A adição de xisto retortado aumenta a retenção do carbono de resíduos vegetais no solo

The addition of retorted oil shale increases carbon retention of plant residues in the soil

Resumos

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de curto prazo e o residual de doses de xisto retortado (XR) sobre a retenção do C de resíduos culturais no solo. Foram avaliadas a mineralização e a retenção de C de folhas e talos de soja enriquecidos com ¹³C, em solo com e sem histórico de aplicação de XR e na presença e na ausência de doses crescentes de XR. Houve efeito de curto prazo do XR sobre a retenção de C no solo. Esse efeito ocorreu somente com a mistura de folhas + 3 Mg ha^-1 de XR, em que a retenção de C no solo superou em 21% aquela observada com a aplicação isolada das folhas. O XR apresenta potencial de reter C no solo.

estoque de carbono; fracionamento físico; isótopo ¹³C; mineralização do C; resíduos culturais.

The objective of this work was to evaluate the short-term and the residual effect of retorted oil shale (ROS) rates on the C retention of crop residues in the soil. The mineralization and C retention of soybean leaves and stems enriched with ¹³C were evaluated, in soil with and without history of ROS application and in the presence and absence of increasing ROS rates. There was a short-term effect of ROS on C retention in the soil. This effect only occurred with the mixture of leaves + 3 Mg ha^-1 ROS, in which C retention in the soil surpassed by 21% the one observed with the sole application of leaves. ROS has the potential to retain C in the soil.

carbon stock; physical fractionation; ¹³C isotope; C mineralization; crop residues.

O xisto é uma rocha de origem sedimentar da qual é possível extrair diversos produtos, como óleo e gás combustíveis (Pimentel et al., 2006). O Brasil tem a segunda maior reserva mundial e utiliza alta tecnologia - Processo Petrosix, desenvolvido pela Petrobras - para extrair óleo a partir do xisto. Durante esse processo, gera-se um rejeito sólido, denominado xisto retortado, que representa 80 a 90% da matéria-prima de alimentação do processo (Pimentel et al., 2006). Esse rejeito apresenta considerável teor de matéria orgânica (15%) e elevado teor de silício (50%), além de cálcio, magnésio, enxofre e micronutrientes (Pereira & Vitti, 2004; Doumer et al., 2011).

Por suas características, o xisto retortado vem sendo estudado como possível condicionador de solos, para uso na agricultura. Em trabalho recente, Doumer et al. (2011) encontraram menores emissões de CO₂ após adição desse rejeito ao solo. Esses autores atribuíram esse efeito às características do xisto retortado, como estrutura lamelar e área superficial específica de 65 m² g^-1 (Pimentel et al., 2006), as quais podem ter provocado a proteção física e química da matéria orgânica do solo (MOS) e a adsorção do C lábil, o que limita a degradação desses compostos orgânicos pela biomassa microbiana do solo. No entanto, essa hipótese deve ser avaliada para melhorar o conhecimento sobre os possíveis efeitos de curto prazo e a aplicação residual do xisto retortado na estabilização de C no solo.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de curto prazo e o residual de doses de xisto retortado sobre a retenção do C de resíduos culturais no solo.

Foram realizados dois experimentos em laboratório. O solo utilizado foi um Argissolo Vermelho distrófico arênico (100 g kg^-1 de argila, 10 g kg^-1 de C e CTC a pH 7 de 9,1 cmol_c dm^-3), coletado na camada de 0-5 cm de um experimento instalado em janeiro de 2010. Foi avaliado o efeito da aplicação de doses crescentes de xisto retortado, em sistema plantio direto, sobre as características biológicas indicadoras de qualidade do solo (Doumer et al., 2011). A coleta do solo foi realizada em novembro de 2012, após terem sido realizadas cinco aplicações de xisto retortado nas doses de 0, 1,5 e 3 Mg ha^-1. No experimento 1, foi testado o efeito residual da aplicação do xisto retortado, em que os tratamentos foram compostos por amostras de solo de parcelas que receberam 0, 7,5 e 15 Mg ha^-1. Já no experimento 2, foi avaliado o efeito de curto prazo da aplicação de xisto retortado, em que os tratamentos foram constituídos com solo somente da parcela sem histórico de aplicação de xisto retortado (0 kg ha^-1), que recebeu, no laboratório, três doses de XR equivalentes a 0, 1,5 e 3 Mg ha^-1. O xisto retortado aplicado no campo e o utilizado no experimento 2 foram provenientes da Superintendência de Industrialização do Xisto (SIX), da Petrobras, localizada em São Mateus do Sul, PR. Após a coleta do xisto retortado, o material foi moído (<0,3 mm) e armazenado em sacos de ráfia, mantidos secos e protegidos de sol e chuva.

Em ambos os experimentos, os tratamentos foram avaliados na presença e na ausência de folhas e de talos de soja [Glycine max (L.) Merr.] marcados com ¹³C. Os resíduos foram enriquecidos com ¹³C, em condições de campo, por meio de aplicações semanais de ¹³CO₂, conforme metodologia descrita em Sangster et al. (2010). Em cada aplicação do ¹³CO₂, as plantas foram cobertas por câmara confeccionada com chapas de acrílico (polimetilmetacrilato), com 100% de transmitância da luz solar, sem proteção UV. O ¹³CO₂ foi gerado com uso de solução de NaH¹³CO₃ (99% de átomos ¹³C), a qual foi colocada no interior da câmara, dentro de frasco contendo HCl (2 mol L^-1), através do septo contido na parte superior da câmara. A concentração de CO₂ no interior da câmara foi monitorada com registrador de dados de CO₂, umidade e temperatura, modelo SD800 (Extech Instruments Corporation, Nashua, NH, EUA). Sempre que as leituras de CO₂ estiveram abaixo de 250 ppm, uma nova solução de NaH¹³CO₃ foi adicionada, tendo-se mantido uma concentração total de CO₂, na atmosfera interna da câmara, entre 250 e 450 ppm. Os pulsos de ¹³CO₂ foram aplicados por um período de 1-1,5 hora entre as 10 horas da manhã e as 13 horas da tarde.

Nos resíduos secos e moídos, foram determinados os teores de C e N por combustão seca, e o excesso isotópico em ¹³C, em espectrômetro de massas, modelo Delta V Advantage (Thermo Fisher Scientific Inc., Bremen, Alemanha). Os talos apresentaram teor de C, N e δ¹³C de 43,5%, 0,61% (C/N=72) e 61,8‰, respectivamente. Já as folhas apresentaram 41,4% de C, 1,85% de N (C/N=22) e 57,1‰ de δ¹³C. Os resíduos moídos foram incorporados ao solo isoladamente ou em conjunto com o xisto retortado, em quantidade equivalente a 3 Mg ha^-1.

Cada unidade experimental foi montada separadamente em recipientes de acrílico (6 cm de altura e 5,3 cm de diâmetro interno), onde foram colocados 114,4 g de solo úmido (100 g de solo seco a 105ºC), de acordo com Doumer et al. (2011). Utilizou-se o delineamento experimental de blocos inteiramente casualizados com quatro repetições, o que totalizou nove tratamentos em cada incubação. As unidades experimentais foram mantidas em câmara de incubação, em condições aeróbicas, na ausência de luminosidade, a 25^oC, e o solo, na umidade de 80% da capacidade de campo.

Nos dois experimentos, as unidades experimentais foram acondicionadas individualmente em frascos de vidro com capacidade de 800 mL. A avaliação da emissão de CO₂, durante os 80 dias de incubação, foi realizada sempre nas mesmas unidades experimentais, conforme Doumer et al. (2011). Ao final da incubação, nos tratamentos com uso isolado de talos e folhas e combinados com 3 Mg ha^-1 de xisto retortado, foi realizado o fracionamento físico da MOS, de acordo com Cambardella & Elliot (1992). Os teores de C e o excesso isotópico em ¹³C das frações matéria orgânica particulada (MOP) e matéria orgânica associada aos minerais (MOM) foram determinados em espectrômetro de massa, modelo Delta V Advantage (Thermo Fisher Scientific Inc., Bremen, Alemanha).

A mineralização do C foi calculada tendo-se considerado as quantidades emitidas de C-CO₂ em cada tratamento, bem como as quantidades de C adicionadas ao solo pelos talos e pelas folhas de soja, conforme Aita et al. (2006). Nesse cálculo, assume-se que os resíduos culturais de soja não influem na taxa de decomposição da MOS (efeito "priming"). Assim, o valor resultante é chamado de mineralização aparente do C dos resíduos. A fração de C nas frações MOP e MOM proveniente dos talos e das folhas de soja foi calculada a partir da seguinte equação (Liang et al., 2010): fC novo = (δ¹³C amostra - δ¹³C controle)/(δ¹³C adicionado - δ¹³C controle), em que: δ¹³C amostra é o ¹³C medido nas frações MOP e MOM; δ¹³C controle é o ¹³C nas frações MOP e MOM do solo sem a adição dos resíduos culturais; e δ¹³C adicionado é o ¹³C nos talos e nas folhas. A quantidade de C novo retido em cada fração (MOP e MOM) no solo, ao final da incubação, foi obtida ao se multiplicar o teor de C em cada fração pelo fC novo.

Os resultados foram submetidos à análise de variância, e as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste Tukey, a 5% de probabilidade.

Houve aumento da liberação de CO₂ com a adição dos talos e das folhas de soja ao solo, em comparação ao solo sem resíduos (Tabela 1). Os resultados de mineralização aparente do C são indicativos de maior mineralização dos talos do que das folhas (50% vs. 44,6% no experimento 1 e 52,9 vs. 43,4% no experimento 2). No solo com histórico de adição de xisto retortado, a liberação de CO₂ e a mineralização aparente do C dos talos e das folhas de soja não foram inferiores àquelas observadas no solo que nunca recebeu o rejeito. Já a aplicação conjunta de talos + 3 Mg ha^-1 de xisto retortado no solo sem histórico de adição do rejeito provocou redução na liberação de CO₂ e na mineralização aparente do C, quando comparado ao tratamento com talos sem o uso do subproduto. Na literatura consultada, não foram encontrados resultados sobre a emissão de CO₂ após a adição de xisto retortado ao solo, na presença de resíduos vegetais. Alguns estudos com biocarvão, que também apresenta estrutura lamelar, porosidade e elevada área superficial, mostraram que a aplicação conjunta de biocarvão e resíduos vegetais ao solo provoca redução na mineralização aparente do C dos resíduos vegetais (Prayogo et al., 2014). Essa redução na mineralização do C causada pelo biocarvão pode estar relacionada à liberação de compostos fenólicos que se ligam e inibem as enzimas degradativas, à sorção de enzimas extracelulares na matriz do biocarvão e à sorção de C solúvel no biocarvão, o que o torna indisponível para a decomposição (Jones et al., 2011). É possível que, no presente trabalho, esses mecanismos também estejam envolvidos na redução da mineralização do C provocada pelo xisto retortado.

Tabela 1.
Liberação de C-CO₂ e C mineralizado de folhas e talos de soja (Glycine max) em solo com (Experimento 1) e sem histórico (Experimento 2) de aplicação de xisto retortado⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, nas colunas, não diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.
• ⁽²⁾
  XR, xisto retortado, em que XR 0, XR 1,5, XR 3, XR 7,5 e XR 15 representam as doses de 0, 1,5, 3, 7,5 e 15 Mg ha^-1 de XR, respectivamente; FS, folha de soja; TS, talo de soja.

Os teores de C nas frações MOP e MOM não foram alterados pela adição do xisto retortado e dos resíduos culturais de soja (Tabela 2). Entretanto, a adição dos resíduos no solo provocou alteração nos valores de δ¹³C, o que indicou a incorporação do C presente nos talos e nas folhas de soja nas frações MOP e MOM do solo. No experimento com histórico de aplicação de xisto retortado, não foi observado efeito desse subproduto sobre a retenção do C no solo (Tabela 2). Constatou-se que, no experimento realizado com solo sem histórico de aplicação de xisto retortado, a sua aplicação conjunta com os resíduos promoveu maior retenção de C no solo do que o tratamento composto pelas folhas de soja. Nesse tratamento, a retenção de C no solo superou em 21% (26,1% vs. 31,7%) aquela do tratamento com a aplicação isolada das folhas. Esse aumento da retenção do C no solo esteve relacionado, principalmente, ao aumento do C na fração MOP (12,3% vs. 17,5%). Esses resultados podem explicar, em parte, a menor mineralização do C das folhas, em comparação à dos talos (Tabela 1).

Tabela 2.
Teor de C, δ¹³C e C retido dos resíduos culturais de soja (Glycine max) presente nas frações matéria orgânica particulada (MOP) e matéria orgânica associada aos minerais (MOM), em solo com (Experimento 1) e sem histórico (Experimento 2) de aplicação de xisto retortado⁽¹⁾.

• ⁽¹⁾
  Médias seguidas de letras iguais, nas colunas, não diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.
• ⁽²⁾
  XR, xisto retortado, em que XR 0, XR 3 e XR 15 representam as doses de 0, 3 e 15 (cumulativa) Mg ha^-1 de XR, respectivamente; FS, folha de soja; TS, talo de soja.

Não houve efeito residual do xisto retortado na redução da mineralização e no aumento da retenção do C de resíduos culturais adicionados ao solo, em condição de laboratório (Tabelas 1 e 2). Possivelmente, o xisto retortado aplicado anteriormente ao solo pode estar complexado aos minerais e à MOS, o que reduz sua reatividade e seu possível poder de estabilização do C recém adicionado ao solo. A reatividade do xisto retortado está ligada à presença, na sua composição, de argilominerais de camada dupla (2:1), como ilita e montmorilonita e grupos funcionais silanoides, hidroxílicos e carboxílicos (Pimentel et al., 2006). Essas propriedades devem favorecer as associações com compostos orgânicos e minerais do solo.

Quando aplicado conjuntamente com os resíduos, o efeito de curto prazo do xisto retortado ocorreu somente sobre a retenção do C das folhas no solo, o que indicou que esse efeito é dependente da fonte de C adicionada ao solo. Esse resultado pode estar em concordância com a hipótese de Cotrufo et al. (2013), de que resíduos com elevada qualidade química apresentam maior potencial para o acúmulo de C no solo. Liang et al. (2010) também verificaram que o biocarvão promoveu a estabilização de C recém adicionado ao solo. Os mecanismos envolvidos no aumento da retenção do C no solo pela adição do xisto retortado não são claros e podem envolver modificações na atividade da população microbiana ou características de superfície do xisto retortado (Liang et al., 2010; Doumer et al., 2011; Jones et al., 2011). Contudo, é importante destacar que os resultados do presente trabalho foram obtidos em laboratório, onde a decomposição dos materiais orgânicos ocorre em condições ótimas de temperatura e umidade. Por isso, é importante intensificar os estudos relativos à avaliação do potencial do xisto retortado em promover o sequestro de C no solo, em condições de campo e em diferentes tipos de solos.

Agradecimentos

À Unidade de Industrialização do Xisto (Petrobras-SIX), à Embrapa Clima Temperado e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (Fapeg), pelo apoio financeiro.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Out 2014

Histórico

• Recebido
  27 Fev 2014
• Aceito
  22 Set 2014