Redox potential (Eh) and pH as drivers of soil/plant/microorganism systems: a transdisciplinary overview pointing to integrative opportunities for agronomy

Resumo

Contexto

Reações de oxidação-redução e ácido-base são essenciais para a manutenção de todos os organismos vivos. No entanto, o potencial redox (Eh) tem recebido pouca atenção na agronomia, ao contrário do pH, que é considerado uma variável principal. Os agrônomos provavelmente estão se privando de um fator chave na ciência das culturas e do solo, que poderia ser uma ferramenta integradora útil.

Escopo

Este artigo revisa a literatura existente sobre Eh em várias disciplinas conectadas à agronomia, associadas ou não ao pH, e então integra esse conhecimento dentro de uma estrutura composta.

Conclusões

Esta revisão transdisciplinar oferece evidências de que Eh e pH são, respectivamente e conjuntamente, os principais motores dos sistemas solo/planta/microrganismo. Informações sobre os papéis de Eh e pH na fisiologia de plantas e microrganismos e na gênese do solo convergem para formar uma estrutura operacional para estudos futuros sobre o funcionamento do solo/planta/microrganismo. Esta estrutura é baseada na hipótese de que as plantas funcionam fisiologicamente dentro de uma faixa específica de Eh-pH interna e que, juntamente com os microrganismos, elas alteram Eh e pH na rizosfera para garantir a homeostase ao nível celular. Esta nova perspectiva pode ajudar a unir várias disciplinas relacionadas à agronomia, e em escalas micro e macro. Deve ajudar a melhorar o design e a gestão dos sistemas de cultivo, na agricultura convencional, orgânica e de conservação.

Abstract

Background
Oxidation-reduction and acid–base reactions are essential for the maintenance of all living organisms. However, redox potential (Eh) has received little attention in agronomy, unlike pH, which is regarded as a master variable. Agronomists are probably depriving themselves of a key factor in crop and soil science which could be a useful integrative tool.

Scope
This paper reviews the existing literature on Eh in various disciplines connected to agronomy, whether associated or not with pH, and then integrates this knowledge within a composite framework.

Conclusions
This transdisciplinary review offers evidence that Eh and pH are respectively and jointly major drivers of soil/plant/microorganism systems. Information on the roles of Eh and pH in plant and microorganism physiology and in soil genesis converges to form an operational framework for further studies of soil/plant/microorganism functioning. This framework is based on the hypothesis that plants physiologically function within a specific internal Eh-pH range and that, along with microorganisms, they alter Eh and pH in the rhizosphere to ensure homeostasis at the cell level. This new perspective could help in bridging several disciplines related to agronomy, and across micro and macro-scales. It should help to improve cropping systems design and management, in conventional, organic, and conservation agriculture.