XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso Peruano de la

XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso
Peruano de la Ciencia del Suelo
“EDUCAR para PRESERVAR el suelo y conservar la vida en La Tierra”
Cusco – Perú, del 9 al 15 de Noviembre del 2014
Centro de Convenciones de la Municipalidad del Cusco
PLANTILLA DEL RESUMEN EXTENDIDO
COR E COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE CLASSES DE SOLOS DO
NORDESTE DO ESTADO DE SÃO PAULO
Bahia, A.S.R.S.1*; Marques Jr., J.1; Camargo, L.A.1; Teixeira, D.B.1; Ferroni, A.D.1;
Filla, A.V.1; La Scala, N.1
1Faculdade
de Ciências Agrárias e Veterinárias Unesp, Campus de Jaboticabal
*Autor de contato: Email: [email protected] Via de Acesso Professor Paulo Donato
Castellane Depto de Solos e Adubos Jaboticabal, São Paulo, Brasil 55 1632092601.
RESUMO
Este trabalho teve como objetivo caracterizar a cor e o comportamento espectral de
classes de solos do nordeste do estado de São Paulo, Brasil. Foram escolhidos seis
tipos de solos de uma área experimental que representam esta região. Os solos foram
classificados como Latossolo Vermelho eutroférrico, Latossolo Vermelho distroférrico,
Latossolo Vermelho distrófico, Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico, Latossolo
Amarelo distrófico e Neossolo Quartzarênico órtico distrófico. A espectroscopia de
reflectância difusa mostrou-se uma técnica eficiente na identificação e quantificação
dos óxidos de ferro hematita e goethita, bem como na caracterização da cor do solo,
por meio da determinação dos índices matiz, valor e croma. Os constituintes
mineralógicos, a matéria orgânica, areia, argila e umidade foram atributos que
influenciaram significativamente as alterações das curvas espectrais, manifestando-se
na forma de bandas de absorções. A forma da curva espectral e a intensidade de
absorção em determinadas regiões do espectro foram diferenciados, mostrando que é
possível discriminar as diferentes classes de solos utilizando a espectroscopia de
reflectância difusa, sendo esta uma ferramenta útil para o mapeamento de solos.
PALAVRAS-CHAVE
Espectroscopia de reflectância difusa; mapeamento de solos; pedometria.
INTRODUÇÃO
A cor do solo é um dos atributos mais úteis para caracterizar os diferentes tipos de
solos, principalmente por sua determinação fácil e direta, constituindo importante fonte
de informação para a pedologia. O enquadramento de algumas classes de solos, já no
segundo nível categórico do atual Sistema Brasileiro de Classificação de solos, requer
que a cor da amostra do horizonte diagnóstico seja determinada por comparação com
os padrões existentes na escala de Munsell.
A determinação da cor é normalmente realizada em comparação à carta de
Munsell, observando o matiz (comprimento de onda da luz), o valor (brilho ou
tonalidade) e o croma (intensidade ou pureza em relação ao cinza) (Munsell, 1998).
No entanto, esse sistema visual apresenta grande subjetividade, pois fatores físicos e
psicofísicos podem interferir na sua determinação.
A cor do solo é função, principalmente, da presença de óxidos de ferro e matéria
orgânica, além de outros fatores, tais como a umidade e a distribuição do tamanho de
partículas (Fernandez and Schulze, 1992). Sendo o solo constituído de partículas
minerais e orgânicas que absorvem e dispersa luz incidente (Barrón and Torrent,
1986), Torrent and Barrón (1993) propuseram a determinação de cor, em laboratório,
por espectroscopia de reflectância difusa (ERD), utilizando os mesmos aparelhos
espectrofotométricos comuns em laboratórios, com pequenas adaptações.
O comportamento espectral do solo depende da sua composição química, física,
biológica e mineralógica, sendo a matéria orgânica e os óxidos de ferro os principais
atributos que afetam o comportamento espectral (Dalmolin et al. 2005). Devido o solo
apresentar variações na sua composição e a relação existente com a reflectância
espectral, pode-se predizer, de maneira confiável, rápida e não invasiva, as
características físicas e químicas do solo. Assim, o objetivo deste trabalho foi
caracterizar a cor e o comportamento espectral de classes de solos do nordeste do
estado de São Paulo, Brasil.
MATERIAL E MÉTODOS
Foram escolhidos seis tipos de solos de uma área de estudo localizada na região
nordeste do estado de São Paulo (Brasil), no Município de Guatapará, em uma
unidade experimental da Usina São Martinho. Os solos foram classificados como
Latossolo Vermelho eutroférrico (LVef), Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf),
Latossolo Vermelho distrófico (LVd), Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (LVAd),
Latossolo Amarelo distrófico (LAd) e Neossolo Quartzarênico órtico distrófico (RQod).
O material geológico está relacionado aos arenitos do Grupo Bauru, Formação
Adamantina, basaltos do Grupo São Bento, Formação Serra Geral, e material
retrabalhado basalto-arenito.
Para a obtenção dos espectros de reflectância difusa, foi tomado aproximadamente
1 g de solo e macerado em almofariz de ágata até uniformização de sua coloração e
foram colocados em porta-amostras com espaço cilíndrico de 16 mm de diâmetro. Os
valores de reflectância foram determinados em espectrofotômetro modelo Lambda 950
UV/Vis/NIR (PerkinElmer) acoplado com uma esfera integradora de 150 mm de
diâmetro. Informações mais detalhadas sobre a utilização deste método são
apresentadas por Torrent and Barrón (2008). Os espectros foram registrados a cada
0,5 nm no intervalo de comprimento de onda de 380 a 2380 nm. O branco (padrão)
utilizado como valor de referência foi o espectralon, feito de teflon refletivo da
Labsphere. Os espectros de reflectância foram utilizados para determinar os valores
de triestímulos XYZ definidos pela Comisión Internacional de L'Eclairage - CIE
(Wyszecki and Stiles, 1982). A partir das coordenadas XYZ foram deduzidos os
valores Munsell do matiz, croma e valor, utilizando o programa Munsell Conversion,
versão 6.4, conforme Barrón et al (2000) e Vicascarra Rossel (2011). Com base nos
valores de matiz, valor e croma foram calculados os índices de avermelhamento (IAV),
conforme Torrent et al (1980) e Barrón (1982) e o fator de avermelhamento (FV),
conforme Santana (1984). Os espectros de reflectância também foram utilizados para
análise de regressão de mínimos quadrados parciais (PLSR) para estimativa dos
teores de hematita e goethita e posterior cálculo da relação Hm/(Hm+Gt). A
determinação da matéria orgânica do solo (MO) foi realizada pelo método da oxidação
com dicromato e leitura em espectrofotômetro de acordo com a metodologia proposta
pela EMBRAPA (2009).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os matizes observados no campo variaram de 4,27 a 9,26 YR (Tabela 1), extremos
associados, respectivamente, às amostras correspondentes ao LVdf e LAd. Esta
variação de matizes é coerente com a amplitude normalmente verificada nas distintas
classes de Latossolos reconhecidas no Brasil.
Os solos mais amarelos (LVAd e LAd), devido à presença do mineral goethita,
apresentaram matizes elevados (7,84 e 9,26 YR, respectivamente). Estes mesmos
solos apresentaram os menores valores da relação Hm/(Hm+Gt), evidenciando
realmente a maior quantidade do mineral goethita em relação à hematita em sua
composição. Em contrapartida, os solos LVdf, LVd e LVef apresentaram os maiores
teores de hematita, devido aos altos valores da relação Hm/(Hm+Gt). Além destes
solos, o RQod demonstrou predomínio de hematita sobre goethita (Hm/(Hm+Gt) = 0,63).
A classificação dada a estes solos estão de acordo com os critérios recomendados
pela EMBRAPA (2006), na qual classificaram os solos da seguinte forma: IAV ≤ 1,8 =
solos amarelos; 1,9 ≤ IAV ≤ 3,3 = solos vermelho-amarelos; e IAV ≥ 3,4 = solos
vermelhos.
Tabela 1. Estatística descritiva dos atributos
Amostras
RQod
LAd
LVd
LVAd
LVdf
LVef
Matiz
5,88 YR
9,26 YR
5,51 YR
7,84 YR
4,27 YR
4,70 YR
Valor
3,58
4,66
3,29
3,91
2,97
3,24
Croma
5,15
3,99
5,83
4,71
6,57
6,49
IAV1(1)
5,93
0,63
7,96
2,60
12,68
10,62
IAV2(2)
0,10
0,00
0,16
0,01
0,42
0,30
FV(3)
5,56
1,60
6,26
3,36
7,94
7,30
Hm/(Hm+Gt)
0,63
0,17
0,75
0,24
0,76
0,71
MO(4)
16
20
19
25
27
33
RQod - Neossolo Quartzarênico órtico distrófico; LAd - Latossolo Amarelo distrófico; LVd - Latossolo
Vermelho distrófico; LVAd - Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico; LVdf - Latossolo Vermelho
distroférrico; LVef - Latossolo Vermelho eutroférrico. (1)IV1 = [(10-M*) x (C/V)] (Torrent et al., 1980). (2)IV2
= [(10-M*)3 x (Cx103)] / (Vx106) (Barrón, 1982). (3)FV = [(10-M*) + (C/V)] (Santana, 1984). M* = matiz em
escala YR (2,5 Y=12,5; 10 YR=10; 7,5 YR=7,5; 5 YR=5; 2,5 YR = 2,5). C = croma. V = valor. (4)MO –
matéria orgânica (g kg-1).
Observa-se grande variação entre os índices de avermelhamento IAV1 e IAV2, mas
estes seguem uma proporcionalidade entre si. Já o fator de avermelhamento diferiu
dos IAVs porque o cálculo proporciona maior peso ao matiz, em comparação com o
valor e croma (Santana, 1984).
A resposta espectral do solo também varia significativamente com o tipo e a
quantidade relativa de óxido de ferro. Estes fatores afetam a cor dos solos que,
consequentemente, corresponde à diminuição ou ao aumento da reflectância
(Epiphanio et al., 1992). Assim, a Figura 1 ilustra as seis curvas espectrais referentes
aos solos estudados. Por estas curvas verifica-se que os óxidos de ferro tiveram
influência nos solos LVef e LVdf, nas faixas espectrais de 400 a 550 nm e 800 a 900
nm, concordando com Epiphanio et al (1992). Quanto maior a concavidade dessas
regiões espectrais, maior o teor de óxidos de ferro destes solos. Além disso, os teores
de argila e óxidos de ferro elevados proporcionam uma reflectância menor a estes
solos. Observa-se no solo LAd uma proeminência por volta dos 460 nm característica
do mineral goethita, caracterizando este solo como amarelo, comprovado pelo matiz
9,26 YR (Tabela 1).
Figura 1. Curvas espectrais dos solos estudados, evidenciando as áreas de influência
de seus constituintes. RQod - Neossolo Quartzarênico órtico distrófico; LAd - Latossolo
Amarelo distrófico; LVd - Latossolo Vermelho distrófico; LVAd - Latossolo VermelhoAmarelo distrófico; LVdf - Latossolo Vermelho distroférrico; LVef - Latossolo Vermelho
eutroférrico
Nas faixas de 1400 e 1900 nm pode-se verificar a influência da água e das
hidroxilas (OH-) na absorção da radiação. Entretanto, os solos com baixos valores de
reflectância, como os Latossolos vermelhos apresentam estas bandas de absorção
com pouca profundidade e baixa expressão.
Verifica-se em todos os solos, na faixa entre 2100 e 2200 nm, uma forte absorção
pela caulinita. Isto ocorre devido às vibrações das hidroxilas de sua rede cristalina.
Nos solos com menores teores de óxidos de ferro (RQod e LAd) esta característica foi
bem marcante. Além disso, de acordo com as curvas espectrais dos solos RQod e
LAd pode-se dizer que são solos arenosos, visto que a presença de areia (quartzo) no
solo aumenta a reflectância em todo o espectro estudado. Associado a isto, os baixos
teores de matéria orgânica destes solos (Tabela 1) diminuem a absorção, aumentando
assim a reflectância (Epiphanio et al., 1992). Os solos LVdf e LVef apresentaram
claramente feições do mineral gibbsita, vistas na faixa de 2300 nm, concordando com
Epiphanio et al. (1992) e Demattê et al. (2000).
CONCLUSÕES
A espectroscopia de reflectância difusa é uma técnica eficiente na identificação e
quantificação dos óxidos de ferro hematita e goethita, bem como na caracterização da
cor do solo, por meio da determinação dos índices matiz, valor e croma.
Os constituintes mineralógicos, a matéria orgânica, areia, argila e umidade são fatores
que influenciam significativamente as alterações das curvas espectrais, manifestandose na forma de bandas de absorções.
O solo menos intemperizado, Neossolo Quartzarênico órtico distrófico (RQod)
apresentou intensidade de reflectância mais elevada que os mais desenvolvidos
Latossolos Vermelhos (LVef, LVdf, LVAd e LVd), devido às diferenças na sua
composição.
A forma da curva espectral e a intensidade de absorção em determinadas regiões do
espectro foram diferenciados, mostrando que é possível discriminar as diferentes
classes de solos utilizando a espectroscopia de reflectância difusa, sendo esta uma
técnica útil para o mapeamento de solos.
AGRADECIMIENTOS
À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pela
concessão de bolsa de pesquisa de doutorado à primeira autora.
BIBLIOGRAFIA
Barrón, V. and Torrent, J. 1986. Use of Kubelka-Munk theory to study the influence
of iron oxides on soil color. Journal of Soil Science 37:499-510.
Barrón, V. 1982. Estudio de las características cristalinas y color de las hematites
(a-Fe2O3) con substitución por aluminio. Córdoba, Universidade de Córdoba, 177p.
(Tese de Mestrado).
Barrón, V., Mello, J. W. V. and Torrent, J. 2000. Caracterização de óxidos de ferro
em solos por espectroscopia de reflectância difusa. In: Novais, F.R., Alvarez, V.H.,
Schaefer, C.E.G.R. (Eds.). Tópicos em ciência do solo. Viçosa. Sociedade Brasileira
de Ciência do Solo, p.139-162.
Dalmolin, R.S.D., Gonçalves, C.N., Klamt, E. and Dick, D.P. 2005. Relação entre os
constituintes do solo e seu comportamento espectral. Ciência Rural 35:481-489.
Demattê, J.A.M., Campos, R.C. and Alves, M.C. 2000. Avaliação espectral de solos
desenvolvidos em uma toposseqüência de diabásio e folhelho da região de Piracicaba,
SP. Pesquisa Agropecuária Brasileira 35:2447-2460.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Manual de análises
químicas de solos, plantas e fertilizantes. 2.ed. Brasília: Embrapa Informação
Tecnológica, 2009.
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Sistema Brasileiro de
classificação de solos. 2 ed. Rio de Janeiro: Embrapa/CNPS, 2006.
Epiphanio, J.C.N., Formaggio, A.R., Valeriano, M.D.M. and Oliveira, J.D. 1992.
Comportamento espectral de solos do Estado de São Paulo. São José dos Campos:
INPE, 132p.
Fernandez, R.N. and Schulze, D.G. 1992. Munsell colors of soils simulated by
mixtures of goethite and hematite with kaolinite. Zeitschrift. Pflanzenernähr Bodenk
155:473-478.
Kampf, N. and Schwertmann, U. 1983. Relações entre óxidos de ferro e a cor em
solos cauliníticos do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo 7:27-31.
Munsell color. 1998. Munsell color Munsell Soil Color Charts, NY.
Santana, D.P. 1984. Soil formation in a toposequence of Oxisols from Patos de
Minas region, Minas Gerais State, Brazil. West Lafayette, Purdue University, 129p.
(Tese de Doutorado).
Torrent, J. and Barrón, V. 1993. Laboratory measurement of soil color: theory and
practice. Soil color. Madison: Soil Science Society of Agronomy p. 21-33. (SSSA,
Special Publication, 31).
Torrent, J. and Barrón, V. 2008. Diffuse Reflectance Spectroscopy, in: Ulery, A.L.,
Drees, L.R. (Eds.), Methods of Soil Analysis. Part 5. Mineralogical Methods, SSSA
Book Series, no. 5. Soil Science Society of America Journal, pp. 367-385.
Torrent, J., Schwertmann, U. and Schulze, D.G. 1980. Iron oxide mineralogy of
some soils of two river terrace sequences in Spain. Geoderma 23:191-208.
Viscarra Rossel, R.A. 2011. Fine-resolution multiscale mapping of clay minerals in
Australian soils measured with near infrared spectra. Journal of Geophysical Research
116:1-15.
Wyszecki, G. and Stiles, W.S. 1982. Color science: concepts and methods,
quantitative data and formulae 2 ed. New York, John Wiley & Sons, 976 p.