Acumulo e Estado do Carbono Orgânico em Solo Tratado com Biocarvão

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1 Acumulo e Estado do Carbono Orgânico em Solo Tratado com Biocarvão Accumulation and State of Organic Carbon in Soil Treated with Biochar SILVA, Ronaldo Willian 1 ; BARBOSA, Cristiane Francisca 1 ; SILVA, Laís Lemos 1 ; ASSIS, Julio Cesar Corrêa Fontes 2 ; PASSOS, Renato Ribeiro 1. 1 Universidade Federal do Espirito, Alegre, ES, ronaldo_willian1@hotmail.com; crisfbsp@gmail.com; laislemos_12@hotmail.com; renatoribeiropassos@hotmail.com; 2 Engenheiro Agrônomo, Dourados, MS, jc.agronomico@gmail.com. Resumo: O uso de materiais orgânicos de alta estabilidade na forma de biocarvão pode aumentar o estoque de carbono no solo, e consequentemente, melhorar a qualidade da matéria orgânica e a disponibilidade de nutrientes. Este trabalho teve como objetivo avaliar o acumulo de carbono orgânico total e as frações do carbono orgânico oxidável em solo encubado com biocarvões produzidos através de matérias primas e temperaturas distintas. Avaliou-se dois biocarvões produzidos a partir de palha de café conilon e casca de eucalipto, duas temperaturas finais de pirólise (350 e 600 ºC) e cinco doses de biocarvão (0; 5; 10; 15 e 20 t ha -1 ). O biocarvão proporcionou aumento do carbono orgânico total do solo, sendo este aumento mais pronunciado com a utilização de casca de eucalipto como matéria prima, e com o aumento da temperatura de pirólise. A adição de biocarvão aumentou principalmente as frações menos lábeis de carbono no solo, o que pode promover o sequestro de carbono e o aumento do carbono orgânico total em longo período de tempo. Palavras-chave: Matéria orgânica, pirólise, resíduos orgânicos. Abstract: The use of organic materials of high stability in the form of biochar can increase carbon storage in the soil, and consequently improve the quality of organic matter and nutrient availability. This study aimed to evaluate the total organic carbon accumulation and fractions of oxidizable organic carbon in soil incubates with biochar produced using different raw materials and temperatures. was evaluated two biochar produced from conilon coffee and eucalyptus bark straw, both end temperatures of pyrolysis (350 and 600 C) and five levels of biochar ( 0, 5, 10, 15 and 20 t ha -1 ). The biochar provided to increase the total organic carbon, which is more pronounced increase with the use of eucalyptus as a raw material bark, and with increasing pyrolysis temperature. The addition of biochar increased especially less labile carbon in the soil, which can promote the sequestration and increased total organic carbon long period of time. Keywords: Organic matter, pyrolysis, organic waste. Introdução A utilização de materiais orgânicos de alta estabilidade pode aumentar o estoque de carbono no solo (RITTL et al., 2015), e consequentemente, melhorar a qualidade da matéria orgânica e a disponibilidade de nutrientes. Nesse sentido, a fixação de

2 carbono e, consequente melhoria dos atributos químicos, físicos e biológicos do solo pode ser obtida através da decomposição térmica do material orgânico em condições limitadas de suprimento de oxigênio, e em temperaturas de até 700 ºC. O material produzido, conhecido como biocarvão, contribui para a manutenção da qualidade do solo (LEHMANN; JOSEPH, 2009). A produção de biocarvão pode ser realizada a partir de uma diversidade de matérias-primas como resíduos vegetais de culturas agrícolas, podendo incluir dejetos da produção animal, entre outros (ATKINSON et al., 2010). O biocarvão é um produto obtido por muitos processos de queima e temperaturas variadas, e suas características são dependentes de cada processo e do material utilizado (SOHI et al., 2010). O uso de biocarvão é uma alternativa para o aumento da biomassa e produção de grãos em áreas degradadas, favorecendo assim a preservação das terras virgens em vez de aumentar as áreas plantadas. Devido a características tais como a sua estabilidade, reatividade, tempo de degradação, estrutura molecular, área superficial específica, o carvão vegetal é considerado relativamente inerte e altamente estável no solo e pode contribuir para a melhoria das propriedades químicas, físicas, hidráulicas e biológicas do solo (PETTER; MADARI, 2012). A compreensão da reatividade do biocarvão no solo é de importância fundamental para a sua utilização como um condicionador de solo, para sequestrar o carbono da atmosfera e melhorar as características do solo. Em curto prazo, a persistência deste material no solo sem sofrer grandes alterações estruturais pode ajudar a reduzir emissões de CO2 (SOHI et al., 2010). No entanto, a biomassa carbonizado também sofre processos de decomposição no solo, embora a uma taxa muito inferior. Esta propriedade de degradação lenta faz parte do ciclo global do carbono (PETTER; MADARI, 2012). Neste sentido, esta pesquisa avaliou o acumulo de carbono orgânico total (COT) e as frações do carbono orgânico oxidável em solo encubado com biocarvões produzidos através de matérias primas e temperaturas distintas. Metodologia O experimento foi realizado entre março e abril de 2016 no laboratório de solos da Universidade Federal do Espirito Santo, campus de Alegre, em ambiente controlado com temperatura em torno de 25 ºC. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado dispostos em esquema fatorial 2x2x5, sendo dois biocarvões, produzidos a partir de palha de café conilon (PC) e casca de eucalipto (CE), duas temperaturas finais de pirólise (350 e 600 ºC) e

3 cinco doses de biocarvão (0; 5; 10; 15 e 20 t ha -1 ). As doses de biocarvão utilizadas foram estimadas considerando-se a incorporação do material na camada de 0-20 cm de solo. A pirólise foi realizada em reator metálico hermeticamente fechado modelo SPPT- V60. Foi utilizado taxa de aquecimento de 12 ºC min -1 e tempo de residência na temperatura final de 60 min. Para padronização dos materiais e aumento da reatividade, o biocarvão produzido foi passado em peneira de malha de 1 mm e utilizado o material retido na peneira de 0,5 mm. Os biocarvões apresentaram os seguintes teores elementar de C em %: 55,68; 65,73; 54,99 e 65,05 para os materiais PC 350 ºC; PC 600 ºC; CE 350 ºC e CE 600 ºC respectivamente. O solo utilizado foi classificado como Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico, coletado na profundidade de 0-20 cm. Após a coleta, o solo foi seco ao ar e passado em peneira de 2 mm. O mesmo apresenta as seguintes características: ph em H2O: 4,86; Al: 0,60 cmolc dm -3 ; Al + H: 4,04 cmolc dm -3 ; Mg: 0,19 cmolc dm -3 ; Ca: 0,23 cmolc dm -3 ; K: 37,00 mg dm -3 ; P extraído com Mehlich-1: 1,75 mg dm -3 ; matéria orgânica: 9,1 g kg -1 e areia, silte e argila 48, 5 e 47% respectivamente. As doses de biocarvões foram homogeneizadas em 0,7 kg de solo formando os respectivos tratamentos, adicionado água deionizada até atingir 70% da capacidade de campo e acondicionado em potes plásticos com capacidade para um dm 3, em seguida os potes foram fechados para evitar perda de água. A cada três dias foi realizado revolvimento do solo e abertura dos potes para acelerar a reação e retirada do excesso de CO2. Aos 30 dias de incubação realizou-se a determinação do carbono orgânico total (COT) (adaptado de YEOMANS; BREMNER, 1988) e frações do carbono orgânico oxidável (adaptado de CHAN et al., 2001). Da mesma forma que o carbono orgânico total descrito por Walkley; Black (1934), o método descrito por Chan et al. (2001) usa o dicromato como agente oxidante, Entretanto, neste utiliza-se diferentes quantidades de ácido (proporção ácido-aquosa) com objetivo de separar as frações menos ou mais facilmente oxidáveis em função da variação da proporção de ácido utilizada, permitindo relacionar as diferentes frações oxidáveis com formas de C menos ou mais lábeis. As frações de carbono orgânico (CO) oxidável determinadas foram: Fração 1 (F1) CO oxidado com 3 mol L -1 de H2SO4. Fração 2 (F2) Diferença do CO oxidável extraído entre 6 mol L -1 e 3 mol L -1 de H2SO4. Fração 3 (F3) Diferença do CO oxidável extraído entre 9 mol L -1 e 6 mol L -1 de H2SO4. Fração 4 (F4) Diferença do COT e o carbono oxidável extraído por solução 9 mol L -1 de H2SO4. O CO

4 encontrado nas frações F1 e F2 são considerados mais lábeis, e o CO das frações F3 e F4 são considerados como formas menos lábeis. Os dados foram submetidos a análise de variância (ANOVA). Utilizou-se teste de Tukey, ao nível de 5% de probabilidade para comparação entre os parâmetros qualitativos, biocarvão de PC e CE, e as temperaturas de 350 e 600 ºC, e análise de regressão para as doses de biocarvão quando houve efeito significativo pelo teste F da ANOVA (p 0,05). Resultados e discussões A adição de biocarvão proporcionou aumento nos teores de COT. A CE promoveu maior acumulo de carbono que a PC, e a temperatura de 600 ºC acumulou mais COT que a temperatura de 350 ºC, portanto o tratamento com casca de eucalipto na temperatura de 600 ºC proporcionou maiores acúmulos de COT (Tabela 1). Quanto às frações oxidáveis de CO, a PC e a temperatura de 350 ºC promoveu maior solubilidade de CO, apresentando maior porcentagem de CO na fração F1 e menor porcentagem de CO na fração F4. A CE na temperatura de 600 ºC mostrouse mais recalcitrante proporcionando menor porcentagem de CO na fração F1 e maior porcentagem de CO na fração F4, a qual contem cerca de 52 % do COT do tratamento (Tabela 1). No geral, a adição de biocarvão proporcionou maiores porcentagens de CO nas frações menos lábeis (F3 e F4), variando de cerca de 54 % do COT para a PC 350, à aproximadamente 64 % para a CE 600. Tabela 1. Frações oxidáveis (F1, F2, F3 e F4) e carbono orgânico total (COT) para os tratamentos com biocarvões de Palha de Café (PC) e Casca de Eucalipto (CE) nas temperaturas de 350 e 600 ºC. Material Temperatura F1 F2 F3 F4 COT (ºC) % PC 350 0,44 aa 0,16 aa 0,15 ba 0,56 bb 1,31 ba 600 0,41 ab 0,14 ba 0,18 aa 0,62 ba 1,34 ba CE 350 0,42 aa 0,12 bb 0,19 aa 0,64 ab 1,37 ab 600 0,34 bb 0,18 aa 0,17 aa 0,75 aa 1,44 aa CV % - 8,66 27,48 24,16 8,54 2,68 Médias seguidas da mesma letra na coluna não diferem entre si pelo teste de Tukey (P 0,05). Letra minúscula para os materiais dentro dos níveis de temperatura. E letra maiúscula para as temperaturas dentro dos níveis de material. Segundo Chan et al. (2001), as frações F1 e F2 estão associadas à formação de macroagregados e à disponibilidade de nutrientes, sendo a fração F1 a de maior labilidade no solo e altamente correlacionada com a fração leve livre da MOS. Já as

5 frações F3 e F4 estão relacionadas com compostos de maior estabilidade química, oriundos da decomposição e humificação da matéria orgânica do solo. Estudos evidenciam que perdas acentuadas de C são acompanhadas do consumo de frações de maior labilidade (SILVA et al., 1994). A estabilidade do biocarvão influencia a resistência física e microbiana, o que permite a sua persistência no solo, resultando em um meio eficaz na fixação do C. O aumento da temperatura de pirólise eleva o teor de carbono elementar e a porção de C recalcitrante resistente à oxidação (TAG et al., 2016). O aumento da dose de biocarvão promoveu aumento linear na porcentagem de COT do solo, com maior acumulo de COT por tonelada de biocarvão adicionado para o tratamento CE 600 (Figura 1 A). Ocorreu aumento do CO mais facilmente oxidável, fração F1, exceto para o material CE 600 (Figura 1B). Para a fração F2, somente foi observado efeito significativo no CO para a temperatura, quanto ao aumento da dose de biocarvão, nesta fração, a temperatura de 600 ºC promoveu maior acumulo de CO (Figura 1 C). Na fração F3 não foi observado efeito de dose no acumulo de CO. Na fração F4 (Figura 1 D), observou-se incremento linear de CO com o aumento da dose de biocarvão, sendo o biocarvão de CE a 600 ºC, o material que proporcionou maiores ganhos de CO de menor labilidade, e o biocarvão de PC a 350 ºC o material que promoveu menores ganhos deste CO.

6 Figura 1. Efeito da adição de doses de biocarvão no carbono orgânico total (COT) (A) e frações oxidáveis F1 (B), F2 (C) e F4 (D) para os tratamentos com biocarvões de Palha de Café (PC) e Casca de Eucalipto (CE) nas temperaturas de 350 e 600 ºC. Esses dados corroboram com os obtidos por Petter et al. (2012), que verificaram aumento significativo nos teores de COT com a aplicação de 30 t ha -1 a 40 t ha -1 de biocarvão. Adicionalmente, Lehmann et al. (2006) também observaram acréscimo nos níveis de COT com a aplicação de biocarvão, sendo que seus valores foram aproximadamente cinco vezes maiores que na testemunha. A estabilidade do biocarvão tem grande influência sobre os estoques de COT, uma vez que a decomposição desse material é mais lenta, e a sua presença juntamente com o aporte anual de resíduos vegetais ao solo contribuiu de forma significativa para o aumento dos estoques de COT. Assim, a aplicação do biocarvão apresenta uma alternativa efetiva para o sequestro de C em sistemas agrícolas. Entretanto, permanecem dúvidas acerca da influência do biocarvão sobre a dinâmica da matéria orgânica original do solo (STEINBEISS et al., 2009) e sobre a ocorrência de outros benefícios, normalmente associados à elevação do teor de C edáfico. Em consequência da maior estabilidade dos compostos de carbono no biocarvão, em relação aos compostos orgânicos de resíduos vegetais e do solo, decréscimos da matéria orgânica original do solo podem ser esperados (WARDLE et al., 2008). Conclusões O biocarvão proporciona aumento do COT do solo, sendo este aumento mais pronunciado com a utilização de casca de eucalipto como matéria prima, e com o aumento da temperatura de pirólise. A adição de biocarvão proporciona aumento principalmente nas frações menos lábeis de C no solo, o que pode promover o sequestro de C e o aumento do COT em longo período de tempo. Agradecimentos A Universidade Federal do Espirito Santo por tornar possível este estudo e apoio com o espaço físico e laboratório para pesquisa. A FAPES pelo apoio financeiro. Referências bibliográficas

7 ATKINSON, C. J.; FITZGERALD, J. D.; HIPPS, N. A. Potential mechanisms for achieving agricultural benefits from biochar application to temperate soils: a review. Plant Soil, v. 337, p. 1 18, CHAN, K.Y.; BOWMAN, A. & OATES, A. Oxidizible organic carbon fractions and soil quality changes in a Paleustalf under different pasture leys. Soil Science, v. 166, p , LEHMANN, J.; GAUNT, J.; RONDON, M. Biochar sequestration in terrestrial ecosystems a review. Mitig Adapt Strat Global Change, Columbia, v. 11, p , LEHMANN, J.; JOSEPH, S. Biochar for environmental management: an introduction. In:. (Ed.). Biochar for environmental management science and technology. New York: Earthscan p PETTER, F. A.; MADARI, B. E. Biochar: Agronomic and environmental potential in Brazilian savannah soils. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 16, n.7, p , PETTER, F. A.; MADARI, B. E.; CARNEIRO, M. A. C.; MARIMON JUNIOR, B. H.; CARVALHO, M. T. M.; PACHECO, L. P. Soil fertility and agronomic response of rice to biochar application in the Brazilian savannah. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v. 47, n. 3, p , RITTL, T. F.; ARTS, B.; KUYPER, T. W.; Biochar: An emerging policy arrangement in Brazil?. Environmental Science & Policy, v. 51, p , SILVA, J. E.; LEMAINSKI, J.; RESCK, D. V. S. Perdas de matéria orgânica e suas relações com a capacidade de troca catiônica em solos da região de cerrados do oeste baiano. Revista Brasileira de. Ciências do Solo, v. 3, p , SOHI, S. P.; KRULL, E.; LOPEZ-CAPEL, E.; BOL, R. A review of biochar and its use and function in soil. Advances in Agronomy, v. 105, p , STEINBEISS, S.; GLEIXNER, G.; ANTONIETTI, M. Effect of biochar amendment on soil carbon balance and soil microbial activity. Soil Biology and Biochemistry, v. 41, p , TAG, A. T. TAGHIZADEH-TOOSI, A.; CLOUGH, T. J.; SHERLOCK, R. R.; CONDRON, L. M. Effects of Feedstock Type and Pyrolysis Temperature on Potential Applications of Biochar. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2016.

8 WALKLEY, A.; BLACK, I. A. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, v. 37, p , WARDLE, D. A.; NILSSON, M. C.; ZACKRISSON, O. Fire derived charcoal causes loss of forest humus. Science, v. 320, p. 629, YEOMANS, J. C.; BREMNER, J. M. A. Rapid and precise method for routine determination of organic carbon in soil. Comm. Soil Science. Plant Anal., v. 19, p , 1988.