DETERMINAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA E FRACIONAMENTO QUÍMICO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS EM SOLOS DO PERÍMETRO IRRIGADO DE ÍCO E MAURITI

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ambiental

Autores

Souza, T.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Moreira Filho, J.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Francelino, J.W.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Pinto, L.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Menezes, J.M.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Azevedo, F.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Paula Filho, F.J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI)

Resumo

O objetivo desse trabalho foi determinar as variações no estoque e na qualidade da matéria orgânica e suas frações humidificadas em solos. Para tanto, foram utilizadas 18 amostras de sedimento provenientes do perímetro Irrigado de Icó e Mauriti. Para avaliação realizou-se a quantificação da granulometria e de matéria orgânica total para posteriormente serem fracionadas químicamente. Entre as frações húmicas, a mais abundante foi a humina. A fração de ácidos húmicos foi a dominante das frações alcalino- solúveis nos solos estudados de Mauriti, o que traz consequente melhoria na qualidade da matéria orgânica do solo. O que difere de Icó que apresentou maiores quantidades de ácidos fúlvicos, que implicou na diminuição da relação ácidos húmicos/ácidos fúlvicos e a qualidade do húmus do solo.

Palavras chaves

Matéria orgânica; Ácidos húmicos; Ácidos fúlvicos

Introdução

Segundo a Agência de Desenvolvimento do Ceará (ADECE), em 1970 o estado do Ceará iniciou um programa de agricultura irrigada a partir da implantação de perímetros irrigados e foram divididos em seis polos: Baixo Acaraú, Baixo Jaguaribe, Cariri, Centro Sul, Ibiapaba e Metropolitano. Com isto, o objetivo era incentivar a produção de frutas, flores e hortaliças. O rio Jaguaribe é o maior curso d’água que compõe a bacia hidrográfica do Jaguaribe. E este possui cinco sub-bacias, são elas: Alto Jaguaribe, Médio Jaguaribe, Baixo Jaguaribe, Rio Salgado e Rio Banabuiú. A Sub-Bacia rio do salgado é composta por 23 municípios, o que inclui a área em estudo: os municípios de Icó e Mauriti. A contaminação de águas superficiais e subterrâneas em áreas de plantio com aplicação de agroquímicos têm sido uma preocupação ambiental, esta poluição ocorre principalmente através do escoamento e lixiviação, afetados pela sorção, esta é influenciada pelas propriedades do agrotóxico e do solo (SILVA, 1994; SINGH, 2002), destacando- se além disso a atenção com as característica da mineralogia e os teores de finos (argila + silte) e de matéria orgânica no solo (VIEIRA et al., 1999; LOPES et al., 2002; SPARK e SWIFT, 2002). Autores como Lopes et al., (2002) e Gao et al,. (1998) demonstram que existe uma maior capacidade de sorção de contaminantes orgânicos e de metais pesados em sedimentos que possuem maior conteúdo de argila e matéria orgânica (MO). O estudo da MO é um tema importante para alcance da sustentabilidade da agricultura nao tão somente nos perímetros irrigados do Ceará, mas sim de uma visão do mundo em questão de preservação ambiental. Mas em horizontes antrópicos há muito o que se estudar quanto a origem, distribuição e aspectos gerais da MO (CUNHA et al., 2007). Os processos de transformação do carbono orgânico (CO) afeta consequentemente a qualidade do solo (SANTOS e TOMM, 2003; HERMLE et al., 2008), pois esta é componente essencial nos diversos processos químicos, físicos e biológicos que ocorrem nos ecossistemas terrestres. Para manter a fertilidade em agrossistemas o alto teor de MO, e sua capacidade de manter este valor alto ocorre, principalmente, devido às características químicas e da resistência do solo à decomposição microbiana. Essa é constituída, em sua grande parte, de frações húmicas mais estáveis, que não se degradam com facilidade. Originadas a partir da transformação dos resíduos orgânicos pela biomassa microbiana e pela polimerização dos compostos orgânicos processados (CAMARGO et al., 1999). Quanto à fração química do solo, as substâncias húmicas tem sido estudadas devido a relação com as propriedades físicas e químicas além da interação com metais e compostos orgânicos. Segundo Stevenson (1994) as substâncias húmicas, são formadas por ácidos fúlvicos (AF), ácidos húmicos (AH) e humina (H). Estas são tidas como a parte final da evolução da MO; são diferenciadas, principalmente, através dos grupos funcionais e grau de polimerização. Os AH são insolúveis em meio ácido e solúveis em meio básico, quando comparados com os AF, completamente hidrossolúveis. No caso da H, esta é insólúvel em meio ácido e básico e tem maior grau de polimerização que os demais (PRIMAVESI, 1990; SCHNITZER et al., 1991). A existencia de substâncias húmicas (SH) há muito tempo vem sendo observada (BERZELIUS, 1839; KONONOVA, 1958; ORLOV, 1985; FRIMMEL E CHRISTMAN, 1988). Estas frações são obtidas e verificadas em relação às suas solubilidades em meio aquoso em razão do pH da solução utilizada para extração (TOMBÁCZ E MELEG, 1990). A Figura 1a diz respeito a algumas das propriedades químicas das SH (MCBRIDE, 1994). Os AH e AF representam a porção solúvel em meio alcalino, e possuem reatividade alta, além de polaridade significativa. Estes juntos são responsáveis pela maior parte da capacidade de troca catiônica de origem orgânica na superfície dos solos. A humina por sua vez consiste na forma de materiais húmicos e não húmicos, em comparação as primeiras frações supramencionadas, possuindo baixa reatividade, e é responsável por mecanismos de agregação de partículas que em grande maioria dos sedimentos é a maior parte do carbono humificado do solo (BENITES et al., 2003). A fertilidade dos solos geralmente é relacionada às características moleculares da fração alcalino solúvel do CO, as substâncias húmicas. Esta fração, ao mesmo tempo é dinâmica, refletindo mudanças no uso do solo, e também é uma das frações responsáveis pela acumulação da matéria orgânica no solo (CUNHA et al., 2007). A presença de um potencial de acumulação de águas superficiais da área em estudo traz a preocupação com as possíveis contaminações não só desta superficial mais também de lençois freáticos. Objetivou-se neste trabalho quantificar o estoque de matéria orgânica e suas frações na fertilidade do solo, decorrente das atividades antrópicas e o efeito desta nos sedimentos do uso agrícola sobre as propriedades de estabilidade e reatividade dos ácidos húmicos.

Material e métodos

Foram analisadas em duplicata, 9 amostras de sedimento provenientes de diferentes pontos de cada cidade, estas foram desagregadas e peneiradas em malha de (63 mm) para verificar a distribuição de finos (argila+silte) e de areia encontrados para cada solo. Logo após, determinou-se o carbono orgânico (CO) e a matéria orgânica (MO) do solo pelo método modificado de Walkley-Black (EMBRAPA, 1997) e, além de extrair, fracionou-se químicamente a matéria orgânica utilizando o método adaptado de SCHNITZER (1982). A oxidação da MO por via úmida consistiu nos seguintes passos: transferiu-se 1g de cada amostra para erlenmeyers de 500ml onde em seguida adicionou-se 10 ml de dicromato de potássio 1N e 20 ml de ácido sulfúrico concentrado, depois de agitação manual os frascos foram levados para aquecer em chapa aquecedora por 5 min com sistema de condensação, e quando retirado deixado em repouso por 30 min. Após o tempo de repouso foram adicionadas nas amostras 200 ml de água destilada, 10 ml de ácido ortofosfórico concentrado e 1 ml de difenilamina 1%, após todo o preparo supracitado titulou-se até a viragem de azul/violeta/roxo para verde com a solução de sulfato ferroso amoniacal 0,5N. Os resultados sendo então expressos em porcentagens, além de se utilizar um fator de correção para MO de 1,725. Quanto ao fracionamento da matéria orgância foram feitos os seguinte procedimentos: pesou-se amostras de solo que continham aproximadamente 30 mg de CO e transferiu-a para tubos de centrífuga de 50 ml adicionando em seguida 20 ml de Hidróxido de Sódio (NaOH 0,1 mol L-1), após agitação manual estas foram deixadas em repouso por 24 h. Passado este tempo, as mesmas passaram por centrifugação durante 30 min, sendo retirado em seguida o sobrenadante para que fosse novamente adicionado NaOH para um próximo repouso de 1h. Ao centrifugar pela segunda vez o o sobrenadante foi recolhido e junto ao previamente reservado. Este extrato alcalino teve seu pH ajustado e deixado para decantar por 18 h; decorrido este tempo filtrou-se o extrato em filtro de membrana de 0,45 mm sob vácuo, recolhendo cada fração dos ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e huminas em novos tubos de centrífuga como são mostradas na figura 1b. Desta forma, obtidas as três frações da matéria orgânica, os teores de carbono foram determinados com dicromato de potássio 0,042 mol L-1 em meio sulfúrico e titulação pelo sulfato ferroso e amoniacal 0,250 mol L-1, sendo os resultados expressos em mg. Dos teores de cada fração da MO foi calculada a relação AH/AF e a relação entre as frações no extrato alcalino (AF + AH = EA) e humina (H), obtendo-se a relação EA/H (BENITES et al., 2003).

Resultado e discussão

Granulometria e Matéria Orgânica: as porcentagens médias obtidas para os 9 pontos de amostragem de sedimento do Icó foram equivalentes a 66% de areia, enquanto a fração silte + argila totalizou 34% do total. Já quanto aos pontos de coleta de Mauriti as porcentagens obtidas foram de 75,1% de areia e 24,9% de fração silte+argila. É sabido que existe uma relação diretamente proporcional entre as concentrações de contaminantes orgânicos e o teor da fração fina dos sedimentos, assim como com a concentração de matéria orgânica. Isso caracteriza propriedades geoquímicas importantes no processo da mobilização desses poluentes. Dessa forma, os resultados das análises de matéria orgânica (Figura 1c) obtidas na fração total dos sedimentos superficiais pertencentes à Icó e Mauriti podem ser usados para se fazer um prognóstico dos solos possíveis concentradores de contaminação. A quantificação da matéria orgânica indicou concentrações variando de 0,83 a 4,13% em Icó e de 0,79 a 5,36% em Mauriti. Esses baixos valores, provavelmente, decorrem com o transporte em suspensão da MO, bem como da textura grosseira desses sedimentos, visto que esta não forma complexos com partículas grossas predominantes nas amostras estudadas. Esse ambiente foi dominado por partículas arenosas, o que está associado a uma menor área superficial, permitindo pouco acúmulo de MO. Percentagens mais altas de partículas finas no sedimento são comumente encontradas em amostras com altas concentrações de CO, o que pode ser associado ao acúmulo de detritos advindos de fontes antrópicas. Os sedimentos predominantemente arenosos caracterizam-se por apresentarem reduzida concentração de CO, ao contrário de partículas finas compostas por argila e silte, que apresentam maior teor e, consequentemente, maior será a tendência de adsorção de compostos orgânicos hidrofóbicos e de metais. Acidos humicos, fúlvicos e huminas: Não obstante a quantidade aferida de frações da MO depende diretamente do equilíbrio de processos simultâneos como os químicos, biológicos e bioquímicos do solo, e levando isto em conta houve em comparação aos resultados dois municípios uma diferença nessas frações. A partir dos valores obtidos pelo fracionamento químico das substâncias húmicas, foram calculados os valores das relações AH/AF e EA/H (Figuras 2a e b). AH/AF representa a relação entre os teores de carbono na forma de ácidos húmicos e ácidos fúlvicos e indica o grau de conversão do CO insolúvel presente no solo em frações solúveis. Em geral os solos mais arenosos apresentam valores superiores para a relação AH/AF, o que significa a perda seletiva da fração mais solúvel (AF). As substância húmicas tiveram menor contribuição nos dois municípios, estas frações são as chamadas de matéria orgânica leve. As frações humificadas representam 6,13 e 8,07% do CO do Icó e Mauriti, respectivamente. A relação AH/AF, na maioria das amostras de Icó (exceto P9), está distante de 1, conferindo ao húmus caráter fúlvico. A predominância de AF sobre os AH é indicativo de características desfavoráveis ao húmus dos resíduos orgânicos em relação ao húmus do solo. Neste caso, a transformação da matéria orgânica não forma substâncias alcalino-solúveis condensadas, e, possivelmente, favorece a estabilização direta, com uma maior interação com a fração mineral e sua dissociação em moléculas menos condensadas (CANELLAS et al., 2001). O que difere das amostras coletadas em Mauriti que com base nas características de solubilidade apresentam maiores quantidades de ácidos húmicos e humina. A relação mais próxima de 1 verificada nos solos é mais um indício da presença de aspectos favoráveis ao húmus ocasionada pelo aumento da atividade microbiana, responsável pela síntese de substâncias húmicas mais condensadas, demonstrando a melhor qualidade do solo, além de indicar maior mobilidade do carbono no solo. (STEINER et al., 2004a; CANELLAS et al., 2001). Os resultados obtidos da relação AH/AF corroboram com a granulometria, onde se observou menores valores de finos para o solo de Mauriti, considerando que os teores de areia se apresentam praticamente constantes para todos os sistemas, sendo estes solos mais arenosos e apresentando a relação AH/AF superiores. Maiores teores de humina foram observados para todos os solos coletados. Esta característica se explica pelo fato de o material orgânico depositado ser menos degradado (STEVENSON, 1994). As diferentes formas de uso do solo, propiciam a presença de quantidades maiores de humina, resultando num maior aporte de nutrientes pela disponibilidade de CO para a microbiota, para reações de formação de compostos recalcitrantes e melhor estruturação física do solo (MARTINS et al., 2009). A relação EA/H, quociente entre o extrato alcalino (EA = ácidos fúlvicos + ácidos húmicos) e a humina, indica a iluviação de MO ou CO no solo e nos horizontes espódicos são encontradas as maiores relações EA/H enquanto em horizontes superficiais as relações são em geral menores que 1. O que corrobora com os resultados obtidos para o presente trabalho, em maioria a relação de iluviação é menor que 1, exceto em P6 e P8 de Icó.

a) Propriedades químicas das substâncias humidificadas, b) Frações solúveis em meio alcalino, c) Teores de matéria orgânica dos municípios.


AF: ácidos fúlvicos; AH: ácidos húmicos; H: huminas; EA: extrato alcalino = AF + AH; EA/H: (AF + AH)/H.

Conclusões

Os agrossistemas de Icó e Mauriti influenciaram na qualidade e na quantidade da matéria orgânica do solo, fato este demonstrado pelas variações do MO nas diferentes frações químicas. Sedimentos com boa quantidade de finos na maioria das vezes possuem valores consideráveis de MO relacionada a esta. As frações finas encontradas em menor quantidade em Mauriti e se comparado com a MO ser maior do que a resultante em Icó, pode-se inferir que os cultivos no solo podem ter sofrido interferência e mudança de sua estrutura física pela ação de adição antrópica para o plantio, com o viés de melhorar a fertilidade do solo. A interação da matéria orgânica com as frações do solo pode causar um aumento da afinidade com agrotóxico e contaminações, como é o caso de Mauriti. Os teores de humina, ácidos fúlvicos, ácidos húmicos apresentaram valores diferenciados para cada local. Sendo que a localidade de Icó apresentou pronunciada diferenciação dos demais, principalmente quanto à concentração de humina e ácidos fúlvicos. Possivelmente localidades com sistema agropastoril favoreceu maior incremento de substâncias húmicas para as duas regiões onde esta se demonstrou mais abundante, o que contribuiu para melhor estruturação química e física do solo e maior resistência à perda de CO. A fração de ácidos húmicos foi a dominante nas frações alcalino-solúveis nos solos estudados em Mauriti, o que difere dos de Icó onde a fração alcalina predominante foi dos ácidos fúlvicos. O maior grau de humificação dos ácidos húmicos de solos de Mauriti foi devido à maior concentração de estruturas estáveis (aromáticas) e reativas (grupos carboxílicos). Por fim conclui-se que o solo de Icó possui carácter mais desfavoráveis ao húmus se comparado a Mauriti.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico - FUNCAP através dos recursos do projeto Nº: BP3- 0139-00276.01.00/18.

Referências

Agência de Desenvolvimento do Ceará (ADECE). Perfil da produção de frutas. Brasil, Ceará, 2013 [acessado 2019 agosto 16]. Disponível em: http://www.adece.ce.gov.br/phocadownload/Agronegocio/perfil_da_producao_de_frutas_brasil_ceara_2013_frutal.pdf. BENITES, V. M.; MADARI, B.; MACHADO, P. L. O. A. Extração e fracionamento quantitativo de substâncias húmicas do solo: um procedimento simplificado de baixo custo. Comunicado Técnico 16, EMBRAPA Solos, Rio de Janeiro, Rio de Janairo. 7pp. 2003. BERZELIUS, J. J. Lehrbuch der Chemie. Leipzig: Wöhler, 279p. 1839. CAMARGO, F. A. O.; SANTOS, G.A.; GUERRA, J.G.M. Macromoléculas e substâncias húmicas. In: SANTOS, G.A.; CAMARGO, F. A. O. (Ed.). Fundamentos da matéria orgânica do solo: ecossistemas tropicais e subtropicais. Porto Alegre: Gênesis, p.27-39. 1999. CANELLAS, L.P.; SANTOS, G.A.; RUMJANEK, V.M.; MORAES, A.A.; GURIDI, F. Distribuição da matéria orgânica e características de ácidos húmicos em solos com adição de resíduos de origem urbana. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.36, p.1529-1538, 2001. CUNHA, T. J. F.; MADARI, B. E.; BENITES, V. D. M.; CANELLAS, L. P.; NOVOTNY, E. H.; MOUTTA, R. D. O., ... e SANTOS, G. D. A. Fracionamento químico da matéria orgânica e características de ácidos húmicos de solos com horizonte a antrópico da amazônia (Terra Preta). Embrapa Semiárido-Artigo em periódico indexado (ALICE). (2007). EMBRAPA. Manual de métodos de análise de solo. Rio de Janeiro: CNPS/EMBRAPA, 212p. 1997. FRIMMEL, F. H.; CHRISTMAN, R. F. Humic substances and their role in the environment. Chichester: John Wiley & Sons, 271 p. 1988. GAO, J. P.; MAGUHN, J.; SPITZAUER, P.; KETTRUP, A. Sorption of pesticides in the sediment of the teufelsweiher pond (Southern Germany) I: Equilibrium Assessments, efect of organic carbono content and pH. Water Res., 32 : 1662-1667. 1998. HERMLE, S.; ANKEN, T.; LEIFELD, J.; WEISSKOPF. The effect of the tillage system on soil organic carbon content under moist, cold-temperate conditions. Soil & Tillage Research, 98(1): 94–105. 2008. KONONOVA, M. M. Die Humusstoffe des Bodens: Ergebnisse und Probleme de Humusforschung. Berlin: VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 341 p. 1958. LOPES N. P.; QUEIROZ, M. E. L.; NEVES, A. A. Influência da matéria orgânica na adsorção do fungicida triadimenol pelo solo. Química Nova, 25 (4): 544-547. 2002. MARTINS, E. L.; CORINGA, J. E. C.; WEBER, O. L. S. Carbono orgânico nas frações granulométricas e substâncias húmicas de um Latossolo Vermelho Amarelo distrófico–LVAd sob diferentes agrossistemas. Acta amazônica, v. 39, n. 3, p. 655-60, 2009. MCBRIDE, M. B. Environmental chemistry of soils. New York: Oxford University Press, 406 p. 1994. ORLOV, D. S. Humus acids of soils. New Delhi: Oxonian Press Pvt. Ltd., 378p. 1985. PRIMAVESI, A. Manejo ecológico do solo. São Paulo: Editora Nobel, 549p. 1990. SANTOS, H. P.; TOMM, G. O. Disponibilidade de nutrientes e teor de matéria orgânica em função de sistemas de cultivo e de manejo de solo. Ciência Rural, 33(3): 477- 486. 2003. SCHNITZER, M. Organic matter characterization. In: PAGE, A.L. (Ed.). Methods of soil analysis. Madison: American Society of Agronomy, p.581-594. 1982. SCHNITZER, M.; KODAMA, H.; RIPMEESTER, J.A. Determination of the aromaticity of humic substances by Xray diffraction analysis. Soil Science Society of American Journal, Madison, v.55, p.745-750, 1991. SILVA, A. B. Evolução química das águas subterrâneas. Águas subterrâneas, 7. 1994. SINGH, N. Sorption behaviour of triazole fungicides in indian soils and its correlation with soil properties. J. Agric. Food. Chem., 50: 6434-6439. 2002. SPARK, K. M.; SWIFT, R. S. Effect of soil composition and dissolved organic matter on pesticide sorption. The Science of the Total Environment, 298 (1):147-161. 2002. STEINER, C.; TEIXEIRA, W.G.; LEHMANN, J.; ZECH, W. Microbial response to charcoal amendments of highly weathered soils and Amazonian dark earths in Central Amazonia – preliminary results. In: GLASER, B.; WOODS, W.I. (Ed.). Amazonian dark earths; explorations in space and time. New York: Springer, p.195-212a. 2004. STEVENSON, F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. 2. ed. John Willey, New York, USA. 496pp. 1994. TOMBÁCZ, E.; MELEG, E. A theoretical explanation of the aggregation of humic substances as a function of pH and electrolyte concentration. Organic Geochemistry, Kidlington, v. 15, p. 375-381, 1990. VIEIRA, E.M.; PRADO, A.G.S.; LANDGRAF, M.D.; REZENDE, M.O.O. Estudo da adsorção/desorção do ácido 2,4 diclorofenoxiacético (2,4D) em solo na ausência e presença de matéria orgânica. 1999.