Formas orgânicas e inorgânicas de mobilização do cálcio no solo

Formas Orgânicas e Inorgânicas de Mobilização do Cálcio no Solo

Cláudio M. Ziglio; Mario Miyazawa; Marcos A. Pavan^*

Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR), Caixa Postal 481, CEP 86001-970, Londrina, PR

ABSTRACT

Lack of Ca and often the presence of Al in subsoil restrict crop-root proliferation. The efficacy of soil surface liming in neutralize subsoil acidity is limited. Laboratory experiments were conducted with leaching columns to evaluate some organic and inorganic techniques to accelerate the mobility of Ca in a variable charge soil. Two different experiments were conducted, one with Ca-salts: CaCO₃, CaSO₄, Ca(NO₃)₂, Ca-acetate, and Ca-citrate; and another one with CaCO₃ plus plant residues: black oat (Avena strigosa), wheat (Triticum aestivum) and leucaena (Leucaena leucocephala). The observations included MKCl exchangeable Ca in 0 to 5, 5 to 10, 10 to 20, 20 to 30, 30 to 40 and 40 to 50 cm soil depth. The effects of CaCO₃ without plant residue was limited to the upper 10 cm of the profile. The efficacy of Ca-salts on the mobility of Ca_ex followed the order: NO₃ > Acetate > Citrate > SO₄ > CO₃. Plant residues were highly efficient as Ca-carrier in the following order black oat > leucaena > wheat. Metal-organic complexes were assumed to be responsible for the movement of Ca in the profile associated with lime and plant residues.

Keywords: Ca-leaching, subsoil acidity, green manure, plant residue

RESUMO

A falta de Ca e a presença de Al na subsuperfície do solo restringem o crescimento das raízes. A eficiência da calagem aplicada na superfície do solo na neutralização da acidez subsuperficial é limitada. Foram conduzidos experimentos de laboratório com colunas de PVC para avaliar técnicas orgânicas e inorgânicas na mobilidade do Ca em solo com carga variável. Foram conduzidos dois experimentos com sais de Ca: CaCO₃, CaSO₄, Ca(NO₃)₂, Ca-acetato e Ca-citrato, e outro com CaCO₃ associado com resíduos de aveia preta, trigo e leucena. Avaliaram-se os teores de Ca trocável em solucão de KCl 1M nas profundidades de 0 a 5, 5 a 10, 10 a 20, 20 a 30, 30 a 40 e 40 a 50cm. A eficiência dos sais na mobilidade de Ca seguiu a ordem: NO₃ > Acetado > Citrato > SO₄ > CO₃. Os resíduos de plantas forma eficientes na mobilização do Ca na seguinte ordem: aveia > leucena > trigo. Atribuiu-se à formação de complexos organo-metálico a responsabilidade pela mobilização do Ca no solo associada com a calagem e os resíduos vegetais.

INTRODUÇÃO

A acidificação do solo é um processo natural resultado da lixiviação de cátions básicos solúveis (Ca, Mg, K) seguida pela sua substituição por cátions ácidos (H e Al) no complexo de troca catiônica. Nos solos agrícolas, este processo tem sido acelerado principalmente pela adição de certos fertilizantes nitrogenados. A calagem é a prática mais utilizada para o controle da acidez do solo devido ao seu efeito no aumento do pH e de cátions básicos e na diminuição do Al trocável. Para solos em nosso país, tem sido documentado que o calcário aplicado na superfície do solo apresenta uma mobilidade lenta diminuindo a sua eficiência na redução da acidez sub-superficial (Raij et al., 1982; Pavan et al., 1984). Para a neutralização da acidez nas camadas sub-superficiais do solo são necessárias técnicas especiais, tais como a incorporação mecânica profunda do calcário (Farina & Channon, 1988), o uso de sais de Ca mais solúveis (Adams et al., 1967; Shainberg et al., 1989) e a utilização de compostos orgânicos (Wright et al., 1985; Watt et al., 1991). O principal objetivo destas técnicas é o de incrementar a concentração de Ca na zona de crescimento das raízes uma vez que o Ca é imóvel no floema das plantas (Barber, 1984). O movimento de Ca no solo através de compostos orgânicos é de especial interesse devido a alta capacidade de produção de biomassa das plantas utilizadas nos sistemas brasileiros de cultivo (Igue & Pavan, 1984; Calegari et al., 1993). Entretanto, no Brasil há poucos trabalhos publicados que foram programados para avaliar técnicas de manejo na movimentação de Ca no perfil do solo. Em geral, os estudos conduzidos no Brasil, concentram-se no uso do gesso para aumentar Ca em profundidade no solo (Ritchey, 1981 e 1987).

O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos de alguns sais orgânicos e inorgânicos de Ca e de resíduos de plantas na mobilização de Ca no solo.

MATERIAL E MÉTODOS

Conduziu-se dois experimentos nos laboratórios do Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR) em Londrina utilizando-se solo da camada de 0 a 20 cm de profundidade de um latossolo vermelho escuro distrófico (LEd). O solo foi seco ao ar, moído e passado em peneira de 2 mm de diâmetro. As características químicas iniciais do solo foram pH (CaCl₂) 4,3, Ca, Mg, K e Al trocáveis 2,0, 0,40, 0,13 e 0,90 cmol_c kg^-1, respectivamente.

Experimento 1. Efeito de sais inorgânicos e orgânicos

O solo foi transferido para tubos confeccionados com papel filtro de 50 cm de altura por 3 cm de diâmetro, preenchidos até a altura de 40 cm, ajustando-se a densidade aparente a aproximadamente 0,9 g cm^-3. Foram utilizados os seguintes sais: CaSO₄, CaCO₃, Ca(NO₃)₂, Ca-acetato e Ca-citrato. Os sais de Ca foram aplicados na superfície do solo na dosagem equivalente a 1,16 Mg ha^-1 de Ca (ou 5 Mg ha^-1 de CaSO₄.2H₂O). Os tubos foram lixiviados com aplicações semanais de 100 ml de água destilada por tubo durante 6 semanas, totalizando 600 ml/tubo (equivalente a 1500 mm de chuva/ano). No final do período foram coletadas amostras de solo, a cada 5 cm de profundidade, secas ao ar, moídas e passadas em peneira de 2 mm de diâmetro. O Ca do solo foi extraído com a solução de KCl 1 M na proporção de 1:10 (solo:solução) submetido a 10 minutos de agitação e determinado por espectrofotometria de absorção atômica. Utilizou-se delineamento experimental em blocos ao acaso com três repetições. As análises químicas foram feitas em duplicatas.

Experimento 2. Efeito de resíduos vegetais

O solo foi transferido para tubos de PVC com 60 cm de altura por 15 cm de diâmetro, até a altura de 50 cm a uma densidade aparente 0,9 g cm ^-3. Foram utilizados os seguintes tratamentos: testemunha CaCO₃ sem resíduo vegetal; CaCO₃ + resíduo de aveia (Avena strigosa); CaCO₃ + resíduo de trigo (Triticum aestivum) e CaCO₃ + resíduo de leucena (Leucaena leucocephala). Os materiais de leucena foram coletados quando as plantas apresentavam 150 cm de altura com o diâmetro dos ramos menor que 10 mm e os de aveia e trigo no final do ciclo produtivo, após a colheita dos grãos. A tabela 1 apresenta a composição química dos resíduos vegetais. O calcário e os resíduos vegetais foram aplicados em doses equivalentes a 3 e 40 Mg ha^-1, respectivamente. Após a instalação do experimento adicionou-se água destilada semanalmente durante 30 dias, mantendo-se a umidade do solo próxima à capacidade de campo (0.01 MPa). A partir do segundo mês iniciou-se o seguinte programa de irrigação: 1700 e 850 ml de água destilada por tubo (equivalentes à 100 e 50 mm de chuva, respectivamente) alternadas a cada 15 dias durante 3 meses, totalizando 7650 ml de água destilada/tubo (equivalente a 1500 mm de chuva/ano).

Após 3 meses, removeram-se os resíduos vegetais remanescentes da superfície do solo e coletaram-se amostras da parte central da coluna, nas profundidades de 0 à 5, 5 à 10, 10 à 20, 20 à 30, 30 à 40 e 40 à 50 cm. As amostras de solo foram secas ao ar, moídas e passadas em peneira de 2 mm de diâmetro. Utilizaram-se os mesmos procedimentos descritos em Exp. 1 para extração e determinação de Ca do solo. Utilizou-se um delineamento experimental em blocos ao acaso com três repetições. As análises químicas foram feitas em duplicatas.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A figura 1 apresenta os resultados do efeito dos sais de Ca no teor de Ca trocável no solo após os 30 dias de lixiviação. Os sais inorgânicos e orgânicos apresentaram diferentes efeitos na mobilidade do Ca no perfil do solo. A lixiviação do Ca no solo seguiu a ordem NO₃ > Acet. > Citr. > SO₄ > CO₃. O efeito do CaCO₃ no teor de Ca trocável concentrou-se nos primeiros 10 cm de profundidade. A limitada mobilidade do Ca na forma de carbonato pode ser devida à sua baixa solubilidade (pK 8.32), capacidade de troca de cátions (CTC) dependente do pH e ausência de um ânion solúvel estável na reação do CaCO₃. A reação química do CaCO₃ em solo ácido, produz um cátion (Ca⁺⁺) e um ânion instável (HCO₃^-) que se decompõe em CO₂ e H₂O. O aumento da CTC efetiva pelo CaCO₃, diminui a mobilidade do Ca devido à força de atração do cátion pelas cargas negativas livres no solo. Pavan & Roth (1992) documentaram em estudo com lisímetro, que a aplicação de calcário na superfície do solo não alterou a concentração de Ca⁺⁺ na solução efluente. Esta característica de baixa mobilidade do Ca⁺⁺ aplicado na forma de carbonato tem sido documentada em solos brasileiros (Raij et al., 1982; Pavan et al., 1984).

Resultado inesperado foi a baixa mobilidade de Ca aplicado como CaSO₄ (gesso), pois grande número de trabalhos tem demonstrado que este aumenta o teor de Ca no perfil do solo através de vários mecanismos (Pavan et al., 1984; Shainberg et al., 1989; Ritchey, 1981 e 1987). A mobilidade do Ca aplicado como CaSO₄ é atribuída à sua maior solubilidade em relação ao carbonato (Bolan et al., 1991). A baixa mobilidade do Ca como CaSO₄ no presente estudo, foi provavelmente devida ao aumento da CTC na camada superficial do solo induzida pelo aumento da força iônica da solução. Takachi & Pavan (1994) documentaram que a força iônica da solução atua como um tampão da CTC efetiva do solo devido à formação de cargas negativas adicionais na superfície dos colóides. A magnitude deste efeito foi função do tipo de cátion dominante na solução, sendo o Ca⁺⁺ mais efetivo que Mg⁺⁺, K⁺ e Na⁺. Desta forma, o aumento na densidade de cargas negativas induzido pelo pH e força iônica, aumenta a adsorção do Ca⁺⁺, diminuindo sua lixiviação para os horizontes inferiores do solo. Esta hipótese é provável devido ao aumento no teor de Ca trocável na superfície do solo (0-5cm) com as aplicações de CaCO₃ e CaSO₄.

Ao contrário do CaCO₃, a solubilização do Ca(NO₃)₂ produziu um ânion estável NO₃^-, o qual promoveu a mobilidade do Ca⁺⁺ como íon acompanhante, para a manutenção da neutralidade química da frente salina no fluxo de massa do solo. Outros estudos também demonstraram a alta eficiência do Ca(NO₃)₂ aplicado na superfície no aumento de Ca trocável no perfil do solo (Kotze & Deist, 1975; Pleysier & Juo, 1981). O uso de Ca(NO₃)₂ como estratégia para incrementar Ca trocável na sub-superfície do solo foi ilustrado por Adams et al. (1967).

Os sais orgânicos de Ca (acetato e citrato) promoveram uma mobilidade do Ca, superior às obtidas por CaCO₃ e CaSO₄ e inferior ao Ca(NO₃)₂. Provavelmente, ocorreu a hidrólise do Ca-acetato e Ca-citrato, seguida pela reação de troca com H⁺ e Al⁺⁺⁺, causando aumento de Ca-trocável no local das reações e posterior remoção dos cátions ácidos como complexos orgânicos.

A figura 2 apresenta os resultados dos efeitos dos resíduos vegetais na mobilidade do Ca aplicado como CaCO₃ na superfície do solo. A exemplo do exp. 1, o tratamento com aplicação CaCO₃ sem resíduos vegetais alterou o teor de Ca trocável apenas na camada de 0 a 5 cm de profundidade. A adição de resíduos vegetais causou acentuada redução dos teores de Ca-trocável nas camadas de 5 a 40 cm de profundidade. Este resultado sugere que os resíduos vegetais mobilizaram o Ca do calcário e o Ca nativo do complexo de troca do solo para a solução efluente. A ação dos resíduos vegetais na redução dos teores de Ca trocável seguiu a seguinte ordem: aveia > leucena > trigo. A liberação de ânions orgânicos hidrossolúveis durante a mineralização dos resíduos vegetais foi provavelmente a causa da mobilização do Ca no solo. O menor efeito dos resíduos de trigo pode ter sido devido ao baixo teor de ânions orgânicos, cerca de 5 a 10 Cmol_c(-)kg^-1, em sua composição química (Pierre & Banwart, 1973). Aparentemente, ocorreu a complexação do Ca⁺⁺ (ácido forte de Lewis) com os grupos funcionais carboxilícos e fenólicos (bases fortes de Lewis) dos compostos orgânicos. A formação de um complexo neutro (L^--Ca⁺⁺)º ou positivamente carregado (L^-Ca⁺⁺)⁺, onde L = ligante orgânico, proporcionou a lixiviação do Ca⁺⁺.

Têm sido publicado vários exemplos de tansferência da alcalinidade do calcário para a sub-superfície do solo através da adição de material orgânico na superfície. Wright et al. (1985) demonstraram que o calcário dolomítico (8.1 Mg ha^-1) misturado com esterco de bovino (44.8 Mg ha^-1) ou EDTA (5.1 Mg ha) promoveu aumentos no pH e teor de Ca e diminuiu Al na sub-superfície do solo, enquanto que o calcário sem adubo orgânico não teve o mesmo efeito. Recentemente, documentou-se que em sistema de intensa reciclagem de resíduos vegetais, como em plantio direto, ocorreu a mobilidade do calcário dolomítico (5,5 Mg ha^-1) aplicado na superfície até a profundidade de 60 cm no solo (Oliveira & Pavan, 1996). Neste caso, os autores também atribuíram a presença de ligantes orgânicos como responsáveis pelo aumento nos teores de Ca na sub-superfície com aplicação de calcário na superfície do solo em plantio direto. Pavan & Roth (1992) observaram que a adição de calcário na superfície de um solo coberto com resíduo vegetal (simulando o plantio direto) promoveu maior aumento nas concentrações de íons metálicos na solução lixiviada, comparado com solo descoberto. Os autores atribuíram à reação de complexação dos íons metálicos com compostos orgânicos de baixo peso molecular, a responsabilidade pela maior lixiviação de íons na solução efluente em tal sistema. Blevins et al. (1984) também documentaram maior perda de Ca em sistema de manejo do solo sob plantio direto que sob um sistema de preparo convencional. Novamente, atribuiu-se ao maior teor de matéria orgânica em plantio direto a responsabilidade pela lixiviação do Ca.

CONCLUSÃO

Os resultados do presente estudo indicaram que a presença de ligantes orgânicos de origem vegetal agem marcadamente sobre a mobilidade do Ca no solo. O provável efeito negativo da remoção de Ca do solo por compostos orgânicos pode ser minimizado através de rotações de culturas que promovam diferentes capacidades de produção de ânions orgânicos solúveis.

Received: September 24, 1997;

Revised: October 15, 1997;

Accepted: November 24, 1998.

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Autor para correspondência

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  26 Maio 2011
• Data do Fascículo
  1999

Histórico

• Aceito
  24 Nov 1998
• Revisado
  15 Out 1997
• Recebido
  24 Set 1997