40 anos da ciência básica à aplicada, o ‘DNA’ dos solos

Grupo de Pesquisa CSME (Caracterização do Solo para fins de Manejo Específico) da Unesp tem sede em Jaboticabal

A capacidade de processamento da informação aumentou quase 100 mil vezes nos últimos 50 anos. A humanidade caminha para gerar volume de informação da ordem de Yottabytes (1 quadrilhão de Gb). Estamos preparados para Era Pós-Digital, eScience, Big Data e prospecção da informação? Fazer exames de ressonância magnética, escutar rádio, armazenar dados no disco rígido, navegar utilizando o GPS do celular ou assistir a filmes em HD graças à fibra ótica são exemplos práticos da conversão do conhecimento. Em média o conhecimento que gerou estas tecnologias demorou 30 anos para ser convertido (ver matéria na revista Pesquisa FAPESP: “Os impactos do investimento”, Ed. 246 de agosto de 2016). Quais ações podem ser feitas para acelerar esse processo de conversão?

Nos próximos parágrafos vamos conhecer um pouco mais da história e estratégias do Grupo de Pesquisa CSME (Caracterização do Solo para fins de Manejo Específico), da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (Unesp/FCAVJ), que se prepara para a Era Pós-Digital, e para acelerar a conversão do conhecimento básico em vantagem científica e empresarial competitiva. Iremos saber suas raízes científicas na década de 1970 até a conversão deste conhecimento básico em tecnologia aplicada, prêmios nacionais para mapeamento de metais pesados no solo, projetos parceria universidade–empresa com investimento direto em pesquisa de desenvolvimento (P&D), até o envio de artigo para Nature Communication. Estas ações têm contribuído positivamente para a visibilidade da Unesp e popularização da ciência, além de enaltecerem a trajetória da instituição neste momento tão especial em que completou 40 anos.

O começo: genealogia científica e as novas gerações do Grupo
Certamente, em algum momento da sua vida você terá contato com os termos ancestralidade, árvore genealógica ou genealogia. Todos eles estão relacionados com o conhecimento da origem de um indivíduo ou família. A genealogia científica tem objetivo semelhante, e tenta organizar os vínculos entre gerações de pesquisadores. Isso possibilita entender como o conhecimento vai se misturando e gerando novas ideias e linhas de pesquisa.

O protocolo para mapeamento de solos tropicais utilizado atualmente pelo Grupo de Pesquisa CSME integra procedimentos e conceitos de várias áreas do conhecimento: geomorfologia, geologia, mineralogia, pedologia e pedometria. As linhas de pesquisa atuais do grupo tiveram influência de outros cientistas: Daniels, Schewrtman, Lepsh, Kämpf, Curi, Torrent, Barrón, entre outros.

E a linhagem científica continua crescendo. O Grupo CSME acredita e investe em parcerias interinstitucionais. A rede de parceria se estende por mais de 2 países, 6 estados e 10 instituições de pesquisa (IAC, ESALq, Unicamp, UFPR, UNB, UFSM, UFRG, UFAM, IFPA, UFMA, UFPI, USDA, UCO), além de parcerias com o setor empresarial (Usina São Martinho, Usina São Domingos, Cambuhy, Citrovita, dentre outras). A rede é composta por mais de 100 pessoas, envolvendo pesquisadores brasileiros e estrangeiros, pós-doutorandos, empresários, doutorandos, mestrandos, estudantes de iniciação científica e do ensino médio.

Do total de projetos aprovados na Fapesp (auxílios e bolsas) entre 1996 e março de 2017, 26% foram das Ciências Agrárias. Nesta área, nos últimos 20 anos, a Unesp Jaboticabal tem mais de 5.000 aprovações na Fapesp, sendo a terceira unidade da Universidade em número de aprovações. Em contrapartida, Jaboticabal (FCAVJ) lidera o ranking de bolsas e auxílios aprovados na Fapesp por docente. O Prof. Dr. José Marques Jr. é responsável por aproximadamente 6% do total de aprovações do Câmpus na Fapesp e 20% do total de bolsas do Câmpus em andamento. Nos últimos 10 anos, o Laboratório de Mineralogia do Solo, sede do Grupo, conseguiu vários financiamentos de agências de fomento e recursos via parceria universidade-empresa. Especificamente da Fapesp, o montante acumulado em auxílios foi de aproximadamente R$ 1,5 milhão. Parte destes auxílios foi investida na infraestrutura física do laboratório e equipamentos de última geração, como sensor de assinatura magnética (Bartington), sensor de assinatura espectral (PerkinElmer), difratômetro de raios X (Rigaku) e equipamento de fluorescência de raios X (Rigaku).

Relações de causa e efeito: da ciência básica à aplicada
O Grupo CSME busca entender como ambientes naturais e agrícolas funcionam, por meio da interação de diferentes áreas do conhecimento como relação solo-paisagem, sistema solo-planta, uso e conservação do solo e da água, transferência de massa no sistema solo-atmosfera, pedometria, modelagem matemática e, principalmente, mineralogia do solo.

Assim como a biodiversidade do 1,2 milhão de espécies conhecidas no planeta Terra é resultado da variação do DNA, grande parte do potencial agrícola e ambiental dos solos do planeta Terra é resultado da sua variação mineralógica. São mais de 400 tipos de minerais registrados, mas no ambiente tropical as potencialidades dos solos têm forte influência de quatro minerais: hematita, goethita, caulinita e gibbsita. Apesar de pequenos (0,000002 cm), estes minerais, assim como as bactérias, vírus e grãos de polén, têm grande impacto em nossas vidas, especialmente no planejamento de uso e ocupação sustentável do solo.

Parte da ciência básica investigada pelo grupo está relacionada com o entendimento destes minerais, considerados como uma das principais causas da dinâmica do solo. Saber onde estes minerais ocorrem, como se formam no solo, quanto tempo leva para se transformarem e o que influencia essas rotas de transformação ajuda no entendimento dos efeitos como: infiltração de água no solo, disponibilidade de nutrientes, perda de solo por erosão e emissão de gases de efeito estufa. Consequentemente, o que está acima do solo também é influenciado pela variação dos minerais: produtividade das culturas agrícolas, qualidade dos grãos de café, teor de proteína e óleo de grãos de soja, segurança alimentar, entre outros. Outras duas novas áreas que crescem e estão relacionadas com a mineralogia são a Geomedicina e a Geogenômica.

A FAO, em conjunto com a ONU, estima que cada pessoa gasta aproximadamente R$ 300 por ano para corrigir problemas com perda de solo. Estima-se que para se formar um centímetro de camada de solo demore mil anos. E em apenas uma chuva intensa com duração de uma hora, na ausência de cobertura vegetal, são perdidos 5 cm de solo. Os minerais dos solos estão diretamente relacionados com a maior ou menor facilidade do solo de ser erodido.

 

Grupo de pesquisa, CSME, realizando coletas no Planalto. (© Arquivo CSME)

Grupo de pesquisa, CSME, realizando coletas no Planalto. (© Arquivo CSME)

Assinatura espectral e magnética: Uma alternativa promissora para solos tropicais
Se o DNA está para a biodiversidade como a mineralogia está para o potencial agrícola e ambiental dos solos, então podemos imaginar que os avanços na biotecnologia estão para as novas técnicas de estudo do DNA, assim como os avanços em ciência do solo estão para as novas técnicas de estudo de mineralogia. Descoberta em 1914, a difração de raios X dos minerais (DRX) é considerada a técnica mais precisa para estudar o “DNA dos solos”. Apesar da boa precisão e exatidão, o custo estimado para identificação de um tipo de mineral, como a hematita, por exemplo, é de R$ 300 por amostra, considerando pré-preparo, reagentes, depreciação dos equipamentos e interpretação dos resultados.

A FAO, em conjunto com a ONU, estima que cada pessoa gasta aproximadamente R$ 300 por ano para corrigir problemas com perda de solo

Existem vários outros métodos, como Mössbauer, análises termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG). Pensando no mapeamento de grandes áreas no Estado de São Paulo, o Grupo CSME desenvolveu um protocolo de mapeamento destes minerais baseado na integração de assinatura espectral e magnética. Após vários testes e projetos pilotos em áreas de 1 a 1.000 ha no Estado de São Paulo, Minas Gerais, Goiás, Maranhão, Piauí e Amazonas, foi iniciado o projeto temático com equipe multidisciplinar para mapear aproximadamente 15 milhões de hectares na região centro-oeste do Estado de São Paulo, área equivalente a 50% do estado. A equipe é composta por agrônomos, geólogos, geógrafos, químicos, geomorfólogos e biólogos. São sete instituições envolvidas (Unesp, USP, Unicamp, IAC, UFPR, UNB e UCO) e mais de 30 pessoas entre pesquisadores, pós-docs, pós-graduandos e graduandos. No futuro a equipe planeja construir um data center para armazenar as informações geradas, trabalhar a big data com modelos adaptados à eScience, e posteriormente disponibilizar os dados. A intenção é interagir com outras big datas, tanto nacionais, como programas especiais da Fapesp (Biota, BIOEN, Mudanças Climáticas), Pronasolo (Programa Nacional de Levantamento e Interpretação de Solos), quanto internacionais, como SoilGrids iniciativa do ISRIC World Soil Information e Global Soil Map. As informações geradas também podem contribuir para o Painel Técnico Intergovernamental de Solos – ITPS da FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations). O ITPS faz parte da Aliança Mundial de Solo – AMS (Global Soil Partnership – GSP). Mais detalhes do protocolo de mapeamento desenvolvido pelo grupo utilizando assinatura espectral e magnética podem ser encontrados na revista Unesp Ciência, ed. 52 de maio de 2014 na matéria de capa “Terra à vista”. Caso prefira, você também pode assistir a uma palestra com a equipe do grupo de pesquisa detalhando o tema (Parte 1, disponível no endereço <https://goo.gl/7jsUWb>; Parte 2, disponível no endereço <https://goo.gl/J1ukW5>).

Parcerias de sucesso: da mineralogia ao planejamento de uso e ocupação do solo
O Grupo CSME acredita fielmente na ciência básica de boa qualidade, na formação de pessoas e na conversão do conhecimento em produtos de impacto científico, econômico e social. Estes são os mesmos princípios dos parceiros científicos e empresariais do Grupo.

A produção científica qualificada (artigos científicos) média dos pesquisadores e pós-docs do Grupo é de aproximadamente 7 artigos por ano por pessoa. O índice h da equipe do grupo varia de 5 a 17 na base Scopus. O índice h é utilizado para quantificar a produtividade e o impacto da ciência produzida. Os artigos são publicados em revistas com JCR variando entre 0,8 e 6. Aproximadamente 35% das publicações são na área de agricultura e ciências biológicas e 15% na área de ciências ambientais. Estes indicadores bibliométricos são reflexos do intenso fluxo de informações entre os parceiros científicos em instituições brasileiras e internacionais, com destaque para os pesquisadores Kurt Spokas, da Universidade de Minnesota – Estados Unidos, e Vidal Barrón López de Torre, da Universidade de Córdoba – Espanha. Um dos frutos das parcerias de sucesso na área científica foi a submissão de artigo para Nature Communication, em parceria com outras instituições internacionais. Coordenada pelo parceiro internacional Vidal Barrón, a proposta do artigo está relacionada com novas hipóteses sobre o ciclo biogeoquímico do nitrogênio e suas relações com a mineralogia do solo.

As parcerias interinstitucionais também contribuíram para algumas honrarias, que consolidam a proposta científica do Grupo, dentre elas: menção honrosa do Prêmio Vale CAPES para dissertação em 2015, melhores trabalhos da Área de Agrárias, apresentado nos Congressos de Iniciação Científica da Unesp em 2014 e 2015 e, mais recentemente, prêmio de melhor trabalho apresentado na 20a Reunião Brasileira de Manejo e Conservação do Solo e da Água (RBMCSA), sobre os impactos ambientais no solo, que aconteceu em Foz do Iguaçu, no Paraná, nos dias 20 a 24 de novembro de 2016 (veja mais detalhes da reportagem disponível no endereço <https://goo.gl/NrL7yD>). Membros do grupo também integram comissões importantes a nível nacional e internacional, como: Comitê de Mudanças Climáticas da Fapesp, Rede Brasileira de Mapeamento Digital de Solos e Comissão de Pedometria da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo. A interação nestas redes contribui para o avanço e a competitividade do Grupo com a pesquisa nacional.

 

Exemplo de solo erodido. (© Arquivo CSME)

Exemplo de solo erodido. (© Arquivo CSME)

 

No setor público destaca-se como parceria de sucesso o caso da tese de doutorado de Telmo José Mendes, ex-secretário municipal de Obras de Chapadinha – MA e atual assessor de Gabinete nas áreas de infraestrutura e planejamento urbano. Engenheiro civil, Telmo, modelou o estoque de carbono do solo em diferentes cenários de uso e manejo para o estado. O projeto concluiu que a substituição dos sistemas agropecuários intensivos para os sistemas conservacionistas nas áreas atuais do Estado do Maranhão, para o ano de 2030, acarretará estimativas de sequestro de C para o solo de 0,6 Mt, sendo a pecuária responsável por 0,54 Mt de C, e a agricultura por 0,03Mt de C. Telmo fez parte de um programa especial de doutoramento chamado de DINTER. Outros 15 especialistas do Maranhão cursaram doutorado junto com Telmo nesta modalidade, desenvolvendo bons trabalhos para impulsionar o desenvolvimento da Região Nordeste.

Na área empresarial, o sucesso da parceria pode ser avaliado pelo número de jovens gestores empresariais que cursam mestrado e doutorado sob orientação de docentes do Grupo de Pesquisa. Cita-se como exemplo o caso dos gestores da Usina São Domingos (USD). Durante sua pós-graduação, Rodrigo Baracat Sanchez e Vicente Sanchez Neto, gestores de pesquisa e desenvolvimento da São Domingos e egressos do Grupo de Pesquisa, desenvolveram modelos de uso e ocupação do solo baseados na forma da paisagem e mineralogia. Em 2008 a Usina foi uma das finalistas do Prêmio FINEP de Inovação na categoria grandes empresas. Parte dos resultados da tese de doutorado de Rodrigo ajudaram a compor o projeto feito em parceria com o ITA (Instituto Tecnológico de Aeronaútica).

As parcerias interinstitucionais também contribuíram para algumas honrarias, que consolidam a proposta científica do Grupo

Em 2015, Vicente defendeu seu mestrado modelando a produção e qualidade da cana-de-açúcar em diferentes formas do relevo e mineralogias. Foram utilizados dados reais da São Domingos em 20.000 ha, representativos de 100 mil ha na região de São José do Rio Preto-SP entre o período de 2008 e 2014. Os resultados estão sendo utilizados no planejamento das operações agrícolas da USD, o que poderá ser estendido ao setor sucroenergético, com destaque para os modelos de planejamento de plantio, colheita e arrendamento da terra. No caso do planejamento de plantio e colheita, melhores ganhos econômicos são esperados para plantio de variedades precoces seguido de colheita antecipada na forma convexa da paisagem, e plantio de variedades médias e ou tardias seguido de colheita tardia na forma côncava. Além disso, a proposta pode auxiliar na definição de contratos de arrendamento e planejamento estratégicos de regiões com maior valor de arrendamento. Áreas localizadas na forma convexa teriam maior valor da terra do que áreas localizadas na forma côncava, em relação à qualidade da matéria prima (maior Pol), por exemplo.

Outro exemplo das parcerias de sucesso entre o grupo e o setor empresarial, cita-se o Grupo São Martinho, onde vários gestores corporativos integram o grupo e fazem pós-graduação na Unesp Câmpus de Jaboticabal. Alguns destes gestores fizeram iniciação científica no Grupo de Pesquisa e foram bolsistas IC da Fapesp, como Luis Gustavo Teixeira, atual gerente agrícola (Processo Fapesp IC 04/06698-0), Lucas Cortez, atual coordenador de plantio e tratos (Processo Fapesp IC 07/04688-6), e Rafael Peluco, atual coordenador de automação agrícola (Processo Fapesp IC 07/04697-5). Em 2015-2016 foi celebrado contrato de pesquisa e desenvolvimento (P&D) entre a empresa e o grupo, para mapear os solos da usina considerando a assinatura magnética e espectral. A meta é gerar plano estratégico de uso e ocupação sustentável do solo considerando assinatura magnética e espectral. O setor de P&D da unidade cresceu concomitantemente com a evolução do Grupo de Pesquisa e transferência de conhecimento. A Lei do Bem foi um dos catalisadores nesse processo.

Próximos capítulos: o futuro…
No 8º Internacional Whorshop de Classificação dos Solos, realizado no Brasil, em 1985, houve forte sugestão para utilizar a Suscetibilidade Magnética (SM) dos solos para definir opções de manejo dos solos (níveis mais detalhados do sistema taxonômico). Porém, esta sugestão não pode ser acatada pela limitação de sensores e equipamentos com a acurácia necessária. Atualmente o Grupo CSME tem demonstrado que com os atuais sensores é possível mapear atributos do solo em escala detalhada, utilizando a SM, que expressa a mineralogia dos solos tropicais. Assim, pretendemos continuar esta linha de pesquisa com a utilização dos sensores, cada vez mais precisos, para mapear áreas específicas, visando manejo ou conservação do solo. O Grupo possui uma meta para os próximos anos de fortalecer o intercâmbio internacional, além de estreitar suas relações com o setor produtivo.

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