FRACIONAMENTO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO

Transcrição

1 III Encontro de Laboratórios Goiânia/Setembro de 2009 FRACIONAMENTO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Jader Galba Busato UENF/LSOL/NUDIBA

2 ABORDAGEM Componentes e formação da matéria orgânica do solo Interação da matéria orgânica com algumas propriedades dos solos Fracionamento físico da matéria orgânica Fracionamento químico da matéria orgânica Avaliações espectroscópicas e testes com plantas

3 Desenvolvimento do pensamento científico!!!!

4 INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES COMPARTIMENTOS AMBIENTAIS SOLO Solo como função de clima, organismos, material de origem, relevo e tempo

5 Materiais minerais Materiais orgânicos 5

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7 MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO

8 RESERVATÓRIOS GLOBAIS DE CARBONO E FLUXO DE GASES PARA ATMOSFERA GEOLÓGICO 5000 Pg 4000 Pg carvão 6 Pg/ ano 500 Pg óleo ATMOSFÉRICO 500 Pg gás 750 Pg 2,3 Pg/ ano 3,3 Pg/ano 2,6 Pg/ ano 2 Pg/ ano BIOTA 560 Pg 1 Pg/ ano CARBONO SOLO 2300 Pg 0,4 Pg/ ano OCEANO Pg 1550 Pg C-org 750 Pg C-inorg 1 Pg = 10 9 Mg

9 O sol fornece energia para a fotossíntese Emissão antropogênica (Combustão) Gás carbônico Respiração Compostos de carbono nas plantas Respiração Resíduos vegetais Resíduos animais Estabilização de compostos (SH) Oxidação Decompositores Reservas fósseis

10 MO VIVA Microrganismos (60-80%) Fungos e Bactérias Raramente > 4% do C orgânico Macrorganismos (15-30%) Microfauna Mesofauna Protozoários Nematóides Ácaros Macrofauna Minhocas Termitas MOS Raízes (5-10%) Matéria Macrorgânica (10-30%) Resíduos em diferentes estágios de decomposição MO MORTA Substâncias Não-Húmicas (30%) - Lipídeos - Ácidos orgânicos < PM -Carboidratos -Proteínas > 95 % do C orgânico Húmus (70-90%) Substâncias Húmicas (70%) -Ácidos húmicos -Ácidos fúlvicos -Huminas COMPONENTES DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 10

11 Características químicas Dinâmica de cargas elétricas/disponibilização de nutrientes... Características biológicas Atividade microbiana/fixação biológica... Matéria orgânica Características físicas Agregação de partículas/retenção de água... Efeitos fisiológicos sobre as plantas Substâncias húmicas Seqüestro de Carbono

12 Características químicas PCZ, fornecimento de nutrientes... Conclusões 1 - Houve correlação entre o PZC e a percentagem de carbono das amostras dos solos estudados; 2 O grau de contribuição da matéria orgânica para a variação do PZC dependeu do grau de intemperismo do solo; 3 A matéria orgânica contribuiu para maior abaixamento do PCZ nos solos mais intemperizados

13 Características químicas PCZ, fornecimento de nutrientes... R. Bras. Ci. Solo, 27: , 2003.

14 Características físicas Agregação de partículas, retenção de água...

15 Influência da matéria orgânica sobre o desenvolvimento de plantas Canellas et al. (2006) Efeitos Fisiológicos de Substâncias Húmicas o estímulo às H + -ATPases. In: Nutrição Mineral de Plantas, pp Ed. M.S. Fernandes. Viçosa, Brazil: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo. 15

16 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO

17 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Tem se mostrado promissor e bastante difundido em estudos envolvendo a distribuição do carbono do solo, principalmente quando as avaliações envolvem o manejo do solo e culturas. Três frações da matéria orgânica do solo são obtidas por métodos de fracionamento físico: Fração Leve Livre (FLL) Fração Leve Intra-agregado (FLI) Fração Pesada Christensen (1992)

18 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Fração Leve Livre (FLL) Fração transitória entre o material depositado e as frações estabilizadas; Apresenta relação C/N maior que a do solo; A conversão de sistemas naturais em agrícolas normalmente reduz a participação desta fração. Sistemas conservacionistas preservam a FLL.

19 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Fração Leve Intra-agregado (FLI) Obtida após aplicação de ultrassom; Apresenta maior tempo de residência no solo; Fisicamente protegido no interior dos agregados.

20 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Fração Pesada (Feller e Beare, 1997) Pode ser dividida em três sub-frações Fração associada a partículas > 50 µm e C/N 20 COMPLEXO ORGANO-SILTOSO Fração associada a partículas entre 2 e 50 µm; resíduos vegetais e fúngicos humificados ligados a microagregados estáveis; C/N 15 COMPLEXO ORGANO-ARGILOSO Fração associada a partículas < 2 µm; C/N 10 20

21 Tempo médio de resistência da matéria orgânica (anos) Modelo de Jenkinson apresentado por Piccolo (1996) Material de planta prontamente degradável 0,2 Material de planta resistente 3,3 Biomassa microbiana 2,4 Matéria orgânica protegida fisicamente 71 Matéria orgânica estabilizada quimicamente 2900

22 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO A metodologia ideal consiste em separar fisicamente a fração humificada da matéria orgânica dos demais compostos implicados complexo organo-mineral (restos vegetais e animais não decompostos e biomassa). 1 - Diferença de densidade Os métodos de extração entre os constituintes; física utilizam dois princípios básicos: 2 - Diferença de tamanho entre os constituintes.

23 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 1 Métodos densimétricos Utilizam líquidos com densidade entre 1,6 a 3,0 g.cm -3 para separar restos vegetais de outros materiais mais resistentes à decomposição. Líquidos utilizados: BROMOFÓRMIO (CHBr 3 ) densidade 2,88 g.cm -3 TETRABROMOETANO (C 2 H 2 Br 4 ) densidade 2,96 g.cm -3 IODETO DE SÓDIO (NaI) BROMETO DE ZINCO (ZnBr) MISTURA BROMOFÓRMIO ÁLCOOL ETÍLICO

24 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 1 Métodos densimétricos Duchaufour e Jacquin (1966) Amostra de 10 gramas de solo previamente tamisado (2 mm) Adicionar à amostra, com agitação manual, 100 ml de uma mistura de bromofórmio e álcool etílico (mistura com densidade de 1,8) Após agitação, centrifugar o material (960 g, 30 min) Formação de duas fases distintas Filtrar o sobrenadante Repetir as operações outras duas vezes Lavar e secar (105 o C) Pesar, moer e dosar carbono, nitrogênio...

25 Amostra de solo + solução Agitação manual Fração Leve Livre Centrifugação Resto de solo com fração organo-mineral 400 J.mL -1, em banho de gelo Ultrassom Centrifugação Fração Leve Intra- Agregado ou Oclusa Sohi et al., 1998 Fração Pesada 25

26 FRACIONAMENTO FÍSICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO 2 Métodos granulométricos Bruckert (1979) Amostra de 35 gramas de solo (TFSA) previamente tamisado (2 mm) Acondicionar em frasco cilíndrico de 250 ml; adicionar 200 ml de água destilada e 5 bolas de vidro; Agitar (50 rpm) por 15 horas; Após, separar utilizando o material (tamis) de 0,10 e 0,05 mm: Uma fração entre 2,00 e 0,10 mm; Uma fração entre 0,09 e 0,05 mm; Uma fração menor que 0,05 mm (centrifugar e coletar). Recolher cada fração, secar (45 o C) e obter teores.

27 Principais características das frações isoladas: 2,00 0,10 mm: partículas de areia livre, restos de vegetais não humificados, micélios de fungos. 0,09 0,05 mm: fração heterogênea, que contém agregados, partículas minerais livres e alguns restos orgânicos livres. Menor que 0,05 mm: microagregados qpresentando constituintes orgânicos humificados e partículas minerais livres.

28 FRACIONAMENTO QUÍMICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO

29 FRACIONAMENTO QUÍMICO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO EXTRAÇÃO E PURIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS HUMIFICADAS DO SOLO 29

30 Reagentes empregados na extração da matéria orgânica do solo. CONSTITUINTE EXTRATOR SUBSTÂNCIA ORGÂNICA EXTRAÍDA (%) SUBSTÂNCIAS HÚMICAS BASE FORTE NaOH Na 2 CO 3 Até 80% Até 30% SAL NEUTRO Na 4 P 2 O 7 NaF QUELATO ORGÂNICO Acetilacetona Até 30% Até 30% COMPOSTOS HIDROLISÁVEIS AMINOÁCIDOS CARBOIDRATOS COMPOSTOS BIOQUÍMICOS LIGADOS À FRAÇÃO ARGILOSA COMPOSTOS BIOQUÍMICOS LIVRES HCl 6 M H 2 SO 4 1 M 25 45% 5 25% HF 5 10% H 2 O, álcool 80%, acetato de amônio 1% Graxas, ceras e resinas Solventes orgânicos 2 6% Adaptado de Stevenson, F. J. Humus chemistry, Willey, 1994.

31 INTERNATIONAL HUMIC SUBSTANCE SOCIETY - IHSS RECOMENDA COMO EXTRATOR PADRÃO O NaOH 0,1 OU 0,5 mol. L -1 A METODOLOGIA ENCONTRA-SE DESCRITA NO ENDEREÇO ELETRÔNICO

32 ÁCIDOS FÚLVICOS ÁCIDOS HÚMICOS Fração solúvel (SH) Acidificação Extração inicial do solo com HCl 0,1 mol. L -1 (1:10 m/v) NaOH 0,1 mol. L -1 (1:10 m/v) atmosfera inerte N 2 Decantação Centrifugação baixa rotação Fração insolúvel (huminas) Lavar com água; secar em baixa temperatura; triturar e dosar carbono. 32

33 redissolvidos KOH 0,1 mol. L -1 KCl 3 mol. L -1 Sobrenadante descartado ÁCIDOS HÚMICOS Acidificados HCl 0,1 mol. L -1 e HF 0,3 mol. L -1 Lavar AH com HCl 0,01 mol L -1 Decantação ÁCIDOS FÚLVICOS repetir se necessário (cinzas >1%)

34 POR QUAL MOTIVO FRACIONAR? INDICADOR DA QUALIDADE DO SOLO (C AH /C AF ) UTILIZAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS ESPECTROSCÓPICAS DA MOS NA AVALIAÇÃO DA MANEJO DO SOLO TESTES COM PLANTAS (ESTIMULANTES DO CRESCIMENTO VEGETAL)

35 Latossolo Latossolo Latossolo T TF VC 35

36 Latossolo Latossolo Latossolo T TF VC

37 Teoria Supramolecular Interações hidrofóbicas e pontes de H + são responsáveis pelo aparente elevado tamanho molecular das SH Hidrofobicidade Piccolo et al. (1996); Piccolo (2002)

38 Avaliação com plantas

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41 Av. Alberto Lamego, 2000, Parque Califórnia Campos dos Goytacazes Rio de Janeiro Brasil. Tel (22) Jader Galba Busato Engenheiro Agrônomo Dr. Solos e Nutrição de Plantas jbusato@uenf.br