Matéria orgânica de Latossolos Húmicos: análises térmica e espectroscópica, efeito do uso e correção química

Abstract

Este estudo teve por objetivo principal contribuir na elucidação de vários aspectos relacionados com o comportamento da matéria orgânica (MO) em solos altamente intemperizados. Foram coletadas seis amostras de Latossolos com horizonte A húmicos em três regiões de Minas Gerais: i) Sericita, (sob café, pastagem, samambaias e fragmento de Mata Atlântica); ii) Mutum (sob fragmento de Mata Atlântica); e iii) Araçuaí (sob Cerrado). Amostras compostas foram obtidas para as camadas entre 0-10 e 60-100 cm de profundidade no horizonte A. Para a região de Sericita também foram coletadas amostras da serapilheira produzida sob café, pastagem e fragmento de Mata Atlântica para a analise comparativa da composição lipídica. Os lipídios (do solo e da serapilheira) foram extraídos com diclometano/metanol (3:1, v/v) utilizando sistema Soxhlet e analisados por cromatografia a gás e espectrometria de massa. As amostras de solo, coletadas em todas as regiões foram submetidas ao procedimento de extração e purificação dos ácidos húmicos (AH) e fúlvicos (AF), os quais foram caracterizados por análise elementar; espectroscopia no UV- visível e no infravermelho (FTIR), ressonância magnética nuclear (13C-RMN) e termodegradação por dessorção (280 °C) e pirólise (610 °C). Em Sericita na camada de 0-10 cm, o solo sob mata natural apresentou maior teor de lipídios que o solo cultivado. Houve preservação seletiva no horizonte húmico de biopolímeros alifáticos originados da serapilheira, com acúmulo entre 60-100 cm. Detectou-se também maior preservação de compostos alcanos de cadeia curta em solo sob vegetação natural. A composição lipídica sobre diferentes agroecossistemas permitiu avaliar mudanças relacionadas com o uso da terra. As técnicas aplicadas no estudo dos AH e AF foram eficientes para elucidar as diferenças estruturais entre essas frações, assim como suas modificações no perfil do solo. Por meio do UV-visível foi possível evidenciar a contribuição de pigmentos melânicos de origem fúngica como explicação do escurecimento observado em subsuperfície do horizonte A húmico. Os espectros no FTIR revelaram que os AH extraídos da região de Cerrado apresentaram menor processo de descarboxilação, desidratação, condensação e aromatização que aqueles extraídos em regiões de Mata Atlântica. A caracterização dos AH através do 13C RMN indicou uma rota de humificação no sentido da diminuição de grupamentos alquílicos e aumentos na região de sinal do Caromático. Os resultados da termodegradação mostraram que AH e AF extraídos na superfície são estruturalmente mais ricos que aqueles de subsuperfície e, que sob vegetação natural há maior proporção de compostos nitrogenados na estrutura húmica da MO. Os resultados também indicaram que o aumento no sinal do C-aromático foi devido à presença de benzenos e tolueno. Detectou-se maior proporção de estruturas ricas em polissacarídeos nos AF extraídos entre 60- 100 cm de profundidade, revelando importantes movimentações desses ácidos no perfil. Nos primeiros 10 cm, o uso agrícola do solo promoveu reduções nos compostos alifáticos e nitrogenados na estrutura dos AH e, de compostos fenólicos, de lignina, ácidos graxos e nitrogenados na estrutura dos AF. A termodegradação por dessorção e pirólise revelou que o aumento do grau de aromaticidade (~20%) verificado por 13C-RMN para os AH extraídos entre 60-100 cm, correspondeu principalmente à incorporação estrutural de compostos nitrogenados heterocíclicos. Os processos que conduziram à estabilização estrutural envolveram acúmulos de compostos nitrogenados, aromáticos e alifáticos em AH e de compostos aromáticos e fenólicos em AF. As características carboxílicas e fenólicas dos AF os tornam componentes chaves nos processos de complexação e translocação de Fe e Al nesses horizontes tropicais húmicos. Em razão da intensa utilização dos Latossolos Húmicos com cultivos de café e pastagem na região de Sericita, avaliou-se, paralelamente, o impacto de práticas agrícolas como calagem, adubação fosfatada e adição de fonte de carbono (sacarose) lábil na decomposição da MO. Para tanto, foi montado um experimento em delineamento inteiramente casualizado num esquema fatorial 5x2x2, sendo cinco níveis de calagem (0; 0,5; 1; 2 e 3 vezes a quantidade necessária para elevar a saturação de bases do solo a 60%), dois níveis de adubação fosfatada (com e sem) e dois níveis de fonte de C lábil na forma de sacarose (com e sem). Curvas de respiração foram estabelecidas a partir das quantidades acumuladas de C-CO2 liberado durante 136 dias e ajustadas ao modelo de cinética de primeira ordem. Após o período de incubação foram avaliados o C total do solo e das frações humificadas (humina, húmico e fúlvico). A produção total de C-CO2 acumulado no tempo foi afetada positivamente pela presença de sacarose. A fração fúlvica do solo tendeu a aumentar com a adição de sacarose e reduzir com a presença de fosfato. Observou-se também, com a calagem, redução do C da fração ácido húmico, e incremento no C da fração humina. Os resultados indicam que práticas agrícolas como calagem, adubações fosfatadas e adições de resíduos na forma de C-lábil alteram a dinâmica do C da matéria orgânica de Latossolos com horizontes A húmicos.

The objective of this study was to contribute to the clarification of several aspects related to the behavior of organic matter (OM) in highly weathered tropical soils. Six samples of humic A horizon Latosol were collected from three sites in Minas Gerais: i) Sericita, (under coffee crop, pasture, ferns and Atlantic Forest fragment); ii) Mutum (under Atlantic Forest fragment); and iii) Araçuaí (under Savanna). Composed samples were obtained for the 0-10 and 60-100 cm deep layers in the A horizon. At the Sericita site, samples of litter under coffee crop, pasture and Atlantic Forest fragment were collected for comparative analyses of lipid composition. Lipids (from litter and soil) were Soxhlet-extracted with dichloromethane/methanol (3:1 v/v) and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Soil samples collected from all the sites were processed for extraction and purification of humic (HA) and fulvic (FA) acids, which were characterized by elemental analysis; UVvisible and infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (13C-NMR) and thermal desorption (280 °C) and true pyrolysis (610 °C). In Sericita, the soil under the forest, in the 0-10 cm layer, showed higher lipid content than the soil under cultivation. There was selective preservation of alyphatic biopolymers from the litter, accumulating in the 60-100 cm layer. It was also detected a greater preservation of short chain alkanes in soils under forest. The lipid composition under different agroecosystems allowed the evaluation of changes related to land use. The techniques used for analyzing HA and FA were efficient to elucidate the structural differences between these frations, as well as the changes in the soil profile. The UV-visible spectroscopy showed the contribution of fungal melanin pigments as the most probable cause for the darker color of the humic subsurface A horizon. FTIR spectra revealed that HA extracted from the Savanna site showed less decarboxylation, dehydration, condensation and aromatization than the ones from Atlantic Forest sites. HA characterization through 13C - RMN indicated a humification pathway tending to decrease alkyl groups and increase the C-aromatic signal region. Thermodegradation showed that HA and FA extracted from topsoil were structurally more diverse than those from the subsurface and under natural vegetation there was more N-compounds in the humic structure. The results also indicated that the increase in the C-aromatic signal was caused by benzenes and toluenes. Higher proportion of polysaccharides was detected in FA from the 60-100 cm layer, revealing important movements of these acids in the soil profile. In the topsoil, the agricultural use of the soil caused reduction in aliphatics and N-compounds at the HA structure, and phenolic, lignin, fatty acids and N- compounds at the FA structure. Thermodegradation by desorption and pyrolysis showed that the increase in aromatic level (~20%) verified by 13C-NMR for HA extracted between 60-100 cm corresponded mainly to the structural incorporation of heterocyclic N-compounds. The structural stabilization involved accumulation of Ncompounds, aromatic and aliphatic compounds in HA, and aromatic and phenolic compounds in FA. The carboxylic and phenolic attributes of FA are key components in complexation and translocation of Fe and Al in tropical humic horizons. Because the intense use of humic Latosols with coffee crop and pasture in Sericita, the impact of agricultural practices such as liming, fertilization and incorporation of labile carbon sources (C) on OM decomposition was evaluated in parallel. The experiment arranged in a complete randomized design, in a 5x2x2 factorial scheme, with five liming levels (0; 0.5; 1; 2 and 3 times the amount needed to increase base saturation to 60%), two levels of phosphate (with and without) and two levels of labile C source as sucrose (with and without). Respiration curves were established from the accumulated CO2 liberated during 136 days and then fitted to the first order kinetic model. Following the incubation period, C total in the soil and humic fractions (fulvic, humic and humin) were evaluated. The total C-CO2 production accumulated over time was positively affected by the sucrose. The fulvic acid fraction in the soil tended to increase with sucrose addition, but reduced in presence of phosphate. Liming caused reduction in C of the humic acid fraction but increased C of the humin fraction. Results indicated that agricultural practices such as liming, phosphate fertilizations and addition of residues in the form of labile C changed the C dynamics in organic matter of humic Latosols.