Ciências Agrárias
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Item Soil and tree X-ray spectroscopy analysis of Brazilian tropical mangrove ecosystem(Universidade Federal de Viçosa, 2018-02-23) Alves, Elton Eduardo Novais; Costa, Liovando Marciano da; http://lattes.cnpq.br/5049602032518474The present research has been performed in Concha D’Ostras Sustainable Development Reserve (CDSDR), Guarapari, Espírito Santo state, Southeast Brazil. We assess the mangrove soil and tree chemical composition and speciation by X-ray fluorescence (XRF) and absorption (XANES) spectroscopy techniques, collected in synchrotron radiation laboratories at Stanford University, California (SSRL), and CNPEM, Campinas-SP (LNLS). The present thesis was structured in four chapters, being three chapters have been wrote as scientific manuscripts. The Chapter I contains basic informations about the main research topics: 1) Mangrove ecosystems; 2) Spectroscopy techniques; and 3) Dendrochemistry studies. In the Chapter II, we compared the biogeochemistry of better preserved (P1) and contaminated (P2) tropical Brazilian mangrove soils in terms of elemental composition, pH and reduction- oxidation (redox) potential (Eh), and S speciation. XRF analysis showed unique depth-distributions of S, Fe, Cl, Ca, K, Ti, Cr, Br, Sr, and Zr in each area. Sulfur K-edge XANES spectroscopy showed that the mangrove location and conservation state influenced the soil S speciation. Pyrite (FeS 2 ) was the dominant S mineral (~50% of S) found in both soil profiles, and more abundant organic and elemental S (S-org and S 0 ) in profile P1 indicated greater microbiological activity in the better preserved mangrove site. A decrease in the proportion of SO 42- with depth in P1 following a decrease on Eh. However, in profile P2 we verified an increase in the SO 42- in deeper soil layers, indicating greater influx of from seawater. In essence, S speciation was directly influenced by seawater encroachment. In the Chapter III we evaluated the effect of tender X-ray radiation (2.4-2.6 keV) in the sulfur species present in environmental samples under cryo-temperature (115±5 K) to minimize the radiation-damage during S K-edge XANES analysis. We performed six sequential S K-edge XANES (2.4 to 2.6 keV) in pure standards (S 8 and FeSO 4 .7H 2 O), environmental samples (Pyrite, Frozen and Lyophilized Mangrove Soil), and a mixture of S 8 + Starch. Tender X-ray synchrotron radiation-damage resulted in the reduction of sulfur only in the carbon rich sample (S 8 + Starch). The cold finger at 115 K was effective in minimize the radiation-damage. Thus, it is recommended to use the cold finger during the S K-edge XANES data for those samples that are rich in organic carbon for environmental studies. Powder samples are recommended (as lyophilized soil) because they are simpler to mount, in order to obtain more homogenous sample, and avoid the analysis of gaseous sulfur species, which is important when the objective is to study only the solid state phases in the sample. In the Chapter IV we aimed to assess the Ca distribution and speciation into Avicennia mangrove tree, using μXRF and Ca K-edge μXANES analysis (5 μm beam size) combined with multivariate analysis during data process. Increment cores were extracted from the Avicennia mangrove at CDSDR and were analyzed by XRF and XANES techniques at SSRL. The Ca content was greater in internal part of wood (heartwood) than in the external part (sapwood) and showed a systematic distribution into tree-rings, being possible to use this data to identify “chemical-rings” in the sample. The PCA and cluster multivariate analysis showed that Ca species are distinct in the sapwood (more calcium oxalate and carbonate) and heartwood (more calcium sulfate), which can be related to a Ca role in the plant, as structural (heartwood) or a labile form (sapwood). This study showed that multivariate analysis of Ca speciation data and the Ca distribution in the tree-ring, using a microprobe X- ray spectroscopy, provide valuable information about chemical records in the mangrove tropical tree-rings.Item Efeito do metassilicato de cálcio nas propriedades químicas de um Latossolo Vermelho-Amarelo cultivado com arroz e feijão(Universidade Federal de Viçosa, 2014-02-25) Alves, Elton Eduardo Novais; Fontes, Renildes Lúcio Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5049602032518474O metassilicato de cálcio (CaSiO3) e o carbonato de cálcio (CaCO3) corrigem a acidez do solo reagindo de forma similar quando aplicados em quantidades equivalentes, sendo o CaCO3 considerado o corretivo padrão com valor neutralizante igual a 100 %. No Capítulo I, foi avaliada a eficiência do CaSiO3 na correção da acidez do solo em relação ao CaCO3. Foram ajustadas curvas de neutralização da acidez para um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (LVAd) a partir da incubação de amostras de 200 g do LVAd com a adição de doses de CaSiO3 e CaCO3 P.A. A incubação ocorreu durante 15 dias, mantendo-se a mistura solo-corretivo com 73 % do equivalente de umidade do solo. Após a incubação foram ajustadas regressões polinomiais dos dados de pH das misturas solo-CaSiO3 e solo-CaCO3 em função das doses de cada corretivo aplicado. O CaSiO3 corrigiu, no máximo, 75 % da acidez em comparação ao CaCO3 (64,5 % em equivalente de CaCO3), sendo que este valor tendeu a diminuir com o aumento do pH do solo. A eficiência de 75 % do CaSiO3 representa a eficiência teórica levando-se em consideração as reações químicas de polimerização do H4SiO40 que ocorrem quando o CaSiO3 é adicionado ao solo. Essa reação de polimerização é responsável pelo menor poder de neutralização do CaSiO3 comparado ao CaCO3. Na polimerização são formados polímeros de Si com baixo pKa, havendo a liberação de H+ que diminui a eficiência do CaSiO3 na correção da acidez do solo. A titulação de uma mistura CaSiO3-HCl (titulação após 16 horas de reação) com NaOH mostrou intensa reação de polimerização do H4SiO40. Nos Capítulos II e III foram avaliadas a efetividade do CaSiO3 na neutralização da acidez do solo em profundidade e na mobilidade de elementos químicos no perfil do solo, assim como seu efeito na nutrição e crescimento das plantas de uma cultura acumuladora de Si (arroz) e de uma não acumuladora (feijão). O experimento foi montado no delineamento em blocos casualizados com três repetições, no esquema de parcelas subdivididas, combinando-se três corretivos (CaSiO3, CaCO3 e CaSO4) e duas culturas (arroz e feijão) nas parcelas, e as oito profundidades nas subparcelas. As plantas de arroz e feijão cresceram em tubos de PVC preenchidos com o LVAd em casa de vegetação, irrigando-se a cada 3 d com água equivalente a uma chuva torrencial de 45 mm. Após 38 dias de crescimento, as plantas foram colhidas e amostras do solo e das raízes foram coletadas em oito profundidades (a cada 5 cm) na camada de 0 a 40 cm de solo. Foi medida a área das folhas, a biomassa da parte aérea e radicular e realizada a análise química de amostras das folhas e do solo.Os dados foram analisados por meio de contrastes (teste F, com α = 1, 5 e 10 %). As reações do CaSiO3 e CaCO3 não diferiram quanto à correção do pH e neutralização do Al3+ em profundidade. A movimentação do Ca2+e Mg2+ foi proporcionalmente maior ao se aplicar o CaSO4 e o CaCO3 movimentou mais Ca2+e menos Mg2+que CaSiO3. No solo cultivado com feijão, o CaSiO3 promoveu maior mobilidade do Mg2+ que o CaCO3, não havendo diferença quando cultivado com arroz. Houve aumento expressivo na disponibilidade de Si ao se aplicar CaSiO3, entretanto a mobilidade do Si no solo foi baixa. CaCO3 e CaSiO3 mostraram eficiências semelhantes quanto à correção da acidez. A aplicação do CaSiO3 em comparação ao CaCO3 mostrou vantagens quanto ao crescimento da massa da parte aérea das plantas de arroz e feijão, e distribuição das raízes no solo. A associação do CaSO4 com os corretivos de acidez, principalmente o CaSiO3, favoreceu o maior crescimento das raízes de feijão em profundidade. Mesmo não sendo uma planta acumuladora de Si, o feijão apresentou conteúdo de Si semelhante ao do arroz, quando houve alta disponibilidade de H4SiO4 no solo. Os elementos metálicos, como o Al, Fe e Mn, foram fortemente influenciados pelo H4SiO4 no solo e na planta, com diminuição dos teores e conteúdo nos tecidos vegetais, principalmente na espécie acumuladora de Si. Isso destaca o papel importante do CaSiO3 na minimização dos possíveis efeitos tóxicos desses elementos metálicos nas plantas, não apenas pelo efeito do pH, mas também pela associação desses elementos com as diversas formas de Si amorfo (sílica) no solo e na planta.