As culturas tradicionais em áreas tais como a Índia não atingem uma produção significativamente aumentada com a utilização de fertilizantes com nitrogênio, tendo baixas necessidades deste elemento, mas estão sendo atualmente substituídas por “cereais milagrosos” e outras culturas que não produzem mais com fertilização com nitrogênio – justamente numa época em que tal tratamento está se tornando proibitivamente dispendioso.
Das várias classes de organismos fixadores de nitrogênio, as bactérias simbióticas são, incomparavelmente, as mais importantes em termos de quantidades totais de nitrogênio fixado. A mais comum das bactérias fixadoras de nitrogênio é Rhizobium, que é um tipo de bactéria que invade as raízes de leguminosas (angiospermas da família Fabaceae ou Leguminosae), tais como trevo, ervilha, feijão, ervilhaca e alfafa.
Os efeitos benéficos das leguminosas sobre o solo são tão óbvios que foram reconhecidos há centenas de anos. Teofrasto, que viveu no terceiro século a.C. escreveu que os gregos utilizavam culturas de feijão para enriquecer os solos. Nos locais em que as leguminosas crescem, certa quantidade de nitrogênio “extra” pode ser liberada para o solo, onde se torna disponível para outras plantas. Na agricultura moderna constitui prática comum alternar uma cultura não leguminosa, como o milho, com uma leguminosa, como a alfafa.
As leguminosas são então colhidas para feno deixando as raízes ricas em nitrogênio, ou ainda melhor, são aradas novamente no campo. Uma boa colheita de alfafa, que é recolocada no solo, pode fornecer 450 quilogramas de nitrogênio por hectare. A aplicação dos elementos vestigiais, cobalto e molibdênio, exigidos pelas bactérias simbióticas, incrementa grandemente a produção de nitrogênio se estes elementos estiverem presentes em quantidades limitantes, como em grande parte da Austrália.
As bactérias não simbióticas dos gêneros Azotobacter e Clostridium são capazes de fixar o nitrogênio. Azotobacter é aeróbico, ao passo que Clostridium é anaeróbico; ambas são bactérias saprófitas comuns encontradas no solo. Calcula-se que elas fornecem provavelmente cerca de 7 quilogramas de nitrogênio por hectare de solo por ano.
Outro grupo importante inclui muitas bactérias fotossintéticas. As algas azuis de vida livre desempenham também um papel importante na fixação do nitrogênio. São cruciais para o cultivo do arroz, que constitui a principal dieta de mais da metade da população mundial. As algas azuis podem desempenhar também um importante papel ecológico na fixação do nitrogênio nos oceanos.
A distinção entre fixação do nitrogênio por organismos de vida livre e simbióticos pode não ser tão rigorosa como se pensava tradicionalmente. Alguns micróbios ocorrem regularmente no solo, ao redor das raízes de certas plantas que eliminam carboidratos, consumindo estes compostos e, ao mesmo tempo, fornecendo indiretamente nitrogênio para as plantas. As associações simbióticas entre bactérias normalmente de vida livre, como Azotobacter, e as células de plantas superiores em culturas de tecido induziram seu crescimento num meio artificial carente de nitrogênio.
O nitrogênio gasoso pode ser oxidado pelos relâmpagos e arrastado para o solo através da chuva. A água pluvial pode carrear algumas vezes, amônia que escapou na atmosfera. As medições realizadas numa estação experimental na Inglaterra, durante um período de 5 anos, mostraram que a água da chuva levou 7,1 quilogramas de nitrogênio por hectare por ano.
Os elementos essenciais ao crescimento das plantas constituem apenas uma pequena proporção dos solos mais férteis, conforme podemos observar no Quadro 1. Os minerais mais comuns dos solos derivam do alumínio e do silício, mas estes, embora desempenhem um papel na manutenção dos elementos essenciais, não contribuem diretamente para a nutrição dos vegetais.
Em situações normais, os elementos presentes no solo recirculam, tornando-se novamente disponíveis para o crescimento das plantas. Conforme discutimos anteriormente, as partículas de argila de carga negativa são capazes de ligar íons positivamente carregados, tais como, por exemplo Ca2+, Mg2+ e K+.
Os íons são removidos das partículas pelas raízes da planta, quer diretamente, quer após passar na solução do solo. Em geral, os cátions exigidos pelas plantas estão presentes em grandes quantidades nos solos férteis e as quantidades removidas por culturas simples são pequenas.