Caracterização de substâncias húmicas extraídas de solos e de lodo orgânico

No presente trabalho, foi estudada a extração de substâncias húmicas (SH) de horizontes A de dois solos do Rio Grande do Sul (Latossolo Roxo (LR), e Brunizém vértico (B)) e de um lodo orgânico (LO), oriundo da fabricação de celulose, empregando-se dois métodos: (1) as SH foram extraídas com solução de NaOH 0,5 mol L-1, após tratamento prévio com HCl 0,5 mol L-1; (2) foi introduzida a extração com solução de pirofosfato de sódio 0,15 mol L-1 (pH 7) antes da etapa alcalina. Em cada etapa, os teores de SH, de ácidos fúlvicos (AF) e de ácidos húmicos (AH) foram determinados por métodos espectroscópicos e gravimétricos e, no método 2, os teores de Fe, Al, Si e Ca foram medidos nos extratos por absorção atômica. A composição elementar de ácidos húmicos foi determinada, e sua estrutura e características químicas foram avaliadas a partir de razões C/N, (atômicas) H/C e O/C e a partir de dados de espectroscopia Ultravioleta/Visível (UV/Vis). No LR, o método 1 extraiu maior quantidade de SH, enquanto, no método 2, a etapa com pirofosfato extraiu apenas AF. Em contrapartida, no solo B, o método 2 foi mais eficiente, verificando-se maior rendimento na etapa com pirofosfato. A partir desses resultados, infere-se que as SH, no LR, interagem principalmente por meio de reação de trocas de ligantes e de pontes de hidrogênio e, no solo B, a interação por meio de pontes de cátions é um mecanismo importante. Os AH extraídos com NaOH apresentaram valores mais elevados para a razão H/C e valores inferiores para a razão O/C do que os extraídos com pirofosfato, indicando que o extrator neutro solubilizou SH de caráter aromático e grau de oxigenação superiores.

Adsorção de ácidos húmicos em latossolo roxo natural e tratado com oxalato de amônio

A interação de substâncias húmicas com minerais no solo pode influir na dinâmica da decomposição da matéria orgânica e na sua estabilidade. A adsorção de dois ácidos húmicos em Latossolo Roxo natural (LR natural) e tratado com oxalato de amônio (LR tratado) foi efetuada, com vistas em investigar os mecanismos de adsorção e os principais grupos funcionais envolvidos, bem como relacionar a capacidade adsortiva de acordo com as características químicas e moleculares dos adsorbatos. Os ácidos húmicos extraídos com solução de NaOH 0,5 N de uma amostra de carvão (AHc) e de um solo Brunizém (AHs) foram caracterizados por análise elementar e espectroscopia de 13C-RMN. A parametrização dos dados experimentais das isotermas de adsorção foi do tipo y = A tanh Bx, e o modelo de Langmuir também foi aplicado. As amostras adsorvidas foram analisadas por espectroscopia no Infra-Vermelho por Reflectância Difusa com Transformada de Fourier (DRIFT). A adsorção dos ácidos húmicos no LR natural foi de natureza química, sendo evidenciado por DRIFT que a reação de troca de ligantes das carboxilas com a superfície dos minerais foi um mecanismo importante. O AHc, que apresentou caráter aromático mais elevado e maior teor de carboxilas na molécula, foi adsorvido em maior quantidade do que o AHs nos dois adsorventes, o que indica a possível participação de estruturas aromáticas na interação organomineral. No LR tratado, cuja área superficial específica foi superior (ASE = 140,9 m² g-1), a adsorção foi mais elevada do que no LR natural (ASE = 66,1 m² g-1). A maior ASE no LR tratado foi relacionada com o rompimento de microagregados no tratamento com oxalato de amônio que extraiu a porção cimentante dos óxidos de ferro que unia os minerais. A interação neste tipo de adsorvente, estimada segundo a equação y = A tanh Bx, foi mais forte do que na amostra natural, o que pode estar relacionado com a presença de sítios de adsorção hidrofóbica pela presença do oxalato na superfície, com a exposição de sítios mais reativos após tratamento e pH mais ácido. O modelo de Langmuir mostrou-se adequado para explicar a adsorção na amostra natural, enquanto, no LR tratado com oxalato de amônio, o ajuste não foi satisfatório. Em geral, a aplicação da equação y = A tanh Bx forneceu melhor ajuste (R² maior) do que a equação de Langmuir.

Avaliação de características de ácidos húmicos de resíduos de origem urbana: I. métodos espectroscópicos (UV-Vis, IV, RMN 13C-CP/MAS) e microscopia eletrônica de varredura

Foram caracterizados fisico-quimicamente ácidos húmicos, obtidos de composto de resíduos sólidos urbanos (AH-CRSU) e de lodo de estação de tratamento de esgoto (AH-LETE), ambos produzidos na cidade do Rio de Janeiro, por meio da análise da composição elementar, acidez total, de dados espectroscópicos (UV-Vis; IV, RMN de 13C-CP/MAS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A análise das características estruturais revelou diferenças entre os AHs estudados. A presença de sistemas aromáticos foi observada por meio da espectroscopia de UV-Vis, indicando sistemas mais substituídos nos AH-LETE. A espectroscopia na região do infravermelho (IV) mostrou a presença de estruturas alifáticas nos AHs e maior complexidade nos sinais de absorção devida a polissacarídeos nos AH-CRSU. Além disso, foram observados grupos OH, COOH, COO-, CO2NH2, e confirmada a presença de sistemas aromáticos. Com a análise de RMN de 13C-CP/MAS, foi possível verificar as diferenças quantitativas nos diferentes tipos de carbono. Os AH-LETE apresentaram maior quantidade de grupos aromáticos e de COOH. A análise de RMN de 13C-CP/MAS também mostrou presença de polissacarídeos, N em aminoácidos e grupamentos OCH3. O conjunto de propriedades avaliadas permitiu indicar que a fração ácidos húmicos dos resíduos é "do tipo" ou "análoga" aos ácidos húmicos de origem pedogênica.

Magnetita e sua transformação para hematita em um solo derivado de esteatito

O presente trabalho objetivou caracterizar o mineral magnético e identificar suas rotas pedogenéticas de transformação em um solo formado sobre esteatito, de Minas Gerais, Brasil. O óxido de ferro isoestrutural ao espinélio foi identificado e caracterizado por análises químicas, difração de raios X, espectroscopia Mössbauer e medidas de magnetização de saturação. Na rocha fresca, foi encontrada magnetita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetro da rede cúbica, a o = 0.8407(5) nm. Nas frações areia e silte, foram detectadas magnetita parcialmente alterada e hematita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetros da rede hexagonal, a = 0.5036(3) nm e c = 1.375(4) nm. A ocorrência dessas hematitas deveu-se principalmente à oxidação do Fe2+ a Fe3+, no sítio octaédrico da magnetita, durante a pedogênese. Esse processo foi caracterizado pelo aparecimento de pequena quantidade de Fe3+ eletronicamente desacoplada, encontrada nas magnetitas parcialmente oxidadas, cujas fórmulas para as diferentes estequiometrias foram propostas. Verificou-se também pequena quantidade de ilmenita nas amostras de rocha e de solo.

Pedogeoquímica em perfis de alteração na região de Lavras (MG). I- elementos maiores - óxidos constituintes

Na região de Lavras (MG), realizou-se a investigação do comportamento geoquímico ao longo dos processos de alteração e evolução pedológica em perfis de solos com horizonteB textural, discriminados pelo material de origem, individualizados em composição geoquímica ácida, intermediária e básica. Ao longo de cada perfil, realizaram-se análises geoquímicas de elementos maiores - óxidos constituintes, avaliando perdas e ganhos mediante o cálculo do balanço químico de massa. As interpretações dos dados geoquímicos nos três perfis estudados revelaram perda moderada de SiO2, lixiviação de bases e enriquecimento relativo discreto do Al, Fe e Ti, além de possibilitar o estabelecimento da ordem de perda desses constituintes.

Pedogeoquímica em perfis de alteração na região de Lavras (MG). II - elementos menores e elementos das terras raras

Na região de Lavras, MG, analisou-se o comportamento geoquímico dos elementos menores (EM) e elementos das terras raras (ETR) ao longo da evolução pedogenética em perfis de solos com horizonteB textural, individualizados a partir de rochas de composição ácida, intermediária e básica do substrato. Nos perfis, realizaram-se análises químicas de EM e ETR, avaliando perdas e ganhos pelo balanço químico de massa. O estudo possibilitou o grupamento dos EM em duas classes: (a)mobilidade moderada a alta: perda da rocha fresca até o sólum; (b)mobilidade moderada: enriquecimento relativo e eventualmente real no sólum. O comportamento dos ETR revelou grande mobilidade ao longo da evolução dos perfis de alteração.

Propriedades espectrais da matéria orgânica leve-livre e leve intra-agregado de dois latossolos sob plantio direto e preparo convencional

Este trabalho teve como objetivo estudar a natureza química das frações leves-livres (FLL) e leves intra-agregado (FLI) da matéria orgânica do solo, obtidas pelo fracionamento físico do solo por densidade, por meio da espectroscopia na região do infravermelho, para verificar se tais frações constituem compartimentos distintos da matéria orgânica do solo. Foram analisadas amostras de Latossolos de dois estados do Brasil (RS e GO), submetidos a plantio direto e preparo convencional, em distintos sistemas de rotação de culturas. A análise por infravermelho revelou diferenças contrastantes entre os compartimentos orgânicos estudados. Os espectros de IV da fração leve-livre apresentaram configuração semelhante aos dos resíduos vegetais, indicando que ela se encontra em estádios iniciais de transformação. Não foram observadas diferenças estruturais na FLL entre os distintos sistemas de preparo e rotação de culturas. Os espectros de IV da FLI apresentaram bandas de absorção N-H e C-O de polissacarídeos menos intensas e em maior conjugação, em relação aos espectros da FLL, características de material mais humificado. Foi observada ainda uma maior transformação estrutural da fração leve intra-agregado em solos sob preparo convencional, quando comparada à FLI de solo sob vegetação natural e plantio direto. Os índices de hidrofobicidade (IH) e de condensação (IC), determinados a partir de relações entre as bandas de absorção de grupamentos - CH3 alifáticos, C-O de polissacarídeos e C=O conjugados, permitiram identificar as diferenças na recalcitrância e condensação das frações leves. Constatou-se que ambos os índices foram significativamente maiores para a matéria orgânica intra-agregado, por conseqüência de seu maior grau de humificação.

Magnesioferrita e caminho pedogenético de transformação de óxidos de ferro magnéticos em dois perfis de solo derivados de tufito da região do Alto Paranaíba (MG)

Solos magnéticos derivados de tufito da região do Alto Paranaíba (MG) têm mineralogia bastante variável, mas são relativamente ricos em óxidos de Fe isoestruturais ao espinélio, mais especificamente: (Ti, Mg)-magnetita e (Ti, Mg)-maghemita. No presente trabalho, foram estudados os concentrados magnéticos (magnetização de saturação, 34,4 < sigma/J T-1 kg-1 < 43,7) da fração areia de pedomateriais de um Brunizém (Chernossolo) (amostras AP31CR; AP31B e AP31A) e de um Chernossolo Léptico (AP33CR e AP33A) derivados de tufito, coletados no município de Patos de Minas (MG). Foram identificadas, por difratometria de raios X (método do pó) e espectroscopia Mössbauer do 57Fe, a 298 K e a 110 K, maghemita (gamaFe2O3) e hematita (alfaFe2O3) e uma inédita magnesioferrita (fórmula ideal, MgFe2O4), inédita em solos do Brasil, nas frações minerais desses materiais magnéticos. Observou-se, também, que as proporções ponderais e os tamanhos de partículas dos óxidos de Fe variam progressivamente ao longo dos perfis estudados. Os diâmetros médios estimados dos cristalitos de magnesioferrita variam progressivamente, em cada perfil: 27 nm (concentrado magnético da amostra AP31CR); 25 nm (AP31B); 23 nm (AP31A); 48 nm (AP33CR) e 32 nm (AP33A). A proporção de Al isomorficamente substituinte na hematita aumenta sistematicamente de 5 a 13 mol %, da base para o topo do perfil AP31, e tende a se manter constante, em torno de 9 mol %, no perfil AP33. Propõe-se um modelo geral de transformação envolvendo somente óxidos de Fe, em que magnesioferrita é o precursor pedogenético da maghemita, até hematita, nesses pedossistemas: MgFe2O4 -> gFe2O3 -> aFe2O3.

Fósforo num Cambissolo cultivado com cana-de-açúcar por longo tempo: II - análise de ácidos húmicos por RMN 31P

Sistemas de manejo da lavoura de cana-de-açúcar que favoreçam a matéria orgânica do solo podem aumentar o conteúdo de nutrientes disponíveis e diminuir a necessidade de aplicação de fertilizantes industriais. Apesar da importância dos componentes orgânicos no fornecimento de P, pouco se conhece sobre a sua dinâmica em ambientes tropicais. O objetivo deste trabalho foi identificar, por meio da ressonância magnética nuclear (RMN 31P), as espécies de P nos ácidos húmicos de um Cambissolo Háplico Ta eutrófico vértico, localizado no Município de Campos dos Goytacazes, norte do Estado do Rio de Janeiro, e cultivado com cana-de-açúcar com preservação do palhiço e adição de vinhaça por longo tempo. Por meio da análise de RMN 31P foi possível observar acúmulo de P orgânico em formas mais facilmente mineralizadas nas áreas com preservação de matéria orgânica, tal como P em ligações diésteres. Nas áreas de cana queimada, houve maior participação de espécies orgânicas mais estáveis, como o ortofosfato em ligações monoésteres. Os resultados da espectroscopia de RMN 31P mostram que, nas áreas com maior aporte de resíduo orgânico (i.e., cana crua e cana queimada com adição de vinhaça), os ácidos húmicos constituem uma reserva importante de P orgânico prontamente disponível. Já, nas áreas de cana queimada, o acúmulo de P orgânico recalcitrante nos ácidos húmicos indica utilização do P-lábil das substâncias húmicas como fonte importante para nutrição das plantas.

Caracterização da matéria orgânica do solo em fragmentos de mata atlântica e em plantios abandonados de eucalipto

A compreensão da dinâmica da matéria orgânica (MO) nos ecossistemas de Mata Atlântica é necessária para o manejo eficiente e conservação de vegetações nativas. A natureza química das substâncias húmicas (SHs) reflete os processos de gênese e uso do solo e pode ser usada como indicador da qualidade da MO. O objetivo deste estudo foi usar a qualidade da MO como sinalizador do ambiente edáfico em áreas de mata nativa, sobre Gleissolo Háplico Tb distrófico, argissólico e Cambissolo Háplico Tb distrófico, e em plantios abandonados de eucalipto de diferentes idades, sobre Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico latossólico, localizados na Reserva Biológica União, RJ. Para isso, foram avaliadas as distribuições da MO humificada e os ácidos húmicos do solo por meio de métodos químicos e espectroscópicos, em duas profundidades do solo (0-0,10 e 0,10-0,20 m). Os solos da Reserva Biológica apresentaram fertilidade natural muito baixa, condição esta limitante para o processo de humificação. As SHs representaram, portanto, menos de 50 % do carbono prontamente oxidável, indicando que as substâncias não-húmicas compõem a maior parte da MO; portanto, a serrapilheira tem o papel central na nutrição das plantas e microrganismos. A distribuição relativa das frações que compõem a MO humificada não foi alterada pela cobertura vegetal nem pela classe de solo. Os ácidos húmicos apresentaram natureza química semelhante à normalmente encontrada para os ácidos fúlvicos, e tais características foram expressas no baixo conteúdo de C e nos elevados valores das razões H/C e O/C e da acidez, o que levou à formação de material humificado pouco condensado.A espectroscopia de infravermelho indicou o efeito do tipo de solo e da cobertura vegetal sobre a qualidade química dos ácidos húmicos. O material humificado isolado da Mata Atlântica apresentou maior intensidade de fluorescência, sugerindo maior labilidade e capacidade de ceder elétrons para reações químicas do solo.

Caracterização de óxidos de ferro de solos do ambiente tabuleiros costeiros

Vários têm sido os trabalhos contemplando a gênese e as conseqüências da coesão em Argissolos e Latossolos nos tabuleiros costeiros e interioranos. Poucos, entretanto, sãos os estudos referentes à mineralogia da fração argila, sobretudo aqueles referentes à uma completa caracterização dos óxidos de Fe. O objetivo deste trabalho foi estudar as características químicas e cristalográficas dos óxidos de Fe de solos vermelhos e amarelos, derivados de sedimentos da Formação Barreiras ou de materiais do Pré-Cambriano, que ocorrem na região dos Tabuleiros Costeiros ou Interioranos de diversos Estados do País. Para tanto, foram realizadas análises de difratometria de raios X, em amostras concentradas de óxidos de Fe, extrações sucessivas com DCB e extração com oxalato de amônio em amostras de argila, caracterização espectral por ERD, estimativa das propriedades cristalográficas da goethita, quantificação da substituição isomórfica de Fe por Al e microscopia eletrônica de transmissão. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (a) a goethita mostrou-se como óxido de Fe predominante em todos os solos, mesmo naqueles com matizes 2,5YR, cujo valor de hematita foi inferior a 2,5 dag kg-1 de argila; (b) os valores de substituição isomórfica de Fe por Al das goethitas foram de três a seis vezes superiores aos da hematita, bem como não condizem com os valores estimados por modelos matemáticos, propostos pela literatura científica, indicando a necessidade de realização de novos estudos, a fim de demonstrar a existência de relações entre os parâmetros cristalográficos de goethitas naturais e suas propriedades químicas; (c) os resultados obtidos por difratometria de raios X e análise de dissolução química revelaram que as goethitas dos solos são distintas daquelas citadas, até o momento, na literatura; e (d) a posição das bandas obtidas nos espectros de espectroscopia de refletância difusa apresentou correlação com algumas propriedades cristalográficas das goethitas dos solos estudados, mostrando-se ser uma técnica promissora para o estudo dos óxidos de ferro.

Síntese de hidrogéis e cinética de liberação de amônio e potássio

Hidrogéis produzidos a partir de poliacrilamida (PAAm) foram sintetizados e suas eficiências para liberação controlada de NH4+ e K+ contidos em fertilizantes foram avaliadas. Os hidrogéis foram sintetizados em solução aquosa a partir da polimerização do monômero acrilamida (AAm) em duas concentrações (3,6 e 21,7 %), em presença do agente de reticulação N', N-metileno-bis-acrilamida (MBAAm) e catalisador N, N, N', N'-tetrametil etilenodiamina (TEMED). A fixação de nutrientes ocorreu submetendo-se os hidrogéis à solução aquosa com concentrações de 86 e 82 mg L-1 de K+ e NH4+. As propriedades hidrofílicas, espectroscópicas e morfológicas foram investigadas por meio de medidas de grau de intumescimento (Q), por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e por meio de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os teores de NH4+ e K+ liberados em meio aquoso foram monitorados em intervalos de tempo de 1, 2, 4, 18, 26 e 50 h por espectrofotometria com análise por injeção em fluxo e por fotometria de chama. Os resultados de grau de intumescimento mostraram que hidrogéis com nutrientes fixados são mais hidrofóbicos. Observações em MEV revelaram decréscimo no tamanho médio dos poros para os hidrogéis com maior quantidade de acrilamida. A cinética de liberação controlada de NH4+ e K+ permitiu inferir que o hidrogel sintetizado com 21,7 % de AAm apresentou maior potencial na liberação controlada dos nutrientes, principalmente NH4+.

Estudo comparativo da matéria orgânica de diferentes classes de solos de altitude do sul do Brasil por técnicas convencionais e espectroscópicas

A região dos Campos de Cima da Serra, RS, apresenta solos com elevados teores de matéria orgânica (MOS), sendo freqüente teores altos de Al trocável. A proposta deste trabalho foi investigar a qualidade da MOS de amostras de camadas superficiais (0 a 10 cm) de oito solos representativos da região (dois Neossolos, dois Gleissolos, três Cambissolos e um Latossolo) sob pastagem nativa, com os seguintes objetivos: avaliar seu comportamento diante da desmineralização da amostra com solução de HF; determinar a sua composição química; e investigar a influência do Al trocável e dos óxidos de Fe na qualidade da MOS. A matéria orgânica foi concentrada com solução de HF 10 cL L-1 e posteriormente avaliada por análise elementar e espectroscopias de FTIR e de RMN 13C CP/MAS. A fração da massa recuperada (5,8 a 10 %) após tratamento com HF correlacionou-se com teor de C original do solo, enquanto a proporção de C recuperado (47 a 86 %) correlacionouse inversamente com o teor de óxidos de Fe. Esse resultado indica que parte da MOS encontra-se associada a esses minerais nesses ambientes. Os teores de estruturas C O-alquil totais (52 a 59 %) foram elevados e os valores de índice I1630/I2920(FTIR) foram baixos, evidenciando baixo grau de decomposição e de humificação da MOS desses solos.

Distribuição e caracterização de substâncias húmicas em vermicompostos de origem animal e vegetal

A utilização de resíduos orgânicos, como fertilizantes e condicionadores de solo, requer sua maturação e monitoramento da qualidade do material resultante. A vermicompostagem é uma técnica que, ao longo do processo, elimina os potenciais efeitos adversos dos resíduos à saúde humana e ao solo. A avaliação das substâncias húmicas (SH) nos produtos finais quanto à quantidade e à qualidade permite inferir sobre o grau de estabilidade e maturidade dos vermicompostos. Este trabalho objetivou avaliar a qualidade de seis vermicompostos das seguintes matérias-primas: esterco bovino (EB), esterco ovino (EO), esterco suíno (ES), esterco de codorna (EC), borra de café (BC) e de erva-mate (BE) com respeito ao teor de ácidos húmicos (AH) e de ácidos fúlvicos (AF) e às suas características químicas, após 70 dias de compostagem. O fracionamento químico da matéria orgânica foi realizado com base na solubilidade em meio básico e ácido e a distribuição de cada fração calculada como percentual do C total. Foram calculados os índices de humificação: percentual de AH e razão AH/AF. Nos AH e AF purificados, determinaram-se a composição elementar (CHNO), a composição química por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e o índice de aromaticidade I1630/I2920. O teor de substâncias húmicas (AH+AF) decresceu na seqüência: BC > EO≈ BE≈ EB > ES > EC, tendo sua composição química também diferido entre os vermicompostos. O grau de maturidade foi superior nos vermicompostos de resíduos de origem vegetal (borra de café e de erva-mate). Os AH desses dois vermicompostos apresentaram menor proporção de grupos oxigenados e menor caráter aromático.

Caracterização química e espectroscópica de ácidos húmicos e fúlvicos isolados da camada superficial de latossolos brasileiros

A determinação de características estruturais das substâncias húmicas (SH) é essencial para o entendimento do comportamento da química de superfície dos solos altamente intemperizados. Ácidos húmicos (AH) e fúlvicos (AF) obtidos no horizonte superficial de sete Latossolos de diferentes regiões do Brasil foram caracterizados mediante a análise da composição elementar, da acidez total e carboxílica, da capacidade de oxidação e por métodos espectroscópicos. As substâncias húmicas apresentaram elevado grau de oxidação, acidez e massa molecular relativamente baixas, caracterizando a matéria orgânica alcalina solúvel como bastante reativa. Os AF apresentaram menor teor de C e maior de O do que os AH. Foram observados valores elevados da relação entre absorvância em 465 e 665 nm (E4/E6) e a massa molar média foi estimada em 1.106 e 618 g mol-1 para AH e AF, respectivamente. A menor massa molar estimada para os AF foi compatível com sua menor complexidade química revelada pelos espectros de IV-TF, que apresentaram menor número de bandas de absorção bem definidas. A ressonância magnética nuclear (RMN ¹H) mostrou a presença de H mais hidrofóbico nos AH e de H ligado a átomos de O em maior quantidade nos AF, compatível com sua maior acidez e, portanto, solubilidade em qualquer valor de pH. Apesar da mesma funcionalidade química encontrada tanto nos AH como nos AF, a análise estatística permitiu separar a maioria desses ácidos, indicando a presença de frações humificadas de natureza química individual.