Adsorção e disponibilidade de arsênio em solos com diferentes composições mineralógicas

Abstract

A presença de metais pesados e metalóides tóxicos nas diferentes esferas (ar, água, solo, etc.) tem causado constante preocupação no âmbito da saúde pública e ambiental. O arsênio (As) é um metalóide com grande potencial de toxicidade e seu teor médio global em solos não contaminados é de 5 a 6 mg kg-1. No entanto, características físicas, químicas e mineralógicas do solo governam sua mobilidade e transferência para a cadeia trófica. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a adsorção de As e avaliar diferentes extratores químicos quanto à capacidade de predizer a disponibilidade de As em solos com diferentes composições mineralógicas. Foram selecionados cinco solos, sendo três Latossolos, um Argissolo e um Cambissolo. Estes solos, com textura variando de argilosa a muito argilosa, receberam aplicação de cinco doses de As que variaram de 0 a 1.060 mg dm-3. As doses aplicadas foram equivalentes a 0; 0,05; 0,1; 0,2 e 0,4 vezes a capacidade máxima de adsorção de As (CMAAs). Os solos foram cultivados com Sorgo (Sorghum bicolor) e Crotalária (Crotalaria spectabilis). Estas espécies foram selecionadas buscando-se contrastar espécie sensível com espécie tolerante ao As, sendo o sorgo tolerante e a crotalária sensível. A disponibilidade de As no solo foi avaliada por meio de cinco extratores químicos: Mehlich 1, Mehlich 3, Ca(H2PO4)2 (7,43 mmol L-1 de Ca(H2PO4)2 em ácido acético), DTPA e resina trocadora de ânions (AR 103-QDP). Amostras da fração argila de cada solo foram submetidas à análise de difração de Raios-X e análise termogravimétrica (ATG), possibilitando, juntamente com os dados da caracterização química, estimar a composição mineralógica dos solos. A capacidade máxima de adsorção de arsênio (CMAAs) foi estimada com auxílio das isotermas de Langmuir. Antes do cultivo foi realizada correção do pH e aplicado As na forma de As2O3, devidamente preparado para se obter As exclusivamente de valência +5. Após um período de três meses de cultivo foi coletado todo o material vegetal existente em cada vaso (raiz, caule e folha) para determinação de biomassa produzida e dos teores de As (ICP-OES). Os solos apresentaram grande variação na proporção de argila, refletindo na CMAAs, que variou de 1,21 a 2,65 g kg-1, com valores superiores para os Latossolos. Houve também grande variação nas quantidades de hematita (Hm), goethita (Gt), gibbsita (Gb) e caulinita (Ct). A CMAAs correlacionou-se significativamente com as quantidades de Gb e Ct, sendo positiva para o primeiro mineral e negativa para o segundo. Os minerais Hm e Gt, isoladamente, não apresentaram correlação significativa, mas a soma destes minerais apresentou a melhor correlação com a CMAAs. No entanto, o atributo do solo que melhor prediz a CMAAs foi o Fe extraído por ditionito-citrato-bicarbonato. Na avaliação dos extratores químicos para estimativa do As biodisponível, foi verificada correlação significativa entre o teor disponível pelos diferentes extratores e o conteúdo de As apenas para as plantas de sorgo. Para esta espécie, todos os extratores químicos apresentaram correlação significativa, sendo o maior coeficiente de correlação obtido com Ca(H2PO4)2 e o menor com a resina. No entanto, o teor disponível de As pelos extratores DTPA e resina foram próximos a zero mesmo nas maiores doses de As aplicado, onde foram observados conteúdos expressivos de As na planta. Portanto, estes extratores não apresentaram capacidade preditiva da biodisponibilidade de As nos solos estudados. Ajustando as equações de regressão do teor disponível em função das doses aplicadas foi possível observar maior sensibilidade às diferenças químicas, físicas e mineralógicas dos solos pelo extrator Ca(H2PO4)2, possuindo portanto maior sensibilidade à capacidade tampão de arsenato dos solos. Assim, a capacidade preditiva da disponibilidade de As nos solos estudados segue a seguinte ordem decrescente: Ca(H2PO4)2 > Mehlich 3 > Mehlich 1. O teor total de As no solo que condicionou a redução de 50 % da produção de biomasssa (T50) foi em média igual a 420 mg dm-3 para a crotalária e 634 mg dm-3 para o sorgo. Estes valores equivalem ao teor disponível pelo extrator Ca(H2PO4)2 de 29,05 e 51,27 mg dm-3 para a crotalária e o sorgo, respectivamente. Portanto, o teor disponível de As que leva a redução de 50 % da biomassa produzida representa aproximadamente 7,5 % do As total do solo. Isto mostra que a utilização de teores totais, adotado pela legislação brasileira, é bastante conservadora, prezando pelo princípio da precaução.Heavy metals and toxic metalloids presence in different environments (air, water, soil, etc.) have caused constant environmental and public health concern. Arsenic (As) is a metalloid with great toxicity potential and its overall concentrations on natural soils is about 5 to 6 mg kg-1. However, physical, chemical and mineralogical soil characteristics play a fundamental hole an As mobility and transfer to the food chain. The aim of this study was to characterize the adsorption of As and evaluate the potential of different chemical extractants to predict the As availability in soils with different mineralogical compositions. The experiment was set up using five soils type: three Latossols, one Argisol and one Cambisol, presenting clay or heavy clay texture. The soils received five doses of As, ranging from 0 to 1,060 mg dm-3, which was corresponding to 0, 0.05, 0.1, 0.2 and 0.4 times the maximum adsorption capacity of As (CMAAs). The soils were cultivated with sorghum (Sorghum bicolor) and crotalaria (Crotalaria spectabilis). These species were selected trying to contrast the sensitive species with tolerant species to As. The available As in the soil was evaluated by five extractants: Mehlich 1, Mehlich 3, Ca(H2PO4)2 (Ca(H2PO4)2 7.43 mmol L-1 with acetic acid), DTPA and anion exchange resin (AR-103 QDP). Clay samples were submitted to X-ray diffraction and thermogravimetric (TGA) analysis, allowing, together with data from chemical characterization, to estimate the soil mineralogical composition. The CMAAs was estimated adjusting the data to the Langmuir isotherm. Before the cultivation, the soil pH´s was adjusted to 5.5 and As applied in the form of As2O3, properly prepared to obtain exclusively +5 valence. Three months after the planting time, all plant material was collected (root, stem and leaf) for determination of biomass production and the As content (ICP-OES). The soils showed a large clay proportion, reflecting the CMAAs, which varied from 1.21 to 2.65 g kg-1, with higher values belonging to Latossols. There was also wide variation in the amounts of hematite (Hm), goethite (Gt), gibbsite (Gb) and kaolinite (Ka). The CMAAs correlated significantly with the Gb and Ct amount, being positive for the first mineral and negative for the second. Hm and Gt minerals alone did not show significant correlation, however the sum of these minerals showed the best correlation with CMAAs. The soil attribute that best predicts the CMAAs was the content of iron extracted by ditionite- citratebicarbonate. By assessing the chemical methods to estimate the available As, there was a significant correlation between the available content by different extractants and the As-sorghum content. For that plant, all the chemical extractants showed significant correlation, being the highest correlation coefficient obtained for Ca(H2PO4)2 and the smallest for resin. The available As content by DTPA and resin, however, were close to zero even at the highest levels of As applied where expressive As contents were observed in the plant. Therefore, these extractants showed no ability to predict the soil available As. Adjusting regression equations between available As content and applied doses, greater sensitivity to different chemical, physical and mineralogical soil could be observed by the Ca(H2PO4)2 extractor, having greater sensitivity to arsenate buffer capacity of the soils. Thus, the predictive ability of available As in the soils follows this order: Ca(H2PO4)2> Mehlich 3> Mehlich 1. The total As soil content that leads to a 50% of biomasss reduction (T50) was about 420 mg dm-3 for crotalaria and 634 mg dm-3 for sorghum. These values correspond to the content available by Ca(H2PO4)2 extractor, 29.05 and 51.27 mg dm-3 for the crotalaria and sorghum, respectively. Therefore, available As content that leads to 50% of biomass reduction is approximately 7.5% of the total As in the soil. This shows that the use of total content, legislation adopted by Brazil, is very conservative, respecting the principle of precaution.