do fertilizante com o EnzyFert foi de 5,71%, indicado pela atividade da beta-glicosidade. Tabela 3. Atividade da beta-glicosidase em amostras de solo oriundas dos diferentes tratamentos com o fertilizante 10-46-00 + 9S.
*Letras representam a comparação entre tratamentos, em cada coluna, determinada pelo teste Duncan (valor p < 0.05).
[0034] Fertilizante 00-00-21 + 10Mg + 21S. O tratamento contendo a mistura do fertilizante combinado com o EnzyFert mostrou maior valor de atividade da enzima beta- glicosidase (tabela 4). Ainda, o tratamento apenas com o fertilizante revelou o menor valor de atividade da enzima avaliada. Comparado com o tratamento com a adição do fertilizante de maneira isolada, o ganho médio em atividade biológica na mistura do fertilizante com o EnzyFert foi de 17,4%, indicado pela atividade da beta-glicosidade. Tabela 4. Atividade da beta-glicosidase em amostras de solo oriundas dos diferentes tratamentos com o fertilizante 0000-21 + 10Mg + 21S.
*Letras representam a comparação entre tratamentos, em cada coluna, determinada pelo teste Duncan (valor p < 0.05).
[0035] Fertilizante 00-00-58 + 0,5B. O tratamento contendo a mistura do fertilizante combinado com o Biofer mostrou maior valor de atividade beta-glicosidase (tabela 5). Os tratamentos apenas com o Enzyfert ou apenas com o fertilizante também revelaram diferença estatística. Comparado com o tratamento com a adição do fertilizante de maneira isolada, o ganho médio em atividade biológica na mistura do fertilizante com o EnzyFert foi de 30,2%, indicado pela atividade da beta-glicosidase. Tabela 5. Atividade da beta-glicosidase em amostras de solo oriundas dos diferentes tratamentos com o fertilizante 0000-58 + 0,5B.
*Letras representam a comparação entre tratamentos, em cada coluna, determinada pelo teste Duncan (valor p < 0.05).
[0036] Finalmente, a terceira abordagem experimental da invenção foi realizada em condições de campo para duas culturas, soja e milho, em duas regiões, Limeira SP e Brotas SP. Foram avaliadas diferentes formulações de fertilizantes, combinadas ou não com Enzyfert, ou seja, o tratamento controle foi sempre a mesma formulação de fertilizantes usada para compor a combinação com o Enzyfert. Foram usadas formulações e dosagens padrão recomendadas de acordo com a cultura, localidade e tipo de solo. O uso do Enzyfert com os fertilizantes resultou em um aumento de produtividade de 6,78 a 17,10% na cultura da soja e de 13,74% na cultura do milho.
[0037] Exemplo 3: AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL EM CONDIÇÕES DE CAMPO: ENZYFERT + FERTILIZANTES
[0038] Para a validação do produto Enzyfert em condição de campo, foram avaliadas diferentes formulações de fertilizantes, combinadas ou não com Enzyfert, ou seja, o tratamento controle foi sempre a mesma formulação de fertilizantes usada para compor a combinação com o Enzyfert. No plantio das culturas foram usadas formulações e dosagens padrão recomendadas de acordo com a localidade, cultura e tipo de solo.
[0039] Os trabalhos foram realizados em duas regiões diferentes como segue: - Região 1 [Limeira SP] - foram realizados dois plantios de soja nas safras 2018/19 e 2019/20 em solo Latossolo Vermelho Eutrófico. Na safra 2019/20 nesta região o ensaio foi realizado em duas áreas diferentes (Figura 3A e B; Tabela 6). - Região 2 [Brotas SP] - foi realizado um plantio de milho na safra 2018/19 em solo Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico (Figura 3C; Tabela 6). Tabela 6. Validação em condições de campo mostrando o aumento na produtividade de soja e milho com uso de Enzyfert.
[0040] Em conclusão, o uso do novo produto em mistura na proporção de 1% com fertilizantes minerais, foi capaz de: 1) aumentar a atividade biológica do fertilizante; 2) aumentar a atividade biológica do solo em comparação com o uso apenas do fertilizante; 3) aumentar a produtividade das culturas em condições de sistema de produção no campo quando comparado ao uso do fertilizante sem a adição do novo produto.
Claims (4)
1. Uso de aditivo indutor da atividade microbiana do solo, CARACTERIZADO por ser empregado em pequenas dosagens de 0,5% ou 1% em combinação com fertilizantes minerais, para induzir a atividade biológica do solo e da rizosfera.
2. Uso de aditivo indutor da atividade microbiana do solo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ser aplicado na indução do microbioma do solo e da rizosfera de maneira abrangente, ou seja, não limitada a ação de um único ou poucos microrganismos específicos.
3. Uso de aditivo indutor da atividade microbiana do solo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aditivo mantém as propriedades bioquímicas quando combinado com fertilizantes minerais, e em que seu efeito no estímulo da atividade do microbioma do solo ou rizosfera pode ser verificado usando indicadores de atividade enzimática microbiana.
4. Processo de produção de aditivo indutor da atividade microbiana do solo, CARACTERIZADO por ser constituído por duas etapas: (i) na primeira etapa os componentes são dosados, misturados, triturados e passam por um processo de fermentação controlada em ambiente anaeróbico (ii) na segunda etapa ocorre o preparo da formulação com os fertilizantes nas dosagens de 0,5% ou 1%.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03B | Publication of an application: publication anticipated [chapter 3.2 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] |