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Dinâmica de algumas propriedades químicas em três solos do Havaí
M.E. Ortiz-Escobar1, N.V. Hue2
RESUMO Os principais fatores que limitam a
produção de culturas no Havaí são a acidificação do
solo e a perda de cátions basicos (Ca, Mg, K) devido à
lixiviação e a acumulação de metais pesados (As, Cd,
Se). A adubação do solo com resíduos orgânicos (de
origem animal ou vegetal) geralmente têm efeitos
positivos nas propriedades do solo, tais como acidez e
fertilidade. Um estudo de incubação de oito semanas
foi conduzido com o objetivo de avaliar as mudanças
em algumas propriedades químicas de três solos
tropicais, adubados com esterco de galinha e adubo
verde (Leucaena leucocephala) a uma taxa de 5 g kg-1.
Os resultados mostraram que os adubos orgânicos
incrementaram o pH e CE, sem nenhuma diferença
significativa entre tratamentos. Em geral, as
concentrações de Ca, P e Mn nos solos adubados
foram reduzidas, bem como a concentração do Mg no
solos Leilehua e Wahiawa. Entretanto, os adubos
conduziram a aumentos nas concentrações de Mg e K
no solo Kealakekua. Os adubos orgânicos causaram
uma diminuição do Al trocável (KCl). A concentração
de C solúvel diminuiu exponencialmente ao longo da
incubação. Três ácidos orgânicos de baixo peso
molecular (ácido acético, catechol e ácido oxálico)
foram encontrados em todos os solos com tratamento
orgânico. Este estudo demonstrou efeitos benéficos dos
adubos orgânicos adicionados aos três solos testados.
Introdução
Grande parte das atividades agrícolas no estado do
Havaí (Estados Unidos), encontram-se nos solos
classificados como Oxisolos, Ultisolos e Andisolos, os
quais sâo geralmente pobres em nutrientes devido à
aplicação de fertilizantes sintéticos nitrogenados (urea,
nitrato de amonio), e arsenatos como pesticidas. A
adição de adubos orgânicos (resíduos de colheitas,
adubos de origem animal ou vegetal) aos solos tem
efeitos que se relacionam diretamente com o conteúdo
da matéria orgânica do solo (MOS), os quais podem
melhorar a toxicidade do Al, especialmente por meio
de complexação [1] alem de diminuir a acidez do solo.
Outros efeitos, relacionam-se com a fertilidade do solo,
melhorando suas características físicas, e aumentando a
atividade microbiana. Uma fração significante (1040%) do Al total na solução reporta-se como ligada aos
ácidos orgânicos de baixo peso molecular (LMWOA), o
que implica que estes compostos são de grande
importância ecológica [2]. Os níveis destes LMWOA na
solução do solo encontram-se entre 1 a 1000 µM [3]. Mas
recentemente, Strobel [4] sugeriu uma escala de 1 a 2 µM
mais apropriada. O objetivo deste trabalho foi determinar
os efeitos dos adubos orgânicos na composição mineral, da
concentração de C solúvel e de ácidos orgânicos de três
solos ácidos tropicais.
Palavras-Chave: Adubos orgânicos, C solúvel, ácidos
orgânicos.
Material e métodos
A. Solos e emendas orgânicas
Três solos ácidos foram utilizados: (1) Typic
Hydrandept,
Kealakekua
series,
(2)
Humoxic
Tropohumult, Leilehua series, e (3) Tropeptic Eutrustox,
Wahiawa series, [5]. Os solos foram secos ao ar por 24
horas, e passados em malha de 2,0 mm de diâmetro.
Algumas propriedades químicas dos solos são apresentados
na Tabela 1. Esterco de galinha e adubo verde (Leucaena
leucocephala) foram adicionados aos solos (5 g kg-1) em
uma base de peso seco. A Tabela 2 apresenta algumas
propriedades químicas dos materiais orgânicos. As
emendas e os solos foram misturados; 500 g da mistura que
representa cada solo foram colocados em recipientes
plásticos, e incubados na temperatura ambiente
(aproximadamente 25 ± 2ºC). Água foi adicionada
periódicamente para manter a umidade do solo a
capacidade de campo. Amostras de solo foram tomadas
para análises químicas aos 2, 14, 28, 42 e 56 dias de
incubação.
O pH e CE do solo foram medidos numa relação 1:1
solo:água. Para a extração dos nutrientes (Ca, K, Mg, Mn,
P, Al e C soluvel) utilizou-se a metodologia de Mehlich 3
[6]. Um espectrômetro de plasma (ICP) foi usado para
determinar as concentrações destes elementos. Os ácidos
orgânicos (padrões e amostras) foram determinados
seguindo a metodología proposta por Blau & Halket [7] e
modificada por Szmigielska et al. [8]. A cromatografia de
________________
(1)
Primeiro Autor é Bolsista DCR, Universidade Federal do Ceará, Departamento de Ciências do Solo. Bloco 807, Campus do Pici. Fortaleza, CE.
CEP 60021970. Email: [email protected] (apresentador do trabalho)
(2)
Segundo Autor é Professor titular, University of Hawaii. Department of Tropical Plant and Soil Sciences. 3190 Maile Way, St. John 102. Honolulu,
HI, USA. CEP 96822.
Apoio financeiro: University of Hawaii.
gases (GC) foi selecionada por presentar alta resolução
e especificidade (relativa à cromatografia líquida de
alta resolução, HPLC) para a separação de ácidos
orgânicos de baixo peso molecular [9].
As determinações quantitativas das moléculas
orgânicas foram realizadas num cromatógrafo de gases
Hewlett-Packard 5890A, equipado com um detetor de
captação de elétrom 63Ni e auto-amostrador. Os ácidos
orgânicos testados foram acético, oxálico, málico,
cítrico, sucínico, gálico, tartárico e catechol.
B. Análise estatística
Todas as amostras foram analizadas em triplicata e
os erros padrão foram determinados. As médias de
cada parâmetro foram testados para diferença
estatística, baseados na análise de variação (ANOVA),
P<0.05, utilizando o pacote estatístico do programa
Microsoft Excel.
Resultados e Discussão
Caraterísticas químicas dos solos
A adição de adubos orgânicos aos solos avaliados
aumentou o pH até 5.7 (Tabela 3), à exceção do
controle do solo Kealakekua, que não mudou. O
aumento do pH foi mais pronunciado a partir da sexta
semana após a adição de adubos orgânicos. Os
aumentos do pH devido à aplicação de materiais
orgânicos têm sido documentados previamente [10,
11]. Em contraste, Erdem & Sözüdoğru [12] e
Martinez et al. [13] encontraram que o pH diminuia
com a duração da incubação de solos com e sem
tratamento, devido aos ácidos presentes no proprio
solo ou produzidos pela decomposição microbiana dos
adubos orgânicos. O tipo de adubo (animal ou vegetal)
não mostraram nenhuma diferença no comportamento
do pH do solo. A adição de adubos orgânicos no solo
Kealakekua, aumentou a CE (Tabela 3). Os resultados
concordam com os relatados por Martinez et al. [13].
Em constraste, nos solos Leilehua e Wahiawa, a CE
aumentou no começo do período de incubação (tanto
para os controles como os solos emendados), e depois
foi diminuindo até final da incubação. As mudanças na
CE podem ser explicadas devido ao conteúdo das sais
nos materias orgânicos ou pela mineralização dos
mesmos.
No solo Kealakekua, as emendas orgânicas
permitiram mudanças significativas de nutrientes. As
concentrações de Ca e P diminuíram com o tempo. O
K e o Mg aumentaram durante o período de incubação,
e isto foi particularmente notório com o tratamento
utilizando esterco de galinha. O Al e o Mn foram
baixos no inicio de período de incubação, e
diminuíram com o tempo, alcançando concentrações de
0 cmol kg-1 e 0.2 mg kg-1, respectivamente. Nos solos
Leilehua e Wahiawa, a concentração de Ca aumentou
com a adição das emendas e depois diminuiu com o
período de incubação. Os níveis de Mg diminuíram com o
tempo para os tratamentos controle e adubo verde, e o
tratamento de esterco de galinha aumentou o K no solo
Leilehua. Por outro lado, no solo Wahiawa, o K diminuiu
com o período de incubação, sem diferenças no tratamento.
O solo Leilehua é conhecido por sua alta concentração de
Al. Com as aplicações das emendas orgânicas e o período
de incubação, o Al foi diminuído, concordando com o
reportado por Hue [10] e Pypers et al. [14]. O solo
Wahiawa é conhecido por sua alta concentração de Mn, a
qual foi diminuida com a adição de emendas orgânicas,
contrastando com os resultados obtidos por Hue et al. [15],
reportando aumento da toxicidade do elemento com a
adição de materiais orgânicos (bio-sólidos e adubos
verdes) para o mesmo tipo de solo, com a diferença de eles
usaram concentrações maiores. As concentrações de P
foram diminuidas para todos os solos.
Carbono orgânico total e moléculas orgânicas de
baixo peso molecular
.
O solo Wahiawa presentou o valor mais alto de C
solúvel (60 µmol g-1) e o Kealakekua o mais baixo (20
µmol g-1) no primeiro dia de incubação, talvez refletindo a
capacidade muito mais forte de sorção do Kealakekua (Fig.
1). Em geral, o C orgânico soluvel diminuiu
exponencialmente ao longo do tempo, devido à oxidação
do C para CO2 pelos microorganismos. Nós obtivemos
uma separação aceitável dos picos das moléculas orgânicas
nos cromatogramas, o que facilitou a identificação das
mesmas baseados no tempo da retenção. Dos oito
LMWOA analisados neste estudo, somente três (ácido
acético, oxálico e catechol) foram detectados nos solos
durante o período de incubação. Os ácidos succínico,
gálico e cítrico foram detectados apenas no começo da
incubação (após a segunda semana, dados não mostrados),
os ácidos málico e tartárico não foram detectados. Diversos
estudos reportaram boas separações dos ácidos orgânicos
com o GC, em solos neutros ou alcalinos. Por exemplo,
Szmigielska et al. [9] reportaram una separação de 16
LMWOA. O ácido acético não foi detectado no segundo
dia de incubação, mas subsequentemente foi detectado para
todos os solos e tratamentos, amostrando o pico mais alto
na segunda semana de incubação (Fig. 2 a-c). No solo
Leilehua, a concentração foi 25 µmol g-1 e 18 µmol g-1 para
o solo Kealakekua, com o tratamento esterco de galinha.
Aos 56 dias de incubação, o ácido acético diminuiu em
todas as amostras, como aconteceu com o C soluvel. As
concentrações do ácido oxálico mudaram com o período de
incubação (Fig 3 a-c). As concentrações mais baixas
ocorreram no segundo dia e na quarta semana após do
período de incubação e a maior na sexta semana. Na oitava
semana, a concentração de ácido oxálico mostrou um
promedio de 24 µmol g-1 para todos os solos/tratamentos,
exceto para o solo Wahiawa, com o esterco de galinha, o
qual teve uma concentração de 3.85 µmol g-1, parecida com
a concentração do C orgânico solúvel no mesmo tempo. Os
níveis do catechol mudaram com o período de incubação
(Fig 4 a-c), mas com concentrações mais baixas que os
outros dois ácidos orgânicos (a concentração mais alta foi
0.45 µmol g-1).
Conclusões
Os adubos orgânicos de esterco de galinha e adubo
verde (Leucaena leucocephala) aumentaram o pH e a
CE nos três solos testados. Os níveis de C orgânico
solúvel diminuíram exponencialmente com o período
de incubação e os valores apressentaram diferenças
entre os solos testados, sendo maior no solo Wahiawa
e menor no solo Kealakekua, devido às diferenças na
capacidade de sorção do solo. A utilização de GC
permitiu a identificação dos LMWOA em solos ácidos.
Este estudo demonstrou efeitos benéficos (aumento na
concentração de K e Mg, e diminuição de Al e Mn)
pela aplicaçao de emendas orgânicas aos solos
estudados.
Agradecimentos
Os autores querem agradecer a Universiy of Hawai‛i
pelo apoio financiero.
Referências
[1] Hue, N.V.; Craddrock, G.R.; Adams F. 1986. Effect of organic
acids on aluminum toxicity in subsoils. Soil Science Society of
Am.erica Journal, 50: 28 – 34.
[2] van Hees, P.A.W.; van Hees, A.-M.T.; Lundstrom, U.S. 2001.
Determination of aluminum complexes of low molecular organic
acids in soil solutions from forest soils using ultra filtration. Soil
biology and Biochemistry. 33: 867 – 874
[3] Fox, T.R.; Comerford, N.B. 1990. Low molecular weight organic
acids in selected forest soils of the southeastern USA. Soil Science
Society of America Journal, 54: 1139-1144.
[4] Strobel, B.W. 2001. Influence of vegetation on low molecular weight
carboxylic acids in soil solutions, a review. Geoderma, 99: 169-198.
[5] USDA, Soil Conservation Service. 1976. Soil survey Laboratory data
and descriptions for some soils of Hawaii. 208 p.
[6] Mehlich, A. 1982. Mass analysis of P, K, Ca, Mg, Na, Mn, Zn, Cu, Fe,
in a single extracting solution. In: Comprehensive methods in soil testing,
chapter 8. Mimeo 1-82:13-26. North Carolina. Department. of
Agriculture., Raleigh, NC.
[7] Blau, K.; Halket, J. 1993. Handbook of derivatives of chromatography.
2nd ed. John Wiley & Sons, New York.
[8] Szmigielska, A.M.; van Rees, K.C.J.; Cieslinski, G.; Huang, P.M.
1996. Low molecular weight dicarboxylic acids in rhizosphere soil of
durum wheat. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 44: 1036-1040.
[9] Szmigielska, A.M.; van Rees, K.C.J.; Cieslinski, G.; Huang, P.M.
1997. Comparison of liquid and gas chromatography for analysis of low
molecular weight organic acids in rhizosphere soil. Communications in
Soil Science and Plant Analyses, 28: 99-111.
[10] Hue, N.V. 1992.Correcting soil acidity of highly weathered Ultisol
with chicken manure and sewage sludge. Communications in Soil Science
and Plant Analyses, 23: 241-264.
[11] Larsen, P.L. 2002. Dynamics of amelioration of aluminum toxicity
and base deficiency by organic materials in highly weathered acid soils.
Ph.D. dissertation, University of Queesland, Australia.
[12] Erdem, N.; Sözüdoğru, S. 2002. Effect of brewery sludge
amendments on some chemical properties of soil acid in pot experiments.
Bioresource Technology, 84: 271-273.
[13] Martinez, F.; Cuevas, G.; Iglesias, T.; Walter, I. 2002. Urban organic
wastes effects on soil chemical properties in a degraded semiarid
ecosystem.
[Online]:.http://www.dd.go.th/Wcss2002/papers/2103.pdf
Accessed February 2006.
[14] Pypers, P.; Verstraete, S.; Phan Thi, C.; Merckx, R. 2005. Changes in
mineral nitrogen, phosphorus availability and salt-extractable aluminum
following the application of green manure residues in two weathered soils
of South Vietnam. Soil Biology & Biochemistry, 37: 163-172.
[15] Hue, N.V.; Vega, S. and Silva, J.A. 2001. Manganese toxicity in
Hawaiian Oxisol affected by soil pH and organic amendments. Soil
Science Society of America Journal, 65: 153-160.
pH
Solos
Kealakekua (K)
Leilehua (L)
Wahiawa (W)
Tabela 1. Propriedades químicas dos solos utilizados na incubação
CE
Al
K
Ca
Mg
P
Mn
Zn
Å------ cmolc kg-1 ------Æ
Å---- mg kg-1 ----Æ
dS m-1
5.0
0.13
0.24
0.1
2.34
0.6
5.99
4.9
0.08
1.45
0.3
2.02
1.1
7.76
4.4
0.24
1.40
0.5
1.82
0.5
20.51
pH e CE (1:1 água:solo), Al (KCl 1M), os outros nutrientes (Mehlich 3).
2.2
23.1
904.1
2.47
4.52
9.67
Tabela 2. Algumas propriedades químicas dos materiais orgânicos utilizados no experimento
pH
EC
Al
Ca
K
Mg
P
B
Mn
Mo
1:1
Material orgânico
dSm-1
Å-------------------% ------------------------Æ
Å--------- mg kg-1---------Æ
Esterco de galinha (C)
Adubo verde (G)
7.9
5.7
26.4
3.4
0.25
0.01
6.17
0.64
1.14
0.44
0.42
0.16
1.12
0.05
23.7
31.2
256.5
22.2
0.58
0.11
pH e CE (1:1 água:material orgânico), os nutrientes foram determinados após o processo de secado.
Solos e
tratamentos*
K
KG
KC
2
5.0 ±
0.01
5.5 ±
0.5
6.1 ±
0.06
14
4.6 ±
0.17
5.2 ±
0.02
5.2 ±
0.43
Tabela 3. Mudanças do pH e CE nos solos ao longo do período de incubação
pH
CE (dS m-1)
Tempo (dias)
Tempo (dias)
28
42
56
2
14
28
5.1 ±
5.1 ±
5.0 ±
0.40 ±
0.47 ±
0.39 ±
0.01
0.04
0.01
0.01
0.07
0.05
5.1 ±
5.5 ±
5.5 ±
0.42 ±
0.56 ±
0.43 ±
0.01
0.08
0.04
0.09
0.01
0.02
5.4 ±
5.4 ±
5.7 ±
0.63 ±
0.81 ±
0.65 ±
0.03
0.03
0.02
0.01
0.05
0.04
42
0.39 ±
0.02
0.48 ±
0.03
0.66 ±
0.04
56
0.40 ±
0.02
0.47 ±
0.02
0.68 ±
0.01
6.0 ±
4.8 ±
5.1 ±
5.6 ±
5.5 ±
0.36 ±
0.42 ±
0.35 ±
0.37 ±
0.29 ±
0.03
0.11
0.03
0.04
0.01
0.03
0.01
0.0
0.01
0.01
LG
5.9 ±
4.7 ±
5.2 ±
5.4 ±
5.6 ±
0.53 ±
0.4 ±
0.46 ±
0.52 ±
0.30 ±
0.1
0.01
0.02
0.01
0.04
0.11
0.10
0.04
0.01
0.10
LC
6.0 ±
5.0 ±
5.4 ±
5.9 ±
5.7 ±
0.67 ±
0.77 ±
0.82 ±
0.92 ±
0.46 ±
0.0
0.04
0.04
0.4
0.02
0.03
0.01
0.12
0.07
0.06
W
5.1 ±
4.6 ±
5.2 ±
5.5 ±
5.5 ±
0.34 ±
0.39 ±
0.32 ±
0.38 ±
0.31 ±
0.02
0.02
0.06
0.08
0.01
0.02
0.03
0.02
0.02
0.02
WG
5.0 ±
4.6 ±
5.5 ±
5.4 ±
5.7 ±
0.51 ±
0.56 ±
0.41 ±
0.44 ±
0.31 ±
0.39
0.0
0.04
0.03
0.02
0.0
0.08
0.03
0.06
0.02
WC
6.2 ±
4.7 ±
5.5 ±
5.5 ±
5.6 ±
0.68 ±
0.69 ±
0.59 ±
0.69 ±
0.48 ±
0.42
0.01
0.07
0.0
0.04
0.02
0.02
0.04
0.06
0.03
Os valores correspondem às medias de três valores e ao erro padrão* Control Kealakekua: K; Kealakekua + adubo verde: KG; Kealakekua +esterco
de galinha: KC; Control Leilehua: L; Leilehua + adubo vrede: LG; Leilehua + esterco de galinha: LC; Control Wahiawa: W; Wahiawa + adubo verde:
WG; Wahiawa + esterco de galinha: WC.
L
Figura 1. Mudanças no C orgânico soluvel (µmol g-1 de solo) durante o período de incubação para os solos testados.
b: Leilehua
U
AG
UG
AC
30
c: Wahiawa
20
10
0
0
14
28
42
0
56
14
28
42
OC
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
56
0
14
Tempo de incubação(dias)
Tempo de incubação (dias)
O
OG
UC
(umol/g)
21
18
15
12
9
6
3
0
A
(umol/g)
(umol/g)
a: Kealakekua
28
42
56
Tempo de incubação (dias)
* Figura 2. Concentração de ácido acético nos solos testados (a) A: Kealakekua control, AG: Kealakekua + adubo verde, AC: Kealakekua + estreco de galinha; (b) U: Leilehua control, UG: Leilehua + adubo verde, UC:
Leilehua + esterco de galinha; (c) O: Wahiawa control, OG: Wahiawa + adubo verde, OC: Wahiawa + esterco de galinha.
b: Leilehua
a: Kealakekua
U
AG
UG
30
60
40
20
O
OG
UC
umol/g
AC
umol/g
umol/g
80
c: Wahiawa
A
20
10
0
0
0
14
28
42
0
56
14
Tempo de incubação(dias)
28
42
50
40
30
20
10
0
56
OC
0
14
Tempo de incubação(dias)
28
42
56
Tempo de incubação (dias)
Figura 3. Concentração de ácido oxálico nos solos testados (a) A: Kealakekua control, AG: Kealakekua + adubo verde, AC: Kealakekua + estreco de galinha; (b) U: Leilehua control, UG: Leilehua + adubo verde, UC: Leilehua
+ esterco de galinha; (c) O: Wahiawa control, OG: Wahiawa + adubo verde, OC: Wahiawa + esterco de galinha.
a: Kealakekua
c: Wahiawa
b: Leilehua
A
OG
UG
AC
0.5
O
U
AG
0.5
0.4
0.5
UC
0.2
umol/g
umol/g
(umol/g)
0.3
0.3
0.2
0
0
14
28
42
Tempo de incubação (dias)
56
0.2
0
0
0
0.3
0.1
0.1
0.1
OC
0.4
0.4
14
28
42
Tempo de incubação (dias)
56
0
14
28
42
56
Tempo de incubação (dias)
Figura 4. Concentração de catechol nos solos testados *(a) A: Kealakekua control, AG: Kealakekua + adubo verde, AC: Kealakekua + estreco de galinha; (b) U: Leilehua control, UG: Leilehua + adubo verde, UC: Leilehua +
esterco de galinha; (c) O: Wahiawa control, OG: Wahiawa + adubo verde, OC: Wahiawa + esterco de galinha.