Relação entre atributos físicos, mineralogia da fração argila e formas de alumínio no solo

Relationship between physical attributes, clay fraction mineralogy and aluminum forms in soil

SEÇÃO I - FÍSICA DO SOLO

Relação entre atributos físicos, mineralogia da fração argila e formas de alumínio no solo⁽¹⁾

Relationship between physical attributes, clay fraction mineralogy and aluminum forms in soil

A. Pedrotti^I; M. M. Ferreira^II; N. Curi^II; M. L. N. Silva^II; J. M. Lima^II; R. Carvalho^III

^IProfessor do Departamento de Engenharia Agronômica da Universidade Federal de Sergipe - UFS. CEP 49100-000 São Cristovão (SE). E-mail: [e-mail]

^IIProfessor do Departamento de Ciência do Solo da Universidade Federal de Lavras - UFLA. Caixa Postal 37, CEP 37200-000 Lavras (MG). E-mail: [e-mail]

^IIIProfessor do Departamento de Química, UFLA. E-mail: [e-mail]

RESUMO

O alumínio (Al) é um dos elementos mais abundantes em massa nos solos brasileiros, estando presente em diferentes minerais e formas. Considerando a carência de informações sobre a sua participação no comportamento físico do solo, buscou-se, no presente estudo, avaliar a relação entre a mineralogia da fração argila, formas de Al e atributos físicos de diferentes solos. Para tanto, foram coletadas amostras deformadas e indeformadas dos horizontes A e B de solos representativos das Zonas Fisiográficas Sul e Campos das Vertentes do estado de Minas Gerais. As amostras foram submetidas às caracterizações física, química e mineralógica. Estudos de correlação mostraram que os atributos físicos dos solos estudados estavam associados às diferentes formas de Al presentes e à mineralogia da fração argila: as formas de Al amorfas e menos cristalinas associaram-se mais aos atributos físicos relacionados com a agregação das partículas do solo, podendo esta associação ser atribuída à afinidade deste elemento com a matéria orgânica, enquanto os componentes cristalinos associaram-se mais aos atributos físicos relacionados com a organização estrutural dos solos.

Termos para indexação: caulinita, gibbsita, matéria orgânica, agregação, estrutura do solo.

SUMMARY

Aluminum (Al) is one of the most abundant elements in weight in Brazilian soils, found in different minerals and forms. Considering the lack of information about its participation in the physical behavior of soil, the present study aimed to evaluate the relationship between the mineralogy of the clay fraction, different forms of Al and physical attributes of different soils. Disturbed and undisturbed samples of A and B horizons of representative soils from the South and Campos das Vertentes physiographic regions in the State of Minas Gerais were therefore collected. The samples were subjected to physical, chemical and mineralogical characterizations. Correlation studies performed with the resulting data from the different characterizations showed that the physical attributes of the different studied soils are associated to the different forms of Al and to the mineralogy of the clay fraction: the amorphous and less crystalline forms of Al were more associated to physical attributes related with particle aggregation, such association being ascribed to the affinity of this element with organic matter, while the crystalline components were more associated to physical attributes related with the structural organization of the soils.

Index terms: kaolinite, gibbsite, organic matter, aggregation, soil structure.

INTRODUÇÃO

O alumínio é o terceiro elemento mais abundante em massa na crosta terreste, antecedido pelo oxigênio e silício. É um importante componente dos solos e materiais geológicos, incluindo-se minerais de argila, tais como: caulinita, gibbsita e outros óxidos (termo inclusivo para óxidos, oxidróxidos e hidróxidos), inclusive de Fe. Pode-se apresentar ainda como íon trocável, adsorvido ou precipitado, como componente de compostos hidroxilados complexos e associações organominerais (Shuman, 1990; Soon, 1993; McBride, 1994).

Os diferentes minerais e formas de Al presentes no solo participam na retenção de ânions e cátions, provocam a fitotoxidez em solos ácidos, reduzem a CTC do solo, além de influenciar alguns atributos físicos do solo (Rich, 1968; Wada & Harward, 1974; Hsu, 1989; Goldberg, 1989).

Jones & Uehara (1973), utilizando técnicas de microscopia eletrônica, observaram a presença de gel amorfo de Al (hidróxido de Al não-cristalino) unindo partículas de argila. Reichert & Norton (1994) e Itami & Kyuma (1995) verificaram a atuação dos óxidos de Al como agentes ligantes de partículas coloidais. Tisdall & Oades (1982), ao proporem um modelo de agregação do solo, relataram que os aluminossilicatos menos cristalinos participavam, juntamente com óxidos e substâncias húmicas, como agentes inorgânicos adsorvidos à superfície das argilas e com propriedades ligantes, principalmente no tocante a agregados menores que 2 mm. Para Lima & Anderson (1997), este modelo pode não ser apropriado para o horizonte B de Latossolos, pois os principais fenômenos responsáveis por essa agregação são a floculação e as cargas eletrostáticas.

Segundo esses autores, a maior influência na gênese de agregados menores deve ser atribuída à composição mineralógica do solo, enquanto, para os agregados maiores, a matéria orgânica atua como principal agente de formação desses agregados.

Mendonça & Rowel (1994) avaliaram o efeito do cultivo do solo sobre a dinâmica dos compostos orgânicos e suas interações com o Al, por meio das relações entre diferentes frações de Al e matéria orgânica. Os resultados encontrados evidenciaram não só uma forte atuação da matéria orgânica na complexação e, ou, disponibilização de formas de Al na solução do solo, mas também a passagem de Al fortemente complexado para formas mais reativas, em decorrência de sua oxidação.

Os solos tropicais revelam, de modo geral, a predominância na composição mineralógica da fração argila de argilominerais do tipo 1:1 e de óxidos de ferro e de alumínio, o que resulta numa tendência de maior agregação do que solos com elevados teores de argilominerais 2:1 e pobres em óxidos de ferro e de alumínio (Troeh et al., 1980). Os óxidos de ferro (hematita e goethita) e de alumínio (gibbsita) são importantes na agregação do solo, uma vez que, sendo considerados agentes desorganizadores em nível microscópico, com um aumento dos seus teores, as partículas tendem a um arranjo mais casualizado e a estrutura tende a granular (Resende, 1985). Ferreira et al. (1999a,b) encontraram resultados que confirmam a importância dos óxidos de alumínio na agregação de Latossolos.

Considerando a carência de informações mais específicas à participação do Al no comportamento físico do solo, buscou-se, no presente estudo, avaliar a relação entre a mineralogia da fração argila, várias formas de Al e atributos físicos de diferentes solos representativos das Zonas Fisiográficas Sul e Campos das Vertentes do estado de Minas Gerais.

MATERIAL E MÉTODOS

Na seleção das amostras utilizadas no presente estudo, buscou-se identificar solos que exibissem, nas suas condições naturais, uma ampla variação em seus atributos físicos. Foram selecionados 10 perfis de solos representativos das Zonas Fisiográficas Sul e Campos das Vertentes do estado de Minas Gerais. Para as caracterizações, física, química e mineralógica, foram coletadas amostras deformadas e indeformadas (cilindros) dos horizontes A e B dos solos (Quadro 1 e Figura 1).

Na caracterização física dos solos, foram determinados: (a) granulometria e argila dispersa em água (ADA), pelo método da pipeta (Day, 1965); (b) densidade de partículas (Dp), pelo método do picnômetro (Blake & Hartge, 1986a); (c) densidade do solo (Ds), pelo método do anel volumétrico (Blake & Hartge, 1986b); (d) índice de floculação (IF), calculado pela expressão:

(e) porosidade total (VTP) (Danielson & Sutherland, 1986); (f) macroporosidade (Macro) e microporosidade (Micro) (Oliveira, 1968); (g) estabilidade de agregados em água (Kemper & Rosenau, 1986), tendo-se adotado, como índice de agregação, o diâmetro médio geométrico (DMG), de acordo com Mazurak (1950), e (h) condutividade hidraúlica do solo saturado (Ks) por meio de permeâmetro de carga constante, conforme Fernandes et al. (1983).

Na caracterização química dos solos, as seguintes análises foram realizadas: (a) carbono orgânico, conforme Defelipo & Ribeiro (1981); (b) óxidos de Al livres totais (Al_d) (quatro extrações sucessivas), extraídos da fração argila, por ditionito-citratobicarbonato de sódio (DCB) (Mehra & Jackson, 1960), sendo o Al no sobrenadante lido por espectrofotometria de absorção atômica - EAA; (c) óxidos de Al menos cristalinos ( Al_o), extraídos em uma única extração pelo Reagente de Tamm (ácido oxálico - C₂H₂O₄.2H₂O e oxalato de amônio - (NH₄)₂C₂O₄.H₂O-pH 2,8) (Schwertmann, 1973) e leitura do Al no sobrenadante por EAA; (d) Al solúvel em água (Al_s), Al trocável (Al_t) e outras formas de Al, procedendo-se da maneira explicitada a seguir.

O Al solúvel em água (Al_s) foi obtido por meio de lixiviação de 60 g de solo com 300 mL de água destilada-deionizada, durante uma hora, e leitura do Al no lixiviado em EAA. Após a obtenção do Als, a amostra lixiviada foi subdividida, extraindo-se, de maneira isolada, as outras formas de Al com: (a) cloreto de potássio (Al trocável, Al_t) - KCl 1 mol L^-1 (pH 5,7); (b) cloreto de lantânio - LaCl₃.7H₂O 0,33 mol L^-1 (pH 4,7); (c) oxalato de amônio - (NH₄)₂C₂O₄.H₂O 0,2 mol L^-1 (pH 4,8) e (d) cloreto de cobre (II) - CuCl₂.2H₂O 0,5 mol L^-1 (pH 2,8).

Para atender às etapas "a" a "d", agitaram-se 5 g de amostra com 50 mL de cada solução extratora, por uma hora, filtrando-se em papel quantitativo 42, conforme Mendonça (1995); e (e) pirofosfato de sódio - Na₄P₂O₇.10 H₂O (pH 10,3) 0,025 mol L^-1, agitandose 1 g de amostra de solo com 50 mL da solução extratora por uma hora, centrifugando-se a 3.600 rpm por 20 min e filtrando-se em papel quantitativo 42 (van Reeuwijk, 1987; Parfitt, 1989). Os teores de Al foram determinados nos diferentes sobrenadantes por EAA.

Com os resultados destas extrações, obtiveramse as seguintes formas de Al, conforme Mendonça & Rowel (1994) e Mendonça (1995): (a) Al reativo fracamente associado à matéria orgânica (Al_mo): diferença entre o teor de Al extraído com LaCl₃ e KCl; (b) Al das formas reativas fortemente associadas às frações orgânicas e minerais (Al_r): diferença entre o teor de Al extraído com CuCl₂ e LaCl₃; (c) Al nãoreativo fortemente complexado à matéria orgânica (Al_c): diferença entre o teor de Al extraído com Na₄P₂O₇ e LaCl₃; e (d) Al amorfo inorgânico (Al_a): diferença entre o teor de Al extraído com oxalato de amônio e pirofosfato de sódio.

Na semiquantificação da caulinita e gibbsita da fração argila desferrificada, utilizou-se o método da análise térmica diferencial - ATD.

Os dados resultantes das caracterizações, física, química e mineralógica, foram submetidos à análise de correlação simples pelo programa do Sistema SAS -Statistical Analysis System - versão 6.10 (SAS, 1995).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados das caracterizações (física, química e mineralógica) dos horizontes A e B dos diferentes solos estudados são apresentados nos quadros 2 a 5. Nota-se que os solos possuem atributos físicos bastante contrastantes, sendo importante destacar as variações na composição granulométrica e, principalmente, nos valores de DMG, Ds, Macro e Ks (Quadro 2). Estes atributos estão associados à estrutura dos solos e determinam comportamentos bastante distintos entre eles.

     

Quando se comparam, em um mesmo solo, os horizontes A e B, verifica-se que, de modo geral, o horizonte A destaca-se pelos maiores valores de DMG e ADA. Já o horizonte B destaca-se pelos maiores valores de Dp e IF. Esses resultados estão associados, basicamente, às diferenças nos teores de matéria orgânica desses horizontes (Resende et al., 1999).

Quando se observam os valores de Ks, verificase que, no solo com horizonte Bi (solo 01) e nos solos com horizonte Bt (solos 02 a 04), esses valores são menores no horizonte B em relação ao A. Já nos solos com horizonte Bw (solos 06 a 10), com exceção do LVAw, os valores de Ks do horizonte B são maiores do que os do horizonte A. Esse comportamento da condutividade hidráulica pode ser atribuído aos tipos de estruturas presentes nos respectivos horizontes desses grupamentos de solos, conforme demonstrado por Sales et al. (1999).

Os teores dos óxidos extraídos pelo ataque sulfúrico e de matéria orgânica (MO) são apresentados no quadro 3. Observam-se variações acentuadas, envolvendo os diferentes óxidos e horizontes analisados. Estas variações nos teores dos óxidos nos horizontes dos diferentes solos refletem-se nas relações moleculares Ki e Kr. Verifica-se, ainda, que predominam teores mais elevados de Al₂O₃ em relação aos teores de SiO₂, na maioria dos horizontes dos solos analisados, com exceção dos horizontes A e B dos solos PVd (solo 04) e PVAd (solo 03) e horizonte A do PVAd (solo 02).

O quadro 4 apresenta os resultados dos teores de óxidos de alumínio extraídos por DCB (Al_d) e oxalato de amônio ácido ( Al_o), gibbsita (Gb), caulinita (Ct) e as diversas relações envolvendo estes componentes. Com exceção do PVd (solo 04), os valores de Al_d são mais elevados do que os de Al_o, refletindo-se em baixos valores da relação Al_o/Al_d. Estes resultados indicam que o Al ocorre predominantemente na forma cristalina (Gualberto et al., 1987). Observam-se variações acentuadas na composição mineralógica dos solos estudados, principalmente com relação aos teores de Gb (Quadro 4). Os solos com maior grau de desenvolvimento (Latossolos) apresentam enriquecimento relativo de Gb em relação aos menos evoluídos. Esse aspecto reflete-se nos maiores valores da relação Gb/(Gb + Ct).

Verifica-se que o Al amorfo inorgânico (Al_a) apresenta-se nos solos com os maiores teores, seguido do Al não-reativo fortemente complexado à matéria orgânica (Al_c), Al das formas reativas fortemente associadas às frações (orgânica e mineral (Al_r)), Al reativo fracamente associado à matéria orgânica (Al_mo), Al trocável (Al_t) e, por último, do Al solúvel em água (Al_s) (Quadro 5). Verifica-se que os horizontes A e B apresentam, entre si, diferentes quantidades das formas de Al determinadas.

Generalizando, pode-se afirmar que os maiores teores das formas Al_mo, Al_a, Al_t e Al_c, são encontrados no horizonte A, provavelmente em virtude da complexação pela matéria orgânica, uma vez que estas formas estão a ela associadas. Já para o Al_r, os maiores teores localizam-se no horizonte B, provavelmente por esta forma de Al encontrar-se associada tanto à fração orgânica quanto à fração mineral dos solos. Mendonça (1995) afirma que com a mineralização da matéria orgânica do solo pode haver aumento dos teores de Al_mo e Al_r, provavelmente, em decorrência da passagem de parte do Al_c para formas mais reativas, podendo acarretar aumento do Al na solução do solo.

Buscando avaliar a relação entre os atributos físicos, os conteúdos das diversas formas de Al e a mineralogia da fração argila presentes nos diferentes solos, foram feitos estudos de correlação envolvendo estes conjuntos de informações (Quadro 6).

Inicialmente, a estabilidade de agregados em água, representada pelo DMG, correlacionou-se positiva e significativamente com os conteúdos de matéria orgânica (MO) e com as seguintes formas de alumínio: Al_d , Al_o , Al_mo e Al_a. Esses resultados evidenciam que, quanto maior o conteúdo destas formas, maior a estabilidade dos agregados do solo. A associação entre matéria orgânica e estabilidade de agregados é bem conhecida e decorre da ação cimentante da matéria orgânica, responsável pela agregação das partículas do solo, conforme demonstrado nos trabalhos de Tisdall & Oades (1982), Emerson et al. (1986), Barberis et al. (1991) e Colombo & Torrent (1991).

As correlações positivas e significativas envolvendo DMG e Al_o e Al_mo podem ser creditadas indiretamente à matéria orgânica, considerando a grande capacidade que esta possui de complexar o Al (Soon, 1993; McBride, 1994). Deve-se ressaltar que estas formas de Al originam-se de compostos amorfos ou pouco cristalinos fraca ou fortemente associados à matéria orgânica. É interessante notar que as correlações envolvendo o DMG, caulinita (Ct) e gibbsita (Gb) não foram significativas (Quadro 6).

O índice de floculação (IF) correlacionou-se negativa e significativamente com MO, Al_a e Al_t, indicando que o aumento dos teores desses constituintes favorece a dispersão da fração argila dos solos. A participação da matéria orgânica no fenômeno de dispersão está relacionada com a presença de grupamentos carboxílicos, responsáveis, por sua vez, pelo surgimento de cargas negativas. No caso do Al, em que pese o seu elevado poder floculante, as correlações negativas e significativas encontradas com o IF podem ser atribuídas, mais uma vez, à sua complexação pela matéria orgânica.

A densidade do solo (Ds) correlacionou-se significativamente com os teores de Ct, Gb, Al₂O₃, Al_d , Al_o , Al_r e Al_c. Apenas a correlação entre Ds e Ct foi positiva, indicando que, quanto maior o teor de caulinita, maior o valor de Ds. Ferreira et al. (1999a), trabalhando com Latossolos, também verificaram que os valores de Ds variaram diretamente com os teores de caulinita e inversamente com os teores de gibbsita. De acordo com Ferreira et al. (1999b), esse comportamento da Ds é determinado pelo desenvolvimento estrutural daqueles solos. Segundo esses autores, os Latossolos cauliníticos, em razão do ajuste face a face das placas de caulinita, desenvolvem um plasma denso, contínuo, que lhes confere valores mais altos de Ds. Assim sendo, aos maiores teores de caulinita corresponderão Latossolos com os maiores valores de Ds. O contrário tende a ocorrer com os Latossolos gibbsíticos.

Os resultados deste estudo mostram que o comportamento da Ds encontrado nos Latossolos pode ser estendido para outros grupamentos de solos. Semelhantemente aos dados obtidos por Ferreira et al. (1999a), a Ds correlacionou-se negativa e significativamente com o teor de Al₂O₃ do ataque sulfúrico.

Considerando que nos solos estudados esta forma de Al provém basicamente da decomposição da caulinita e da gibbsita (Vettori, 1969), estes resultados reforçam a importância do Al no comportamento de atributos físicos associados à estrutura destes solos. As correlações negativas e significativas envolvendo Ds e Al_o , Al_r e Al_c evidenciam a participação das formas amorfas ou menos cristalinas do solo, notadamente associadas à fração orgânica, na diminuição dos valores de Ds.

Considerando ser o volume total de poros (VTP) uma variável dependente e inversamente proporcional à Ds, verifica-se que o resultado das correlações envolvendo VTP e os componentes da caracterização química e mineralógica segue a mesma tendência de Ds, porém com sinal invertido.

Quanto à distribuição de poros por tamanho (Quadro 6), a microporosidade (Micro) correlacionouse positiva e significativamente com MO,Al₂O₃, Al_d , Al_mo e Al_r, enquanto a macroporosidade (Macro) correlacionou-se positiva e significativamente com Gb, Al₂O₃, Al_d e Al_c, sendo os coeficientes das correlações todos positivos. Embora não significativa, observa-se que a Macro correlacionouse negativamente com a Ct. Sabe-se que a macroporosidade é um atributo dependente da estruturação do solo e que, de acordo com Ferreira et al. (1999a), caulinita e gibbsita são os constituintes mineralógicos que maior influência exercem sobre as propriedades associadas à estrutura dos Latossolos. Confirmando o trabalho daqueles autores, os resultados obtidos com as correlações mostram que, enquanto a gibbsita contribui para a maior macroporosidade, a caulinita atua no sentido contrário.

CONCLUSÕES

1. Os atributos físicos dos diferentes solos estudados mostraram-se associados às diferentes formas de Al presentes e à mineralogia da fração argila.

2. As formas de Al amorfas e menos cristalinas associaram-se mais aos atributos físicos relacionados com a agregação das partículas do solo, podendo esta associação ser atribuída à afinidade deste elemento com a matéria orgânica.

3. Os componentes cristalinos associaram-se mais aos atributos físicos relacionados com a organização estrutural dos solos.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em outubro de 2000 e aprovado em outubro de 2002.

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(1

) Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas da Universidade Federal de Lavras - UFLA.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Out 2012
• Data do Fascículo
  Fev 2003

Histórico

• Aceito
  Out 2002
• Recebido
  Out 2000