21/11/2011. Onde estão localizados os grupos funcionais e quais são os principais elementos químicos desses grupos?

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1 Retenção e liberação de nutrientes pelo solo Propriedades Químicas do Solo José Miguel Reichert Paulo Ivonir Gubiani A adsorção de cátions é um fenômeno muito importante para a nutrição de plantas C TTroca C pacidade Cátions Colóide Zn P Mn B Mo Cl Solução do solo Fe S N Cu Onde estão localizados os grupos funcionais e quais são os principais elementos químicos desses grupos? Nos colóides minerais, a resposta requer entendimento da formação dos argilominerais e óxidos. Origem de cargas permanentes Substituição isomórfica Entrada do +3 no lugar do Si +4 nos tetraedros Entrada de +2 no lugar de +3 nos octaedros umínio +3 Silício +4 Magnésio +2 Origem de cargas dependentes de ph Argilas 1:1 Os átomos das bordas apresentam desequilíbrio no número de coordenação do cátion (Si e ). Óxidos (Fe,, Mn, e Ti) igualmente. - H -1/2 H 2 +1/2 Nos argilominerais 2:1 o excesso de carga negativa é compensado pela carga positiva de cátions, lâminas hidróxido ou polímeros de hidróxi- situado entre camadas, as quais mantém as camadas unidas A reatividade desses grupos funcionais depende da relação entre a valência do cátion e o número de coordenação. 1

2 Matéria orgânica as cargas elétricas são todas dependentes do ph Argilomineral Grupo COOH COO - na matéria orgânica e retenção de nutrientes guns grupos funcionais: -COOH (carboxílicos) -OH (hidróxi-fenólicos) =C=O (carbonílicos) Matéria orgânica Matéria orgânica Protonação pacidade de Troca de Cátions - A capacidade de troca de cátions () corresponde à soma das cargas negativas do solo (fração argila, e matéria orgânica) retendo os cátions, tais como 2+, 2+, +, Na +, 3+ e. Dois tipos de : PERMANENTE (substituição isomórfica - independente do ph) permanente Esta é chamada permanente, porque NÃO varia com o ph, é resultado da substituição isomórfica Ela ocorre nos solos menos desenvolvidos, predominando nas regiões temperadas No RS, alguns solos da campanha VARIÁVEL (dependente do ph do solo) dependente de ph Este tipo de é chamado de variável, porque o número de cargas elétricas pode aumentar ou diminuir em função do ph do solo. Se o ph diminuir Se o ph aumentar a diminui a aumenta Tipos de permanente Minerais 2:1 com substituição isomórfica Variação Pouca variação com o ph devido à dissociação devido radicais OH à substituição isomórfica A variável é a que predomina nos solos tropicais A variável é a que existe na fração orgânica do solo CTA PCZ ph 2

3 Origem da em argilomineral de carga variável olinita Si OH O1/2 OH 2 +1/2 Protonação olinita OH Bordaduras dos alumino-silicatos Si O 1/2 OH 2 +1/2 olinita Si O OH OH 1/2 1/2 Ponto de carga zero PCZ PCZ: valor de ph em que a quantidade de cargas elétricas negativas e positivas são iguais. Quando o ph do meio coincide com o PCZ, a argila flocula e a medida que o ph se distancia-se do PCZ a argila tende a se dispersar. Forças de atração (Van de Waals) depende da proximidade das partículas. Forças de repulsão cargas elétricas de mesmo sinal. Proporção de argilominerais 2:1, 1:1, óxidos e matéria orgânica mudam o PCZ. Cátion neutralizador das cargas negativas afetam a floculação. giafacil.com.br/en q_38.php Protonação e retenção de nutrientes Retenção de íons Adsorção de cátions Adsorção específica: ligações químicas de alta energia. Ex: cobre, zinco, potássio, alumínio. Adsorção não específica: cátions permanecem hidratados e são atraídos pelas cargas negativas dos colóides do solo. Ex: Na +, +, +2, +2, +3 Adsorção de ânions - rgas positivas muito pequenas mesmo em solos velhos. - NO 3-, Cl - são muito fracamente adsorvidos: lixiviados. - Os ânions fosfato (H 2 PO 4- ) e sulfato (SO 4-2 ) são retidos por adsorção específica. Fatores que afetam a adsorção e troca de cátions Quanto maior a valênciamais fortemente o cátion é adsorvido: +3 > +2 > +2 > + > Na + ; o comporta-se como trivalente Quanto maior a hidratação do íon menos ele é adsorvido: Li + > Na + > + > NH 4+ > +2 > +2 ; portanto o Li + é o menos adsorvido, porque tem maior hidratação. Concentração: Cátions em maior concentração são mais adsorvidos e deslocam os demais para a solução do solo. Seletividade do colóide: Ilita: +3 > + > +2 > +2 > Na + ulinita: +2 > +2 > + > +3 > Na + Montmorilonita: +2 > +2 > > + > Na + Matéria orgânica: Mn > Ba > +2 > +2 > > + > Na + CO 2 + H 2O HCO 3- + Rocha ph 7,0 Percolação de bases ( 2+, 2+, +, Na + ) Bases e acidez do solo H 2O (OH) Solo ph 4,0 ( e 3+ ) 3

4 Ácidos fortes Ácidos fracos Acidez do solo É gerada quando os cátions básicos são substituídos por H e. ph do SOLO ACIDEZ ATIVA é devida aos íons que estão dissociados na solução do solo. É expressa pelo ph = - log [ ] = 1/log [ ] Tipos de acidez Fase sólida ARGILO- MINERAIS HÚMUS ÓXIDOS O H O COO COO H FeO H O H Solução do solo H+ ACIDEZ POTENCIAL = soma de adsorvidos no solo Acidez potencial Acidez ativa Representação esquemática da acidez potencial e acidez ativa do solo (adaptado de Quaggio, 1986). ph do solo ph = - log[ ] = log(1/[ ]) [ ] -log[ ] -log[oh - ] [OH - ] 0,0001 = , = ,00001 = , = , = , = , = , = , = , = , = ,00001 = , = ,0001 = 10-4 Fontes de acidez potencial a) Ácido carbônicoformado na rizosfera pela atividade microbiana e pela respiração radicular. CO 2 + H 2 O HCO 3- + b) Adubos acidificantes (NH 4 ) 2 SO 4 quando se solubilizam liberam íons c) Mineralização dos compostos orgânicos: pela reação de nitrificação há liberação de íons d) Liberação de íons pelas raízes das plantas, quando da absorção de cátions básicos da solução do solo e) Com aumentodo ph, os grupos (, Fe)OH, (, Fe)OH 2 e COOH dissociam íons 4

5 Relação entre ph e disponibilidade de nutrientes. Correção da acidez com calagem CO 3 + H 2O +2 + HCO 3- + OH - Faixa ótima + OH - H 2O H 2O (OH) N, P,,, + HCO 3- H 2CO 3 Zn, Cu, Mn, Fe H 2CO 3 H 2O + CO 2 o 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,5 ph em água Fonte: Adaptado de Sousa et al. (2007). o Reações na interface solido-solução Indicadores da condição do complexo de troca As proporções dos íons retidos no complexo de troca podem mudar se mudar a condição geoquímica do meio Soma de Bases É a soma dos principais cátions trocáveis: SB (ou S, mas cuidado para não confundir com enxofre ) = (Na + )* * Contribuição do sódio é pequena em solos sem problemas de salinidade Classificação da em função do ph 1- a ph do solo ou efetiva Corresponde a soma de bases (SB): cálcio, magnésio, potássio e sódio mais o alumínio, ou seja efetiva = SB +. Descreve o número de cargas negativas existentes nos valores de ph que o solo apresenta É usada como um dos critérios para saber se o solo é ácrico (baixa efetiva) ou não ácrico (média ou alta efetiva). 2- a ph 7 ~ T Corresponde a SB + + H Descreve o número de cargas negativas que o solo pode ter a ph7. Utilizada para calcular a dose de calcário. dos constituintes da fração coloidal do solo Como a está na fração argila: solos argilosos possuem maior que arenosos Solos com mais matéria orgânica possuem maior Solos com minerais do tipo 2:1 possuem mais que solos com minerais do tipo 1: 1 5

6 das frações da fase sólida do solo Partícula do Solo (cmol c kg -1 ) Argila 1: Argila 2: Silte < 1 Areia 0 Matéria orgânica Em cada fração a varia de acordo com o mineral predominante. 3 Sat S to Médio Baixo to Médio Baixo M. baixo S (cmol c /kg) V (%) T (cmol c /kg) mais de 6 4 a 6 menos de 4 mais de 60%; 35 a 60%; menos de 35%; ROLAS 2004 mais de 80%; 65 a 80%; 45 a 64%; < 45 S Sat por bases V % 100 T Interpretação dos valores de S, T (ph 7 ) e V em solos mais de 10 6 a 10 menos de 6 Proporção da ocupada por bases em alguns solos do RS sob condições naturais Cátions trocáveis 10 5 Bases de Troca Acidez de Troca 0 Urug SM SA SP Erec < 35 6

7 Para adubar corretamente é preciso conhecer o solo! Atividade da fração argila - r = ph7,0 x 100/% argila Indicaa mineralogiada fração argila Se a r for maior ou igual a 27 cmol kg -1 de argila o solo é de alta atividade coloidal, ou pedologicamente considerado como Ta, se menor que 27 cmol kg -1 de argila o solo é de baixa atividade coloidal, ou pedologicamente considerado como Tb. Solos Ta: argilominerais 2:1 e predomínio de carga líquida negativa (maior afinidade por cátions). Solos Tb: minerais silicatados 1:1 e óxidos de ferro e de alumínio. Pode haver também carga negativa, mas à medida que o solo torna-se mais intemperizado (mais oxídico), começa a predominar carga líquida positiva. Solos Ta: Luvissolos, Vertissolos e Chernossolos Solos Tb: Latossolos e Nitossolos Os solos Ta são muito duros ou extremamente duros,enquanto que os solos Tb são friáveis. Eutrofia, distrofia e alicidade 2+, 2+, +, Na + 2+, 2+, +, Na + e 3+ no complexo de troca do solo 0% 50% 100% Eutrófico Exemplos de eutrofia e distrofia Solo 1: = 20 e SB = 10,5; V% = 10,5/20*100 = 53%; Eutrófico Solo 2: = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico Solo 1: = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico 2+, 2+, +, Na + 3+ Distrófico Álico Solo 2: = 7 e SB = 5 V% = 10/20*100 = 71%; Eutrófico Entretanto, o solo 2 tem menos nutrientes que o solo 1!!! Absorção de nutrientes do solo pelas plantas P Zn Mn B Mo Cl Fe S N Cu Relações fundamentais gerais Solo como objetivo principal Nutrientes essenciais macronutrientes micronutrientes Elementos tóxicos: C (carbono) H (hidrogênio) O (oxigênio) N (nitrogênio) P (fósforo) (potássio) (cálcio) (magnésio) S (enxofre) Fe (ferro) Mn (manganês) Cl (cloro) B (boro) Zn (zinco) Cu (cobre) Mo (molibdênio) (alumínio) Fe (ferro) ar e água solo solo 7

8 Elemento Símbolo Forma absorvida rbono C CO 2 Oxigênio Hidrogênio O H H 2 O Nitrogênio N NO 3-, NO 2-, NH 4 + Fósforo P H 2 PO 4-, HPO 4-2 Potássio + Cálcio +2 Magnésio +2 Enxofre S SO 4-2 Ferro Fe Fe +2 Manganês Mn Mn +2 Zinco Zn Zn +2 Cobre Cu Cu +2 Boro B H 3 BO 3 Cloro Cl Cl - Molibdênio Mo HMoO 4 - Nutrientes benéficos ou acessórios: -cobalto (Co), silício (Si), -sódio (Na) Elementos tóxicos: -alumínio (), manganês (Mn), - ferro (Fe) A quase totalidade dos nutrientes é absorvida na forma de íons, portanto a planta precisa competir com o solo pelos nutrientes A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a distância da partícula. Quanto menor for a carga da partícula, menor será a concentração de íons na solução do solo. Fase sólida Mineral de Argila Fase líquida A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a distância da partícula rga positiva dos cátions atrai ânions Lei do mínimo (Justos von Liebig) O desenvolvimento da planta é limitado pelo nutriente que se encontra em mínimo em relação a sua necessidade, na presença de quantidades adequadas dos demais nutrientes. Dupla camada difusa Expessura = nm Distância (Lepch, 1976) Absorção de nutrientes pelas plantas Solo Argilomineral P P Solução do solo P Raiz da respiração, exudatos... Mecanismos de suprimento - Interceptação radicular - Fluxo de massa = [nutriente] x taxa de transpiração - Difusão = coef. dif. x área raiz x água x (conc. sol. conc. raiz) distância Valores médios da contribuição relativa dos mecanismos de suprimento para plantas de milho durante 13 dias em 12 solos do RS. (Vargaset al., 1983) Nutriente Interceptação radicular Fluxo de massa Difusão % P 3,5 2,6 93,9 0,9 10,1 89,0 35,0 65,0 0 10,9 89,1 0 8

9 Solos alagados várzea Propriedades químicas de solos hidromórficos Douglas R. aiser Planossolo Hidromórfico Gleissolo Fonte: Streck et al Reações químicas oxidação e redução Lâmina de água Solo Ambiente anaeróbico Com a ausência de O 2 no meio ocorre a redução de muitos elementos pela ação dos microrganismos anaeróbicos e liberação de Hidroxilas que vão aumentar o ph do meio. 10 cm NO3 + 2H2O + 2e- ½ N + 6OH - MnO2 + 2H2O +2e- Mn OH - Fe(OH)3 + e- Fe2+ +3OH - SO H2O +8e- H2S + 10 OH - 51 Variações de características químicas de solos de várzea do RS após 50 dias de alagamento. racterístic a agamento Planossolo Plintossol o Outros MÉDIA ph ANTES 4,5 4,5 5,3 4,8 (cmol c /dm 3 ) Fe 2+ (mg /L) DEPOIS 6,5 6,7 6,8 6,7 ANTES 2,9 7,1 21,0 10,3 DEPOIS 3,3 9,7 22,2 11,7 ANTES <3 <3 <3 <3 DEPOIS Mn 2+ ANTES Com (mg/l) o aumento dos teores de Fe e Mn na solução do solo, ocorre um deslocamentode outroscátions para asolução (,, ), aumentando asua DEPOIS Disponibilidadepara as plantas. Fonte: margo & Tedesco, 200 6,5 Planossolo ph 6,0 5, SEMANAS DE ALAGAMENTO 9