Efeito da escória de siderurgia na química do solo e na absorção de nutrientes e metais pesados pela cana-de-açúcar

Soil chemical characteristics, nutrients and heavy metal elements in sugar cane crop as function of steel slag doses

SOLOS E NUTRIÇÃO DE PLANTAS

Efeito da escória de siderurgia na química do solo e na absorção de nutrientes e metais pesados pela cana-de-açúcar¹

Soil chemical characteristics, nutrients and heavy metal elements in sugar cane crop as function of steel slag doses

Luiz Carlos Prezotti^I; André Guarçoni Martins^II

^IEngenheiro-Agrônomo, Doutor. Instituto Capixaba de Pesquisa, Assistência Técnica e Extensão Rural (Incaper), Rua Afonso Sarlo-Bento Ferreira, 29052-010, Vitória, Espírito Santo, Brasil. [e-mail]

^IIEngenheiro-Agrônomo, Doutor. Instituto Capixaba de Pesquisa, Assistência Técnica e Extensão Rural (Incaper), Rodovia BR 262, Km 94, 29.278.000, Domingos Martins, Espírito Santo, Brasil. [e-mail]

RESUMO

Com a redução das reservas naturais de nutrientes e o alto custo dos fertilizantes, tem aumentado a busca por fontes alternativas, sendo a escória de siderurgia uma opção, uma vez que possui compostos neutralizantes da acidez do solo e elementos químicos importantes para a nutrição das plantas. Este trabalho teve por objetivo avaliar as alterações, nas características químicas do solo e nos teores de nutrientes e de metais pesados, na cana-de-açúcar, em função de doses crescentes de escória de siderurgia. Os tratamentos foram compostos por oito doses de escória de aciaria: 0; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10; 20; 40 t ha^-1, mais um tratamento adicional composto por uma dose de 2,5 t ha^-1 de calcário, totalizando nove tratamentos, distribuídos em blocos ao acaso, com três repetições. Foram determinadas as características químicas de solo e planta, bem como a produtividade da cana-de-açúcar. A aplicação de escória no solo elevou o pH, a saturação por bases e os teores de P, Ca, B, Fe e Mn, não influenciando os teores de K e Mg. Mesmo aplicando-se doses mais elevadas, não houve alteração nos teores dos metais pesados Cd, Pb e Ni do solo. Houve elevação do teor de Cr. O teor de P na folha e no colmo da cana-de-açúcar apresentou tendência de aumento com as doses de escória, não havendo influência para os demais nutrientes, como, também, para os metais pesados. Houve elevação da produtividade tanto da cana-planta como da cana-soca.

Palavras-chave: fertilidade do solo, resíduos, reciclagem de nutrientes, Saccharum.

ABSTRACT

The reduction in natural sources of nutrients and the high cost of fertilizers have increased the search for new compounds for agricultural uses. Steel slag has high lime content and contains other important minerals for plant nutrition. This study aimed to evaluate the effect of increasing doses of steel slag on chemical changes of soil characteristics and on nutrients and level of heavy metals of sugar cane crop. The experiment was arranged in a randomized complete blocks design with three replicates and eight steel slag doses: 0; 0.5; 1.0; 2.5; 5,0; 10; 20; 40 t ha^-1. An additional treatment with lime (2.5 t ha^-1) was used. Steel slag increased soil pH, basis saturation and the levels of P, Ca, B, Fe and Mn; no changes on K and Mg levels were observed. None of the steel slag used increased level of Cd, Pb and Ni in the soil. However, Cr levels were significantly affected. On leaves and stalk, phosphorus was the only chemical influenced by increasing the doses of steel slag. An improvement of sugar cane productivity was detected.

Key words: soil fertility, residues, nutrients recycle, Saccharum.

INTRODUÇÃO

A redução das reservas naturais de nutrientes e o alto custo da industrialização e do transporte dos fertilizantes e corretivos têm despertado interesse na busca por fontes alternativas de nutrientes. Nesse sentido, as escórias de siderurgia podem ser consideradas importantes opções, uma vez que apresentam compostos neutralizantes da acidez do solo, como silicatos, e nutrientes, como o cálcio, o magnésio e o fósforo, dentre outros.

As escórias são originadas da reação do calcário com a sílica (SiO₂) presente no minério de ferro, resultando num produto rico em CaSiO₃ e MgSiO₃. A reação de neutralização da acidez do solo proporcionada pela aplicação da escória ocorre pela dissociação do CaSiO₃ e do MgSiO₃ em Ca, Mg e SiO_3, sendo que este último reage com H⁺ da solução do solo formando H₄SiO₄, reduzindo assim sua acidez. Assim como o calcário, a reatividade da escória varia conforme a granulometria, a dosagem e o tempo de contato com o solo. O silicato de cálcio é 6,78 vezes mais solúvel que o carbonato de cálcio, presente nos calcários (Alcarde, 1992).

Estudos realizados por Prado & Fernandes (2000 e 2003) demonstraram que a escória, quando aplicada ao solo, aumenta o pH e reduz o H+Al. Incrementos na disponibilidade de P, Si, Ca, Mg foram observados por Prado et al. (2003). De acordo com Coelho (1998), gera-se, em média, uma tonelada de escória de alto forno para cada quatro toneladas de ferro-gusa produzidas.

O Brasil é o sexto maior produtor mundial de ferro-gusa, com produção anual de cerca de 25 milhões de toneladas, o que corresponde geração de cerca de 6,25 milhões de toneladas de escória por ano. Minas Gerais é o maior produtor brasileiro, responsável por mais da metade de todo o ferro-gusa e do aço produzidos nacionalmente.

O Brasil pouco utiliza a escória na agricultura, ao contrário dos Estados Unidos, Japão e China (Prado et al., 2003). Em razão da grande quantidade produzida e da falta de destinação para as escórias, as siderúrgicas são obrigadas a estocá-las em pátios, ocupando grandes áreas. O acúmulo desses materiais nesses locais tem-se tornado um sério problema ambiental, pela possibilidade de lixiviação de compostos químicos, ocasionada por exposição s chuvas, podendo ocorrer contaminação do lençol freático.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da escória de siderurgia nas características químicas do solo, na absorção de nutrientes e de metais pesados e na produtividade da cana-de-açúcar, cultivada num Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico.

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi realizado com a cultura da cana-de-açúcar, variedade RB 75-8540 (Saccharum spp L.), na localidade de Morro Seco, distrito de Burarama, município de Cachoeiro de Itapemirim, ES.

A área experimental está localizada em altitude de 120 m, nas coordenadas geográficas de 20º 44' S e 41º 18' O. O relevo é ligeiramente plano, com ondulações, e o solo foi classificado como Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico (LVA_d). Foi selecionada uma área de pastagem de Brachiaria brizantha cv. Marandu, onde foram implantadas as unidades experimentais.

Os tratamentos consistiram em oito doses de escória de siderurgia (0,0; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0; 20,0 e 40,0 t ha^-1) e uma dose de 2,5 t de calcário ha^-1, totalizando nove tratamentos, distribuídos em delineamento experimental de blocos ao acaso, com três repetições. As parcelas experimentais constituíram-se de quatro linhas de plantio de cana-de-açúcar de quatro metros de comprimento, espaçadas de 1,40 m, sendo consideradas como bordaduras as duas linhas laterais e meio metro de cada extremidade das linhas úteis.

As amostras de escória foram coletadas no pátio de estocagem da Siderúrgica Arcelor Mittal Tubarão, no município de Serra-ES, e peneiradas em malha de 2 mm. Os teores de nutrientes e de metais pesados da escória e do calcário foram determinados, segundo metodologia descrita por Embrapa (1999), utilizando-se 0,5 g de cada amostra em 20 mL de HCl 2 mol L^-1, mantendo-se fervura, por 5 a 10 minutos, em bloco digestor aberto. As amostras, após resfriadas e filtradas, foram colocadas em balão de 100 mL, completando-se o volume com água destilada. A quantificação dos elementos nos extratos foi feita em espectrofotômetro de absorção atômica. Os dados são apresentados nas Tabelas 1 e 2.

Um mês antes do plantio da cana-de-açúcar, as doses de escória foram aplicadas a lanço sobre toda a superfície das parcelas e incorporadas até 20 cm de profundidade, utilizando-se trator com enxada rotativa. A adubação com N e K foi baseada na demanda da cultura e na análise do solo (Prezotti, 2007).

Três meses após a aplicação dos tratamentos, foi realizada a amostragem de folha e de solo das parcelas. A amostragem de solo foi realizada segundo recomendações de Alvarez V & Guarçoni (2003), e determinados os teores de macro (P, K, Ca e Mg), de micronutrientes (Zn, B, Cu, Fe e Mn) e de metais pesados (Cd, Cr, Pb e Ni) (Embrapa, 2009). Quando as plantas atingiram o ponto de colheita, realizou-se o primeiro corte da parte aérea, determinando-se a produtividade.

Com o objetivo de avaliar o efeito residual da escória, avaliou-se a produção da cana-soca, aplicando-se somente os nutrientes N e K em cobertura, segundo Prezotti (2007).

As amostras de cana-planta e de cana-soca foram separadas em folhas e colmo e determinados os teores de macro (P, K, Ca, Mg e S), de micronutrientes (Zn, B, Cu, Fe e Mn) e de metais pesados (Cd, Cr, Pb e Ni) nessas duas frações segundo métodos descritos em Embrapa (2009). O teor de N não foi avaliado, em razão da sua ausência na constituição da escória de siderurgia.

As variáveis estudadas foram interpretadas estatisticamente por meio das análises de variância e de regressão, utilizando-se o software SAEG - Sistema de Análises Estatísticas e Genéticas (Ribeiro Júnior, 2001). Comparou-se o tratamento de 2,5 t ha^-1 de calcário com o seu equivalente de escória, pelo teste de Dunnet (P < 0,05). Para o fator quantitativo (doses de escória de aciaria), os modelos foram escolhidos com base na significância do teste F (P < 0,05) para o coeficiente de determinação (R²).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

As equações de regressão das características químicas do solo coletado três e seis meses após a aplicação dos tratamentos (cultivo da cana-planta e da cana-soca), em função das doses de escória, são apresentadas na Tabela 3. Verificou-se aumento do pH, da saturação por bases e dos teores de P, Ca, Fe e Mn. Houve acréscimo do teor de Mg, não havendo influência sobre os nutrientes K, Zn, B e Cu. Resultados semelhantes foram encontrados por Prado & Fernandes (2000) e Prado et al. (2003), os quais constataram um efeito mais expressivo da escória sobre o teor de Mg do solo.

No cultivo da cana-planta, a partir da dose de 10 t ha^-1, o pH estabilizou-se em valores próximos a 6,6. No cultivo da cana-soca, observou-se uma redução do pH nas menores doses, causada principalmente pela adubação nitrogenada, e aumento do pH, nas maiores doses, indicando efeito residual da escória, em razão da maior quantidade aplicada (Tabela 3).

Não se observou elevação dos teores de P do solo até a dose de 2,5 t ha^-1. A partir dessa dose, a taxa média de acréscimo foi de 2,4 mg dm^-3 de P por tonelada de escória aplicada ao solo, no cultivo da cana-planta, e de 9,6 mg dm^-3 de P, no cultivo da cana-soca (Tabela 3).

Essa elevação do teor de P do solo deve-se presença de fósforo na constituição da escória e competição do ânion SiO₄^-4, também presente na escória, pelos mesmos sítios de adsorção do P, o que torna este nutriente mais disponível, corroborando os resultados obtidos por Prado & Fernandes (1999 e 2001) e por Prado et al. (2003).

A resposta positiva da aplicação da escória sobre o teor de P do solo é uma das mais importantes vantagens deste insumo, em razão da sua escassez nos solos brasileiros, já fortemente intemperizados e com alta capacidade de fixação deste nutriente. A ação do SiO₄^-4 da escória, obstruindo os sítios de adsorção das argilas e dos óxidos de Fe e Al, aliada ao P presente na sua constituição, torna este insumo uma excelente alternativa para o aumento da disponibilização desse nutriente em solos tropicais.

Os maiores teores de P no solo, observados no cultivo da cana-soca, provavelmente, devem-se ao maior período de tempo de solubilização da escória, liberando gradativamente o P retido na estrutura dos minerais presentes na sua constituição. O aumento da liberação gradativa de P das escórias, de acordo com o tempo de contato com o solo, foi observado por Silva (2003), que concluiu ser esta uma vantagem da escória frente a outros materiais corretivos.

No cultivo da cana-planta, a escória elevou os teores de Cr do solo, passando de 0,18 para 0,46 mg dm^-3, sendo que não houve efeito consistente das doses de escória sobre os teores de Cd, Pb e Ni (Tabela 4). Entretanto, na amostragem realizada durante o cultivo da cana-soca, observou-se que, além do aumento com as doses crescentes de escória, os teores de Cr, Pb e Ni foram superiores aos determinados durante o cultivo da cana-planta.

À semelhança do que ocorreu com os elementos P, K, Ca, Fe e Mn, é provável que, nas maiores doses de escória, esses metais foram sendo liberados gradativamente, medida que as partículas dos minerais eram solubilizadas. Na dose zero, e nas menores doses, os maiores teores podem ser atribuídos redução do pH, ocasionada principalmente pela adubação nitrogenada, o que acarretou maior disponibilização desses metais.

Diversos autores (Mazur, 1997; Alcântara & Camargo, 2001; Dias et al., 2001) mostraram, em seus trabalhos, forte influência da acidez do solo na disponibilidade de metais, sendo esta maior em pH baixo. Especificamente em relação ao Cd, este efeito não foi observado.

A amplitude de variação dos teores de Cd, Cr, Pb e Ni do solo, considerando-se todos os tratamentos, foi de 0,03 a 0,12; 0,14 a 3,11; 0,67 a 3,00 e 0,01 a 0,79 mg dm^-3, respectivamente . Esses valores estão próximos dos determinados por Abreu et al. (1995), que, em amostras superficiais de solos do Estado de São Paulo, observaram valores máximos de 1,0; 0,0; 2,6 e 1,1 mg dm^-3, respectivamente (extrator Mehlich-1). Portanto, mesmo em doses elevadas de escória, como as utilizadas neste trabalho, não se observou elevação importante dos teores disponíveis de metais pesados no solo.

A aplicação de calcário ao solo proporcionou maiores valores de pH e de saturação por bases, no cultivo da cana-planta, do que a aplicação da mesma dose de escória (Tabela 5). Já na cana-soca, o calcário proporcionou maior teor de Mg²⁺, maior valor de saturação por bases e menor teor de Pb do que a mesma dose de escória.

Ressalta-se que a reatividade da escória, assim como a do calcário, varia com a sua granulometria. Neste trabalho, a escória utilizada apresentava tamanho de partículas de até 2 mm. Certamente, se for usada escória de menor diâmetro de partículas, o efeito sobre as características químicas do solo será mais acentuado.

Trabalho realizado por Silva (2003) mostrou que a escória com granulometria inferior a 1 mm apresentou efeito corretivo da acidez do solo muito superior ao da escória com granulometria entre 2 e 10 mm. Observou também que solos tratados com escória apresentaram teores de Cd semelhantes ou inferiores aos níveis encontrados nos solos corrigidos com carbonatos, indicando que a escória não promoveu aumento do teor desse elemento no solo, mesmo em doses superiores a 10 t ha^-1.

Houve aumento do teor de P nas folhas, tanto da cana-planta, como da cana-soca (Tabela 6), sendo que na cana-soca os teores apresentaram-se em patamares superiores aos dos teores da cana-planta, concordando com os resultados das análises do solo, os quais demonstraram haver maior disponibilidade de P no período de cultivo da cana-soca.

Os teores de P nas folhas da cana-planta apresentaram tendência de acréscimo, segundo a função quadrática:

_(Folha) = 0,1403 + 0,009113DE - 0,0007621DE² (R² = 0,82^(1,44)). Houve pequena influência no teor de Ca e variações pouco consistentes nos teores dos demais nutrientes. Os teores de metais pesados também foram pouco influenciados pelas doses de escória.

Na cana-soca, os teores foliares de P e Ca elevaram-se com as doses crescentes de escória, não sendo observadas alterações consistentes nos teores dos demais nutrientes e dos metais pesados.

Segundo McNichol & Beckett (1985), citados por Santos (2002), teores acima de 8 mg kg^-1 de Ni, de 4 mg kg^-1 de Cd e de 2 mg kg^-1 de Cr podem ocasionar toxidade em muitas plantas, diminuindo a produção. Para Pb, Kabata-Pendias et al. (1992) consideram o teor de 30 mg kg^-1 como sendo o limite de toxidade.

Portanto, observam-se que os teores de Cd, Cr, Pb e Ni, determinados nas folhas de cana-planta e cana-soca, em todos os tratamentos (Tabela 6), situaram-se em níveis inferiores aos limites de toxicidade citados anteriormente.

Não houve diferença entre os teores de nutrientes e metais pesados nas folhas da cana-planta e da cana-soca, nos tratamentos com 2,5 t ha^-1 de escória e de calcário (Tabela 7).

Resultados semelhantes foram obtidos por Silva (2003), que não observou diferenças significativas dos teores de Cd, em plantas de sorgo tratadas com escória e com calcário, nem detectou a presença de Cr nos tecidos das plantas, em nenhum tratamento.

Análises realizadas no colmo da cana-planta (Tabela 8) mostraram elevação dos teores de fósforo, segundo a função quadrática: _(Colmo) = 0,0109 + 0,00056DE - 0,0001DE² (R² = 0,75^(3,25)). Prado & Fernandes (2001) também observaram relação direta entre as concentrações de P do solo e a produção de colmos de cana-planta.

A elevação do teor de Ca no colmo seguiu a função quadrática: a _(Colmo) = 0,0719 + 0,00071DE - 0,0001DE² (R² = 0,69^(5,42)). No caso dos micronutrientes, como o Zn e Mn, observou-se tendência de redução dos seus teores nas maiores doses. Este fato pode ser atribuído menor disponibilidade desses elementos, por causa da elevação do pH do solo. Também não houve aumento significativo nos teores de metais pesados nos colmos da cana-de-açúcar. Este resultado é um importante indicativo de que o uso da escória, nessa cultura, mesmo em doses muito superiores s que seriam normalmente estimadas pelos métodos de recomendação de corretivos da acidez do solo, não ocasiona aumento dos teores de metais pesados na parte da planta utilizada para o consumo ou industrialização.

A escória promoveu aumento de produtividade tanto da cana-planta como da cana-soca (Figuras 1 e 2). Mesmo em doses elevadas, como as de 20 e 40 t ha^-1 de escória, não se observaram decréscimos de produtividade nos dois cultivos.

Com base na função exponencial ajustada para a produtividade de cana-planta em função das doses de escória, observou-se que a maior curvatura ocorreu entre as produtividades de 110 e 120 t ha^-1 (Figura 1). Considerando-se a média de 115 t ha^-1, estima-se que a dose correspondente a esta produtividade foi de, aproximadamente, 3 t ha^-1 de escória. Esta também é a dose que se situa próxima do ponto de maior curvatura da função exponencial ajustada para a produtividade de cana-soca (Figura 2).

CONCLUSÕES

A aplicação de escória no solo eleva o pH, a saturação por bases e os teores de P, Ca, B, Fe e Mn e de Mg.

Não há efeito significativo e consistente das doses de escória sobre os teores de metais pesados no solo.

Os teores de P e Ca na folha e no colmo da cana-de-açúcar aumentaram com as doses de escória, não havendo influência para os demais nutrientes, como, também, para os metais pesados.

Há elevação mais acentuada da produtividade, tanto da cana-planta como da cana-soca, até a dose de 3 t ha^-1 de escória.

A escória de siderurgia pode ser utilizada como corretivo da acidez do solo e como fonte de alguns nutrientes, como o Ca e P, não havendo indicativo de elevação dos teores de metais pesados a níveis que possam comprometer a qualidade da cana-de-açúcar.

AGRADECIMENTOS

Ao técnico agrícola Pedro Henrique Cricco, pelo empenho na implantação e na condução do experimento, e Arcelor Mittal Tubarão, pela cessão da escória utilizada neste trabalho.

Recebido para publicação em 12/08/2011 e aprovado em 05/07/2012.

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1

Trabalho financiado pela Arcelor Mittal Tubarão.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  26 Set 2012
• Data do Fascículo
  Ago 2012

Histórico

• Recebido
  12 Ago 2011
• Aceito
  05 Jul 2012