Influência da técnica da elaboração de provetes laboratoriais na quantificação da deformabilidade e resistência mecânica dos solos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Técnicas de análise laboratorial para solos, matéria vegetal e corretivos orgãnicos

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química

O método potenciométrico na determinação do H+ trocável em solos

For the determination of exchangeable hydrogen ion in soils, the authors of the presente work made the extraction with normal calcium acetate solution that may have an initial pH between 7 and 8 without altering the amount of hydrogen ion extracted. The extraction was made by shaking 5,0 grams of air dry soil with 100 ml of normal calcium acetate solution, the pH of wich was ascertained to 7,0, 7,5 and 8,0 with acetic acid, in 250 mil conical flasks for 30 minutes in a Wagner shaker (30-40 rpm). The contents of the flasks were then, filtered. A 50 ml aliquot of each of the leachate was titrated with a 0,020 N NaOH solution and the volumes consumed sodium hydroxide were ploted against pH. The titration curves thus obtained showed to be straight lines between pH 8 and 9 and parallel to the curve obtained by the titration of the blank. Two ways of locating the end point of the titration showed to be possible: the use of a pHmeter or titrimeter or the use of phenolphtalein as indicator. When using a pH meter or a titrimeter, the end point may rest in any point between pH 8 and 9, and the volume of sodium hydroxide consumed is found by comparison with a similar curve obtained by the titration of the blank. When using phenolphtalein the calcium acetate solution must have a pH below 8.

Erosão dos solos em Cabo Verde - Estudos dos Processos e Quantificação de Três Bacias na Ilha de Santiago

L’archipel du Cap Vert constitué de 10 îles volcaniques appartient à la zone sahélienne qui s’étend de l’atlantique jusqu’à la mer rouge. Depuis, plusieurs décennies le Cap Vert est affecté par la désertification causée en grande partie par la récession climatique et l’érosion des sols. Ces facteurs, associés à la forte pression anthropique sur les ressources, à l’orographie accidentée et à des pluies tropicales parfois diluviennes, provoquent de sérieuses pertes du patrimoine foncier. Cependant, depuis son Indépendance en 1975, le Gouvernement a mené un vaste programme d’arborisation, de restauration des terres et d’aménagement des cours d’eau. Pourtant, très peu de recherches ont été menées pour évaluer les actions de protection et de conservation des sols et des eaux. Par conséquent, il n’existe quasiment pas de données sur la problématique de la dégradation des terres ni de bilans. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié les différents facteurs qui contrôlent l’érosion hydrique des sols. Nous avons plus particulièrement cherché à différencier les effets des activités humaines, notamment agricoles, de ceux des facteurs climatiques comme les précipitations et la génération des écoulements. Nous avons également établi les premiers bilans d’exportations de matières en suspension et en solution dans le contexte de l’archipel du Cap Vert. L’étude a été menée à l’échelle de trois bassins versants de l’ile de Santiago Cap-Vert. Ces trois bassins versant (Longueira, Grande et Godim) sont localisés dans la partie centrale de l’île de Santiago et représentatifs des divers modes d’occupation du sol et des différents climats de l’île. Il existe un gradient climatique entre les trois bassins versants. En effet, Longueira qui présente une superficie de 4,18 km2, une pente moyenne de 47 %, se localise dans une zone humide couverte à 69 % par une forêt et une surface agricole de 17 %. Grande avec une superficie de 1,87 km2, se localise en zone sub humide pour une pente moyenne de 50 %, il est essentiellement agricole. Godim, avec une superficie de 2,0 km2, se localise en zone semi aride, il est particulièrement agricole et sa pente moyenne est de 32 %. Pour ces trois bassins versants, les écoulements de crue à l’exutoire ont été mesurés et échantillonnés de 2004 à 2009. Le bassin versant de Longueira a fait l’objet d’un suivi plus poussé, notamment en termes de fréquence d’échantillonnage et de suivi des écoulements hors crue. Sur chaque échantillon nous avons procédé à la détermination de la concentration des matières en suspension ainsi qu’à l’analyse des éléments majeurs. Les résultats obtenus montrent que l’érosion mécanique dans les 3 bassins versants est caractérisée par une forte variabilité spatiale et temporelle. Sur la période 2005-2009, le bilan moyen annuel pour les bassins versants de Longueira, Grande et Godim est de : 4266, 157 et 10,1 t.km2.an-1 respectivement. La saison humide 2006 a été la plus érosive pour l’ensemble des trois bassins versants et particulièrement dans Longueira avec 2 crues exceptionnelles qui ont généré une concentration moyenne de matières en suspension supérieure à 100 g/l. En revanche, les saisons 2005 et 2008 ont été dans l’ensemble peu érosives car les concentrations moyennes ne dépassèrent pas 20 g/l. Par ailleurs, il n’y a pas eu de lames d’eau écoulées pour les saisons 2005 et 2007 pour le bassin de Godim. Sur le bassin de Longueira, l’étude des phénomènes d’hystérésis permet de caractériser chaque crue et de montrer que l’évolution temporelle des exportations de matières en suspension au cours de la saison est fortement influencée par les activités agricoles. En effet, la première crue provoque l’exportation massive des sédiments disponibles et localisés dans le lit du cours d’eau. En conséquence, la seconde est moins exportatrice de sédiments. Un mois après les premières pluies, les activités de sarclage diminuent la densité du couvert végétal et destructurent la partie superficielle des sols, ce qui provoque à nouveau une très forte exportation de sédiments lors de la troisième crue. Les résultats de l’érosion chimique sur le bassin de Longueira indiquent que le taux d’érosion chimique moyen s’élève à 45 t.km2.an-1 avec une forte variabilité temporelle. En effet, les saisons les plus humides de 2006 et 2007 sont les plus exportatrices de matières en solution, alors que 2005 a eu une faible exportation. L’utilisation du modèle de mélanges EMMA (End-Members Mixing Analysis) montre que les écoulements hypodermique et profond, qui alimentent le cours d’eau en éléments dissous, sont les principaux facteurs de l’érosion chimique. On montre ainsi que les écoulements hors crue sont à l’origine de plus de 90% des flux d’érosion chimique. L’écoulement superficiel, qui contribue à environ 70 % du débit du cours d’eau en crue, constitue un facteur de premier plan de l’érosion mécanique des sols.

Diversidade e capacidade simbiótica de rizóbios isolados de nódulos de Mucuna-Cinza e Mucuna-Anã

As espécies de mucuna são muito utilizadas como adubos verdes, e poucas informações estão disponíveis a respeito dos rizóbios nativos capazes de nodulá-las. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade e a capacidade simbiótica de isolados bacterianos de nódulos de mucuna-cinza (Mucuna pruriens (L.) DC.) e mucuna-anã (Mucuna deeringiana (Bort.) Merr.). As bactérias foram isoladas de nódulos de mucunas cinza e anã cultivadas em vasos com solos de um sistema de produção agroecológica. Foram isoladas 160 bactérias, sendo 80 de mucuna-anã e 80 de mucuna-cinza, que foram autenticadas e selecionadas para avaliação da capacidade simbiótica. A diversidade dos isolados foi avaliada por meio das características culturais em meio de cultura YMA e da técnica de análise de restrição do produto de PCR do gene 16S rDNA. A inoculação de cinco isolados em mucuna-cinza e dois em mucuna-anã apresentou elevada biomassa da parte aérea. A maioria dos isolados apresentou crescimento rápido e acidificou o meio de cultura. A análise de restrição demonstrou que as bactérias isoladas apresentam baixa similaridade com estirpes de referência, sugerindo a existência de isolados pertencentes a novos grupos, capazes de nodular as mucunas anã e cinza.

POTENCIAL DE INÓCULO MICORRÍZICO E IMPORTÂNCIA DO COMPRIMENTO DO MICÉLIO PARA A AGREGAÇÃO DE SOLOS DE AMBIENTE FLUVIAL

Os fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) desempenham importante papel nos ecossistemas naturais pelo seus impactos na nutrição vegetal e estrutura do solo. O objetivo deste estudo foi determinar o potencial do inóculo micorrízico e a relação do comprimento do micélio micorrízico (CMM) dos FMAs na agregação de solos de ambientes fluviais. Foram realizadas coletas em áreas de ambiente fluvial da bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açu, entre os municípios de Gaspar e Navegantes, em Santa Catarina. Oito áreas foram amostradas em três classes de solos, sendo elas: Cambissolo (C), Gleissolo (G) e Organossolo (O). Nos solos coletados, foram avaliadas as seguintes variáveis: potencial de inóculo micorrízico, número de esporos, CMM e análise dos atributos físicos e químicos do solo. A porcentagem de colonização micorrízica da Brachiaria brizantha no ensaio do potencial de inóculo variou de 13,8 a 55,3 % e nenhum padrão foi observado de acordo com a classe de solo. O CMM no solo variou de 10,48 a 44,67 mg g-1. O número de esporos em 100 cm3 de solo variou de 2,4 a 80. Foi observada correlação negativa entre o CMM e a proporção de macroagregados estáveis em água e correlação positiva entre CMM com microagregados. Este trabalho demonstrou que os solos da bacia do rio Itajaí-Açu possuem potencial de inóculo micorrízico suficiente para iniciar a colonização das raízes das plantas em curto período de tempo, o que pode ser importante facilitador no crescimento de espécies arbóreas usadas no processo de recuperação desses ambientes.

Atributos Químicos e Bioquímicos em Solos Degradados por Mineração de Estanho e em Fase de Recuperação em Ecossistema Amazônico

A mineração de cassiterita na mina Serra da Onça, localizada na Floresta Nacional do Jamari, Estado de Rondônia, causou profundas alterações físicas, químicas e biológicas nos solos. Em 1997, a área foi dividida em parcelas e foi dado início a um programa de recuperação, que consistiu na modelagem do terreno, construção de terraços, calagem, fertilização, plantio de leguminosas e plantio de espécies nativas. Em cada ano que se sucedeu, foram instaladas novas parcelas para serem recuperadas, às quais se aplicou o mesmo programa de recuperação, de tal modo que, no momento da amostragem, cada área recebeu uma nota de avaliação de 1 a 7 de acordo com o estádio visual de recuperação. Este trabalho teve por objetivo avaliar os atributos químicos e bioquímicos dos solos das diferentes áreas da mina Serra da Onça. As amostras de solo foram coletadas na camada de 0-20 cm em cada área e em áreas de mata nativa e em vegetação de capoeira localizadas no entorno. Foram avaliados: respiração basal, carbono da biomassa microbiana (CBM), quociente metabólico (qCO2), atividade enzimática (celulase, arilsulfatase, fosfatase ácida e alcalina, desidrogenase e potencial de hidrólise do diacetato de fluoresceína - FDA), concentração de estanho total e nível de fertilidade. Das 12 áreas avaliadas, sete delas estão em estádio avançado de recuperação, quando comparadas com as de mata nativa e de capoeira, por meio de análise multivariada, quanto às características de respiração basal, CBM, qCO2 e atividade enzimática (arilsulfatase, desidrogenase, hidrólise do FDA).

Acidez Potencial Estimada pelo Método do pH SMP em Solos do Estado da Paraíba

O método do pH SMP, em virtude de sua praticidade analítica, tem sido amplamente utilizado na estimativa da acidez potencial (H+Al), em substituição à solução de acetato de cálcio 0,5 mol L-1 a pH 7,0, em laboratórios de análise de solo no Brasil. No entanto, tornam-se imprescindíveis estudos regionalizados para estimar com segurança os valores da acidez potencial. Este trabalho objetivou ajustar uma equação de regressão com boa capacidade preditiva dos valores de H+Al, a partir da medida do pH(SMP), para solos do Estado da Paraíba, visando sua utilização em análises de rotina para estimar a acidez potencial. Foram utilizadas 90 amostras de solo coletadas nas várias regiões do Estado. Essas amostras foram analisadas para pH(H2O), pH(SMP), H+Al e pH do sobrenadante da solução de acetato de cálcio. Foram observadas estreitas correlações quadrática simples do pH de equilíbrio da suspensão de acetato de cálcio com a acidez potencial e linear simples com o pH(SMP), com elevada capacidade preditiva (R2 = 0,93 e R2 = 0,95, respectivamente). Os resultados permitiram concluir que a acidez potencial (H+Al), expressa em cmolc dm-3 pode ser estimada pelo método do pH(SMP), por meio da equação H+Al = 57,108 -13,338** SMP + 0,7637** SMP2 (R2 = 0,87).

Excedente hídrico em diferentes solos e épocas de semeadura do girassol no Rio Grande do Sul

O objetivo deste trabalho foi identificar datas de semeadura com menor ocorrência média de dias com excedente hídrico para a cultura do girassol, e determinar a persistência de dias consecutivos com excedente hídrico ao se considerar a capacidade de armazenamento de água disponível de diferentes solos da região central do Rio Grande do Sul. O desenvolvimento da cultura e o aprofundamento do sistema radicular foram simulados de acordo com a soma térmica para 14 datas de semeadura, de agosto até meados de fevereiro, com dados de 1968 até 2011. A partir da capacidade de armazenamento de água disponível para as diferentes classes de solos da região, calculou-se o balanço hídrico sequencial diário para determinar os dias com excesso hídrico. Avaliou-se a ocorrência de dias com excesso hídrico em diferentes subperíodos de desenvolvimento da cultura, e procedeu-se à análise exploratória com gráficos box-plot para determinação da persistência de dias consecutivos com excesso hídrico durante todo o ciclo da cultura. O excedente hídrico limita o cultivo de girassol em determinadas áreas e períodos na região central do Rio Grande do Sul. A persistência de dias consecutivos com excedente hídrico e a duração do ciclo de desenvolvimento da cultura são influenciados pela data de semeadura.

Avaliação dos métodos de extração sequencial de Tessier, Keller e Miller na determinação de ferro nativo em três tipos de solos: orgânico, brunizem e latossolo

Sequential extraction is not totally effective to dissolve distinct forms of trace elements. The extractive solution, for example, can dissolve less of the target fraction and more than another not wished fraction. The goal of this work is to compare the extraction of native iron with three sequential extraction methods of the heavy metals, using three soils with different physical chemistry characteristics: a histosol, an oxisol, and a mollisol. The results obtained in this work demonstrate that a smaller relation soil/extractor results in a larger extraction in almost all phases. The use of many stages of the sequential extraction, with the purpose of more association of the metal with different components of the soil, can result, among other things, in modification of the substratum by the action of the reagents used, besides reducing the selectivity of the more specific extractors. Readsorption and redistribution of the heavy metals could have happened with larger intensity in the fraction where hidroxilamine was used with higher temperature. Sequential extraction of iron, without enrichment of soil samples, in the respective fractions in each method, it was important to better understand the behavior of the reagents considered specific to each form of the metal in soil.

Adsorção de glifosato sobre solos e minerais

Glyphosate, an enzyme inhibitor herbicide, has been widely used around the world in agriculture. Dr. John Franz from Monsanto Corporation (USA) discovered glyphosate in 1970. It has been showed that glyphosate is strongly adsorbed by inorganic soil components especially aluminium and iron oxides, and the phosphate group is involved in this interaction. The inactivation of glyphosate in soils can last for days or even months depending on soil characteristics. The addition of phosphate from fertilizers can displace glyphosate from the soils and this could be the cause of decreased productivity of some crops.

Distribuição de mercúrio em diferentes solos da Bacia do médio Rio Negro-AM: influência da matéria orgânica no ciclo biogeoquímico do mercúrio

Soils play an important role in the biogeochemical cycle of mercury as a sink for and source of this metallic species to atmospheric and hydrological compartments. In the study reported here, various types of soil were evaluated to ascertain the influence of parameters such as pH, organic matter content, Fe, Al, sand, silt, clay, C/H, C/N, C/O atomic ratios, and cation exchange capacity on the distribution of Hg in Amazonia's mid-Negro River basin. The data obtained were interpreted by multivariate exploratory analyses (hierarchical cluster analysis and principal component analysis), which indicated that organic matter plays an important role in mercury uptake in the various soils studied. The soils in floodable areas were found to contain 1.5 to 2.8-fold higher Hg concentrations than those in non-floodable areas. Since these soils are flooded almost year-round, they are less available to participate in redox processes at the soil/atmosphere interface. Hence, floodable areas, which comprise humic-rich soils, accumulate more mercury than non-floodable soils, thus playing an important role in the biogeochemical cycle of Hg in Amazonia's mid-Negro River basin.

Estudo comparativo de métodos para a determinação da concentração de carbono em solos com altos teores de Fe (Latossolos)

Soil organic matter (SOM) plays an important role in physical, chemical and biological properties of soil. Therefore, the amount of SOM is important for soil management for sustainable agriculture. The objective of this work was to evaluate the amount of SOM in oxisols by different methods and compare them, using principal component analysis, regarding their limitations. The methods used in this work were Walkley-Black, elemental analysis, total organic carbon (TOC) and thermogravimetry. According to our results, TOC and elemental analysis were the most satisfactory methods for carbon quantification, due to their better accuracy and reproducibility.

Espectroscopia Mössbauer na caracterização de compostos ferrosos em solos e sua relação com retenção de fósforo

The chemical role of iron-bearing compounds on the dynamics of phosphorus in selected Brazilian latosols was investigated. The iron oxides were characterized in an attempt to assess their main chemical-mineralogical properties influencing the ion sorption mechanisms in those pedosystems. It was found that increasing total iron contents tend to increase the phosphorus adsorption capacity in the selected soils. 110 K-Mössbauer data reveal that the dominant iron oxides are hematite and goethite. Particularly for the yellower soil samples some prominent doublets, more certainly due to superparamagnetic relaxation, may be assigned to corresponding fractions of relatively small-sized particles.

Distribuição e biodisponibilidade de crômio em solos contaminados por resíduos de couro

Samples of soil, water and sediment were collected and analyzed in order to evaluate chromium contamination due to deposition of tannery residues onto soils under different management regimes. The results showed that soils used for sugar cane cultivation were not adversely impacted. However, in the case of mango plantations, variable concentrations of chromium were measured in the soil profile, with 22.2% of values being higher than permitted legal limits, and 38.9% being at levels requiring remediation. Concentrations of bioavailable chromium were lower than the detection limit of the method (0.01 mg of chromium kg-1 of soil), indicating that all of the chromium present in the samples was either complexed or in an insoluble form. Chromium concentrations measured in samples of water and sediments were indicative of low mobility of the metal in soils. The main cause of differences found between soil samples obtained from different cultivations was the type of soil management.