Nitrate accumulation in soil profile of different agricultural systems: Magnitude, drivers, and environmental implications

Durante décadas, os agricultores têm dependido do fertilizante nitrogenado para alimentar a crescente população mundial. Este nutriente é essencial para o crescimento das plantas, atuando como o combustível primário que transforma a luz solar e a água em colheitas. No entanto, a natureza tem um limite para o quanto consegue absorver de uma só vez. Quando mais fertilizante é aplicado do que a planta consegue usar, o excesso não simplesmente desaparece. Em vez disso, transforma-se em nitrato, uma forma de nitrogênio altamente solúvel que se comporta como um corante lançado num riacho. Por se dissolver tão facilmente na água, este excesso de nitrato viaja para baixo através do solo, transportado pela chuva e pela irrigação, muitas vezes escapando das raízes das plantas que deveria alimentar. Durante muito tempo, cientistas e formuladores de políticas concentraram a sua atenção nas camadas superficiais do solo, assumindo que, se a superfície fosse bem gerida, o solo mais profundo estaria seguro. Preocupavam-se com a lixiviação que polui os rios ou com o escape do nitrogénio para o ar, mas a migração silenciosa e lenta do nitrato nas profundezas do subsolo permaneceu amplamente invisível.

Este movimento oculto é importante porque o chão sob os nossos pés atua como um reservatório massivo e de movimento lento. Se o nitrato se acumular profundamente abaixo da superfície, pode permanecer ali durante décadas, intocado pelas plantas e incapaz de se decompor naturalmente. Eventualmente, este composto químico armazenado pode infiltrar-se no lençol freático, a fonte de água potável para milhares de milhões de pessoas, ou lavar-se para lagos e oceanos, causando florações de algas nocivas. A questão já não é apenas sobre quanto fertilizante é utilizado, mas sim para onde esse fertilizante não utilizado vai e por quanto tempo permanece lá. Compreender a profundidade e a escala deste acúmulo é crítico, porque limpar um reservatório profundo no subsolo é muito mais difícil do que corrigir um derrame na superfície.

Uma equipa de investigadores da Universidade Northwest A&F, na China, deu agora um olhar global sobre este problema subterrâneo. Eles não realizaram novos experimentos de campo num único local; em vez disso, recolheram e analisaram dados de 101 estudos diferentes realizados em todo o mundo. Estes estudos cobriram três tipos principais de agricultura: culturas de cereais como trigo e milho, hortas de vegetais e pomares. Os investigadores focaram-se especificamente em perfis de solo que se estendiam desde a superfície até uma profundidade de dez metros, uma amplitude que vai muito além das raízes da maioria das culturas. O seu objetivo era mapear exatamente quanto nitrato estava escondido nestas camadas profundas, observar como estava distribuído e compreender quais os fatores que o estavam a empurrar para lá.

Os resultados revelam uma paisagem de armazenamento químico oculto que é muito mais extensa do que anteriormente pensado. Os investigadores descobriram que o nitrato não é apenas um problema de superfície; é um legado do solo profundo. Em todos os sistemas agrícolas estudados, quantidades substanciais de nitrato foram detetadas bem abaixo da zona radicular. De facto, a quantidade média de nitrato armazenada nos quatro metros superiores do solo era de quase 3.000 quilogramas por hectare, com um adicional de 1.400 quilogramas por hectare situados entre os quatro e os oito metros de profundidade. Isto significa que uma parte significativa do fertilizante aplicado ao longo dos anos não foi perdida para o ar ou para a água imediatamente, mas sim assentou na terra, à espera de ser libertada.

O tipo de exploração agrícola desempenhou um papel decisivo na quantidade de nitrato acumulado e na profundidade a que este chegou. Os pomares, que são árvores cultivadas para frutos, mostraram o acúmulo mais dramático. Nestes sistemas, os depósitos de nitrato eram os maiores e mais profundos, com alguns pomares contendo mais de 7.000 quilogramas de nitrato por hectare apenas nos quatro metros superiores. O nitrato nos pomares tendia a acumular-se mais pesadamente entre os dois e os quatro metros de profundidade, bem abaixo de onde as raízes das árvores costumam chegar. As explorações de vegetais mostraram um padrão diferente. Apresentavam níveis elevados de nitrato perto da superfície, provavelmente porque os vegetais são frequentemente cultivados com aplicações pesadas de fertilizantes, mas não armazenavam tanto no subsolo como os pomares. Os cereais, como o trigo e o milho, apresentaram geralmente os níveis mais baixos de acumulação em todas as profundidades, embora ainda retivessem quantidades significativas de nitrato no solo.

Os investigadores também descobriram que a quantidade de fertilizante aplicada não era o único fator determinante; a relação não era uma linha reta simples. Eles encontraram um ponto de rutura específico. Quando os aportes de azoto permaneciam abaixo de 200 quilogramas por hectare, o acúmulo de nitrato permanecia relativamente baixo. No entanto, assim que a taxa de aplicação excedia este limiar, a quantidade de nitrato armazenada no solo, particularmente nas camadas profundas, aumentava drasticamente. Isto sugere que existe um limite crítico para a quantidade de azoto que um sistema agrícola consegue suportar antes que o excesso comece a inundar o perfil profundo do solo.

A precipitação, ou mais especificamente a quantidade média de chuva que uma região recebe anualmente, atuou como um regulador complexo deste processo. O estudo mostrou que a chuva moderada, entre 400 e 600 milímetros por ano, parecia incentivar o nitrato a descer e a assentar na camada dos dois aos quatro metros. Era água suficiente para empurrar o nitrato para além das raízes, mas não tanto que o lavasse imediatamente. Em contraste, em áreas com precipitação muito elevada, acima de 600 milímetros, o armazenamento profundo de nitrato diminuía de facto. Os investigadores sugerem que isto ocorre porque as chuvas intensas lavam o nitrato de forma tão completa que este se move para além da profundidade de dez metros medida, provavelmente atingindo diretamente o lençol freático. Isto indica que, em climas mais húmidos, o risco não é apenas o armazenamento profundo, mas a contaminação imediata do abastecimento de água.

Uma das descobertas mais impressionantes foi a diferença regional, particularmente na China. Os dados mostraram que o acúmulo de nitrato no solo nos sistemas agrícolas chineses era significativamente superior à média global. Nos pomares chineses, o nitrato armazenado nos quatro metros superiores era mais de trinta vezes superior ao de pomares noutros países, apesar de os aportes de fertilizante serem apenas duas ou três vezes maiores. Isto sugere que fatores além da simples quantidade de fertilizante — talvez o histórico específico do uso da terra, tipos de solo ou práticas de irrigação naquela região — estão a criar um ambiente único para o acecimento de nitrato.

O estudo desafia a ideia de que a gestão do azoto diz respeito apenas à época de cultivo atual. O nitrato encontrado nas profundezas do solo representa um "legado" das práticas agrícolas passadas. É um reservatório de poluição que foi criado há anos ou até décadas. Como este nitrato está armazenado num solo profundo e rico em oxigénio, onde não se decompõe facilmente, pode persistir por muito tempo. Isto cria uma ameaça retardada: mesmo que um agricultor pare de usar excesso de fertilizante hoje, o nitrato que já se encontra nas profundezas do solo continuará a mover-se para baixo, potencialmente contaminando fontes de água durante anos.

Os investigadores concluíram que resolver este problema exige uma nova abordagem à forma como gerimos a terra e a água. Simplesmente reduzir o uso de fertilizantes é necessário, mas pode não ser suficiente para travar o fluxo de nitrato que já se encontra nas profundezas do solo. As estratégias precisam de considerar a profundidade do solo e as condições específicas da exploração, tais como o tipo de cultura e a precipitação local. Para os pomares, que apresentaram os maiores e mais profundos depósitos de nitrato, é necessária uma atenção especial para evitar que este legado se torne uma fonte permanente de poluição. O estudo enfatiza que, para proteger a nossa água e os nossos ecossistemas, devemos olhar para além da superfície e gerir os reservatórios invisíveis escondidos sob os nossos pés.