CAMPUS DE SINOP INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO CAMPUS DE SINOP INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS CURSO DE AGRONOMIA PROPRIEDADES FÍSICAS DE UM PLINTOSSOLO APÓS OITO ANOS DE INCORPORAÇÃO DE BIOCHAR GUILHERME CAMARGO OLIVEIRA SINOP MT DEZEMBRO 2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS

CURSO DE AGRONOMIA

PROPRIEDADES FÍSICAS DE UM PLINTOSSOLO APÓS OITO ANOS

DE INCORPORAÇÃO DE BIOCHAR

GUILHERME CAMARGO OLIVEIRA

SINOP – MT

DEZEMBRO – 2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

CAMPUS DE SINOP

INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E AMBIENTAIS

CURSO DE AGRONOMIA

PROPRIEDADES FÍSICAS DE UM PLINTOSSOLO APÓS OITO ANOS

DE INCORPORAÇÃO DE BIOCHAR

GUILHERME CAMARGO OLIVEIRA

ORIENTADOR: PROF. DR. ONÃ DA SILVA FREDDI

CO-ORIENTADOR: MARCOS EUZÉBIO NUNES

Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) apresentado ao Curso de Agronomia do ICAA/CUS/UFMT, como parte das exigências para a obtenção do Grau de Bacharel em Agronomia.

SINOP – MT

DEZEMBRO – 2016

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DEDICATÓRIA

A Deus, por me dar sabedoria nessa caminhada.

A meus queridos Pais, Luis Carlos Oliveira e Estela Mari Camargo Oliveira,

pelos ensinamentos e educação, respeito e companheirismo, além de não serem

apenas pais, mas sim amigos, pelo sacrifício de me apoiar para que meus sonhos

fossem realidade. Gostaria muito de agradecer que nas piores horas vocês

estavam lá para me apoiar e me dar força para continuar.

Gostaria de agradecer ao meu irmão Leonardo Camargo Oliveira por estar

me acompanhando e me incentivando nos momentos difíceis e me apoiando. E

minha avó Eroni Rodrigues Camargo que sempre acreditou que seria possível a

minha formação acadêmica, mesmo nos momentos difíceis apoiando e torcendo

de longe por mim.

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AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer a instituição UFMT- Universidade Federal do Mato Grosso

que possibilitou para que realizasse esse sonho e agradecer a infraestrutura e o

apoio dos técnicos.

Ao Orientador, Onã da Silva Freddi, pelos ensinamentos, compreensão, e

oportunidade para fazer parte de sua equipe.

Ao Co-orientador, Marcos Euzébio Nunes pela paciência e dedicação de ensinar

e ajudar.

A todos meus parentes que mesmo estando longe me apoiaram e me ajudaram

nessa conquista.

Aos colegas de aprendizagem do laboratório de física do solo, Renan Tavanti,

Vinicius Marchioro, Matheus Zulato, Adriel Rafael Rigotti, Vinicios Costa, Giulia

Basso, Tauan Tavanti.

Aos colegas da turma 2012/2 onde iniciou-se esta caminhada.

A República Sem Gerência pelas amizades ali construídas que irei levar junto

comigo.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................1

2. REVISÃO DE LITERATURA .....................................................................................2

2.1 Biochar .......................................................................................................................2

2.2 Propriedades físicas do solo ....................................................................................2

2.2.1 Porosidade do solo ................................................................................................3

2.2.2 Densidade do solo .................................................................................................4

2.2.3 Agregação do solo .................................................................................................4

2.2.4 Resistencia do solo a penetração ........................................................................5

2.2.5 Curva de retenção de água e Índice S ................................................................6

2.3 Resultados de aplicação de biochar no solo .........................................................7

3. MATERIAL E MÉTODOS ..........................................................................................8

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 10

5. CONCLUSÕES ......................................................................................................... 20

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................... 21

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RESUMO

Um dos solos de larga ocorrência na região do Vale do Araguaia são os Plintossolos, sendo estes solos de textura média/arenosos no horizonte superficial. Uma das principais limitações destes solos para a produção de grãos está na baixa disponibilidade de água. Na literatura possui estudos que o Biochar, carvão vegetal, pode contribuir para que ocorram mudanças significativas nos atributos físicos do solos, podendo modificar significativamente a estruturação e consequentemente a disponibilidade de água no solo. Contudo, ainda existem dúvidas quanto ao tempo em que esses benefícios permanecem no solo após sua aplicação. Neste contexto o trabalho teve como objetivo avaliar os atributos físicos do solo e as curvas de retenção de água de um Plintossolo após 8 anos de incorporação do Biochar e doses do formulado 0-18-18. O experimento foi implantado em Nova Xavantina, MT, Bioma Cerrado, em um Plintossolo háplico distrófico, de textura média, sendo o Biochar incorporado em novembro de 2008. O delineamento do experimento foi de blocos ao acaso em esquema fatorial com 4 doses do formulado (0-18-18) e 4 doses de biochar. As doses do formulado foram 0, 100, 200 e 300 kg ha-1, e para o Biochar 0, 8, 16 e 32 Mg ha-1. E coletaram-se amostras indeformadas para determinação de água do solo nas tensões de 10, 30, 60, 80, 100, 300, 600, 1000, 3000 e 5000 hPa. Após a determinação dos conteúdos de águas nas diferentes tensões o solo foi seco em estufa e determinados os valores de macroporosidade, microporosidade, porosidade total e densidade do solo e resistência do solo à penetração (100 hPa). Calculou pelo modelo de van Genuchten as curvas de retenção de água e o índice S. Em amostras preservadas foram determinados os valores de DMP e DMG, assim como a porcentagem de macro, meso e microagregados. Os dados foram submetidos à análise de variância e quando o teste F foi significativo foi realizado análise de regressão. A utilização de doses de 0-18-18 resultaram em aumento da estruturação do solo e consequentemente da porosidade, sendo este efeito indireto, ou seja, devido ao maior crescimento das culturas. A aplicação de doses de Biochar proporcionaram aumento do volume de macroporos e porosidade total, resultando ganhos no volume de água disponível para as plantas. Ocorrendo com isso diminuição da densidade do solo.

PALAVRAS CHAVE: condicionador do solo, água disponível, densidade do solo

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ABSTRACT

One of the most common soils in the region of Araguaia valley is the plinthosol which is characterized by medium texture/sandy in the superficial horizon. One of the biggest limitations of this type of soil is in regards of grain production due to low water availability. Studies have demonstrated that Biochar, plant charcoal, can contribute to significant changes in physical properties of soil with consequent structure changes allowing more water availability. However, it is still unclear how long those benefits remain in the soil. The current study aimed to clarify the physical properties of soil and the water retention curves of a plinthic soil after 8 years of exposure to Biochar and doses of the formulate 0-18-18. The study was conducted at Nova Xavantina, MT, Bioma Cerrado, at a dystrophic haplic plinthosol, of medium texture, in which Biochar was added in November of 2008. The study design was random blocks with factorial scheme of 4 doses of the formulate (0-18-18) and 4 doses of Biochar. The formulate doses were 0, 100, 200 and 300 kg ha-1 and for Biochar 0, 8, 16 and 32 Mg ha-1. Water content was determined in undeformed samples under the following tensions: 10, 30, 60, 80, 100, 300, 600, 1000, 3000, and 5000 hPa. After measurements of water content under different tensions the soil samples were dried in a greenhouse followed by determination of macroporosity, microporosity, total porosity and soil density with soil resistance of penetration (100 hPa). The water retention curves and S index were calculated according to the van Genuchten model. PMG and GMD were determined in preserved samples as well as percentages of macro, meso and microagregates. Results were submitted to variance analysis and submitted to regression analysis in the presence of a significant F test. The use of 0-18-18 dosage regimens resulted in higher soil structuring with consequent indirect increase in porosity due to higher growth of crops. The use of Biochar lead to higher volumes in macropores and total porosity resulting in a gain of water volume available for plants and consequent decrease on soil density. Keywords: soil condiniter, water availability, soil density.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Porosidade total (Pt), Densidade do solo (Ds), Macroporosidade (MA) e

água, disponível (AD) de um Plintossolo sob diferentes doses de Biochar. **

e * significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste de t

de Student.

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Figura 2 Porosidade total (Pt), umidade de saturação (θs), macroporosidade (MA),

microporosidade (MI), densidade e índice S de um Plintossolo sob diferentes

doses de NPK. ns não significativo; ** e * significativo a 1% e 5% de

probabilidade, respectivamente, pelo teste de t de Student.

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Figura 3. Macroagregados, Mesoagregados e índice S de um Plintossolo na camada

de 0-0,10 m sob diferentes doses de NPK. ns não significativo; ** e *

significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste de t de

Student.

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Figura 4. Curvas de retenção de água de um Plintossolo submetido a doses de NPK

(0-18-18) e Biochar.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Valores de F calculados pela análise de variância para

macroporosidade (MA), microporosidade (MI), porosidade total (Pt),

densidade do solo (Ds), resistência do solo à penetração (RP) e

diâmetro médio ponderado (DMP) e geométrico (DMG).

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Tabela 2. Resumo da análise de variância para os parâmetros empíricos da curva

de retenção de água submetidos às diferentes doses de NPK e biochar.

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1. INTRODUÇÃO

A região Central do Brasil, sobretudo o estado de Mato Grosso na

atualidade, é descrita como um grande estado da produção de grãos e proteína

animal, representando grande importância econômica no cenário nacional (SOUZA e

LOBATO, 2004).

Na região do Vale do Araguaia predominam diferentes tipos de solos, sendo

que o Plintossolo é o mais característico dessa região, com ocorrência de 65.684,06

km² em todo estado, e apresenta sérias limitações para a produção de alimentos

(MOREIRA e VASCONCELOS, 2007). Segundo Pereira e Lombardi Neto (2004)

solos de textura arenosa não são recomendados para o cultivo de culturas devido às

suas limitações que estão relacionadas à baixa disponibilidade de nutrientes, baixa

capacidade de armazenamento de água e alta suscetibilidade à erosão, o que reduz

o potencial produtivo.

Historicamente, esses solos foram destinados apenas como suporte para

pastagem naturais de reduzidas produção e valor nutritivo usados na alimentação de

ovinos e caprinos (NEVES et al., 2003). Deste modo, se faz necessário o

desenvolvimento de novos sistemas e novas tecnologias de produção, que sejam

adequadas para as diferentes condições ambientais, ligando a produção de

alimentos com a preservação da biodiversidade do solo e da água, a fim de oferecer

alternativas viáveis aos sistemas produtivos.

A partir disto o carvão pirolisado ou carvão vegetal (Biochar) se apresenta

como uma alternativa viável atuando na melhoria das características físicas,

químicas e biológicas do solo. O presente estudo objetivou avaliar os atributos

físicos de um Plintossolo após 8 anos da incorporação de doses de Biochar e doses

de NPK.

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2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Biochar

Biochar é um produto obtido a partir de uma biomassa ou de um material

orgânico que possa vir a sofrer uma decomposição térmica com fornecimento

limitado de oxigênio, rico em carbono (LEHMAN; JOSEPH, 2009); que segundo

Guedes (2016) acaba por favorecer um grande desempenho nas influências dos

atributos físicos, químicos e biológicos no solo.

Uma forma de se obter este biocarvão é através da pirólise, considerada por

Tan et al (2014), uma alternativa tecnológica limpa e que apresenta custo-benefício

favorável para produção, uma vez que, se é possível reutilizar materiais que seriam

descartados reduzindo assim a produção de resíduos sólidos agrícolas, o que ainda

segundo Ahmad et al (2014), auxilia na diminuição de contaminações que poderiam

estar associadas ao descarte destes resíduos no meio ambiente.

As características do Biochar vão estar diretamente relacionadas a natureza

do material utilizado, bem como o tamanho de suas partículas até as condições ao

qual deve ser submetido a pirólise, as propriedades resultantes iram estar

diretamente ligadas as mudanças que possam vir a ocorrer em solo com a presença

do Biochar, mudanças na densidade, retenção de água formação de poros e

estrutura do solo (PAZ-FERREIRO et al., 2014).

2.2 Propriedades físicas do solo

A física do solo constitui-se no ramo da ciência que tem como finalidade a

caracterização dos atributos físicos do solo, bem como o controle dos processos que

ocorrem. A partir dos estudos físicos do solo é possível definir qualitativa e

quantitativamente as características físicas, da mesma forma sua predição, controle

e medição, onde o principal objetivo é entender os mecanismos de funcionalidade

dos solos e seu papel. É importante entender o comportamento pois a partir disto é

possível utilizar um manejo adequado do solo, seja na irrigação apropriada,

drenagem, preparo do solo ou na conservação do solo e água (EMBRAPA, 2006).

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Entre as propriedades físicas mais importantes do solo estão a textura e

estrutura do solo, que respectivamente referem-se a distribuição do tamanho de

partículas e o arranjamento das mesmas em agregados. Porém a porosidade do

solo é o principal responsável por desenvolver uma cadeia de mecanismos como

retenção e fluxo de ar e água que em conjunto com a matriz do solo acaba gerando

um grupo de propriedades físicas no solo (SINGER; EWING,2000).

A consideração da qualidade física do solo envolve a noção de processos e

propriedades, relacionados à capacidade do solo em sustentar a efetividade da

saúde do ecossistema, a avaliação destas qualidades é realizada através de

indicadores físicos do solo que são responsáveis pela formação de sua estrutura

(MEA, 2005).

Os atributos físicos dosh solos mais utilizados como marcadores de

qualidade, segundo Singer & Ewing (2000), são aqueles que avaliam a porosidade

total, desde a distribuição ao tamanho dos poros, o nível de distribuição de

partículas, densidade relativa do solo, resistência do solo, intervalo hídrico e índice

de compressão e a estabilidade de agregados.

2.2.1 Porosidade do solo

A porosidade do solo também conhecida como porosidade total, é descrita

como o fracionamento do solo em um determinado volume que não é ocupado por

sólidos, e uma vez obtido os resultados deste fracionamento os valores tendem a

sofrer uma variação de acordo com as características presentes no solo

(KIEHL,1979).

A importância do sistema poroso está diretamente envolvida com o

armazenamento e movimento de gases e água no solo, pesquisas do sistema

radicular das plantas, fluxo e retenção de calor e em estudos da investigação da

resistência mecânica do solo. Porem as informações obtidas na porosidade total do

solo são limitadas e é de fundamental importância o conhecimento da distribuição

dos tamanhos dos poros no solo, pois é a partir da distribuição destes poros que

ocorrera a retenção de água e nutrientes bem como a distribuição a mesma, e os

poros também favorece a aeração do solo (MEA, 2005).

As principais características utilizadas para realizar a determinação da

porosidade do solo são obtidas a partir das indicações dos níveis de densidade do

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solo e das partículas, uma vez que as partículas variam de tamanho acaba

desenvolvendo uma certa irregularidade e expansão da água, fazendo com que os

poros se difiram entre si quanto à forma, comprimento, largura e tortuosidade. É

importante ressaltar que a textura e matéria orgânica presente no solo podem

influenciar nos valores totais da porosidade do solo, pois agem como agentes

cimetantes prejudicando a passagem pelos poros, a variação da porosidade deve

ficar entre 0,30 e 0,79 m³ m-³, porém este atributo é facilmente influenciado pelo

manejo do solo utilizado, que caso não seja adequado levara a uma infiltração da

água, mudança na densidade o que irá prejudicar a produtividade (FERREIRA,

2010).

2.2.2 Densidade do solo

A densidade do solo (Ds) é utilizada para melhor entender da situação da

física do solo. A Ds representa a relação entre a massa de solo seco e volume,

incluindo espaços ocupados pela água e pelo ar. A textura do solo também pode

influenciar na porosidade e densidade do solo, solos com texturas finas possuem

uma densidade menor quando comparados com solos mais arenosos, isto ocorre

por conta da organização das unidades porosas, que além de estarem presentes

entre os agregados podem estar presentes nos espaços porosos internos aos

agregados (FERREIRA,2010).

Normalmente a densidade pode ser determinada pela obtenção de uma

amostra de solo e o volume ocupado por suas partículas, que pode ser conhecido

por anéis volumétricos que são inseridos no solo com o uso apropriado de

equipamento. A obtenção da massa da amostra ocorre por pesagem em uma

balança analítica que após a remoção da umidade em estufa a 105°C até peso

constante (MARCHÃO et al., 2007).

2.2.3 Agregação do solo

Uma outra forma de analisar e compreender a qualidade física do solo é

através da agregação. Os agregados estão diretamente ligados a qualidade física

solo, alterando assim positivamente determinados fatores, como atividade de

organismos no solo acumulado e decomposição de matéria orgânica, que são

responsáveis pelo desenvolvimento e crescimento das plantas. Os agregados são

compostos por união de frações granulométricas e outros compostos pertencentes

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ao solo, como a matéria orgânica, magnésio e carbonatos de cálcio, os compostos

orgânicos agem como cimento nas unidades minerais do solo facilitando assim a

agregação. Outros agentes podem ser citados são o clima, raízes, textura do solo

entre outros (FERREIRA,2010).

Em sistemas integrados a estabilidade dos agregados tende a ser maior,

isso se deve a três fatores: baixo revolvimento do solo no ciclo de pastagem,

sistema radicular denso, agentes agregantes proporcionando uma atividade da

macrofauna no solo (MARCHÃO et al., 2007). As raízes, segundo Silva e Mielniczuk

(1997), exercem uma grande influência na formação e também na estabilidade dos

agregados, apesar de possuírem uma fração pequena dos constituintes orgânicos,

esta influência nos agregados se dá pela ação do sistema radicular, que

proporcionam ligações entre as partículas minerais e os agregados, acabando por

contribuir na estabilidade e formação dos agregados.

A deformação e destruição dos agregados pode ocorrer em caso de uso de

manejo inadequado do solo. Segundo Horn (1995) os “falsos agregados” são torrões

que possuem um grau de resistência interna menor, o que acaba levando a

deterioração da estrutura do solo, o que acaba por formar grande agregados porem

fracos e densos, possuindo assim um menor diâmetro e número reduzido de poros.

2.2.4 Resistencia do solo a penetração

A resistência do solo qualitativamente é caracterizada pela capacidade de

ele suportar forças sem oferecer falhas, e em termos quantitativos pode ser definida

pela máxima tensão suportável de um solo sem que ocorra falhas. A possível tensão

aplicada incide na alteração no ponto mais fraco da matriz do solo, e conforme o

aumento da tensão pode ocorrer zonas de falhas. Porém a estrutura do solo poderá

ser estável se a tensão sobreposta for menor que a resistência na zona de falha

(FERREIRA,2010).

A resistência pode ser alcançada por dois mecanismos, pelo provável

aumento no número de pontos de contato entre as partículas individuais ou pelo

aumento da resistência do cisalhamento por ponto de contato. Um sistema poroso

mais estável pode estar presente sob um sistema conservacionista de manejo, que

poderá ser mantido se as resistências internas não sofrerem falhas pela tensão

exercida no solo (PEREIRA, et al, 2002).

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A resistência a penetração pode ser encontrada em avaliações de camadas

compactadas e em solos com mudanças em suas propriedades físicas associadas

aos seus horizontes. Esta resistência é formada dependentemente do conteúdo

disponível de água, da densidade do solo e da distribuição do tamanho das

partículas, ou seja, quanto mais seco e denso o solo maior a resistência do mesmo,

sendo que nestas regiões as raízes podem vir a se desenvolver o que eleva a

resistência a penetração das mesmas (FERNANDES, et al, 2007).

Um estudo realizado por Carvalho, Goedert & Armando (2004), avaliou os

atributos físicos do solo, onde foi possível contatar que o solo sob um sistema

agroflorestal se demonstrou menos resistente à penetração quando comparado com

o cultivo convencional. Já Prado, Roque & Souza (2002) demonstraram que

diferentes sistemas de preparo podem vir a influenciar na resistência do solo á

penetração e na densidade do solo, e que sua resistência pode aumentar em solos

submetidos a um longo período de descanso ou repouso proporcionado as terras

cultiváveis.

2.2.5 Curva de retenção de água e Índice S

A curva de retenção é um atributo físico do solo formado por uma

continuidade de poros com formatos e tamanhos modificados, e segundo Libardi

(2010) o solo mantém a água no seu ambiente poroso com forças onde intensidades

aumentam e seu conteúdo de água diminui. Deste modo, o estudo de correlação

entre a energia com que a água está retida e o conteúdo de água no solo,

corresponde a curva de retenção de água no solo.

A curva de retenção de água tem sido muito utilizada por pesquisadores,

pois a tensão e o volume de água retida no solo está correlacionada diretamente

com a sua estrutura. Segundo Beutlher et al. (2002) o teor de água retido no solo em

apurada tensão é característica especifica para cada solo resultando da ação de

diversos fatores atuando em conjunto.

A partir da curva há possibilidade de efetuar e determinar o índice ”S”,

desenvolvido por Dexter (2004), sugerindo esta propriedade como um indicador para

qualidade física do solo. Segundo Paixão et al. (2009) essa metodologia é reflexo da

distribuição de poros por tamanho, de forma que cada tensão aplicada, obtém se o

tamanho de poros esvaziados no solo.

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2.3 Resultados de aplicação de biochar no solo

O Biochar quando incorporado ao solo, demonstra alta recalcitrância devida

suas características intrínsecas, notadamente a presença de grupos funcionais

fenólicos que confere a essa estrutura resistência à decomposição, permitindo assim

a permanência desse material no sistema solo por um longo período de tempo

(GUEDES, 2010).

A presença de biochar pode contribuir para mudanças significativas nas

propriedades físicas do solo, tais como: estrutura, porosidade e consistência,

diâmetro dos poros, distribuição granulométrica, densidade, em função de sua maior

área superficial específica. Mudança nos atributos físicos do solo devido à presença

de biochar resultam em um maior crescimento das plantas, devido a maior

capacidade de retenção de água, especialmente em solos de textura arenosa.

Contudo, a estrutura aromática, que tem características hidrofóbicas, pode reduzir a

penetração de água nos espaços porosos dos agregados (DOWNIE et al., 2009).

Carvões vegetais são geralmente relatados como materiais pouco reativos,

hidrofóbicos e devido sua porosidade, apresenta alta área de superfície específica

(200 m² – 400 m²), (KISHIMOTO e SUGIRA, 1985). Entretanto, apesar da

estabilidade, comparado a outras formas de matéria orgânica, esse material também

sofre processos de degradação relativamente lentos e transformação (BIRD et al.,

1999).

Ainda segundo Bird et al (1999) a meia-vida de partículas carbonizadas com

tamanho > 2mm foi estimado em menos de cem anos, e partículas menores < 2mm

em menos de cinquenta anos, o que resulta na mobilização do carbono e na

alteração das propriedades de superfície do carvão, aumentando a concentração de

sítios quimicamente reativos, que podem ser ligados a vários nutrientes do solo

(PETTER, 2010).

Este carvão vegetal possui uma estrutura bem porosa, resultando da perda de

água e compostos voláteis eliminados na deterioração da madeira, resultando em

espaços vazios, essa estrutura juntamente com a sua composição química permite

que o carvão tenha uma grande persistência no solo (GUEDES, 2010).

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3. MATERIAL E MÉTODOS

O experimento de campo foi instalado em Nova Xavantina, Mato Grosso, no

Bioma Cerrado em novembro de 2008, sob um Plintossolo Háplico distrófico, de

textura média (EMBRAPA, 2006).

O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso em esquema

fatorial 4 x 4 com quatro repetições, sendo que os tratamentos do experimento, num

total de 16, foram compostos pela combinação de quatro níveis de adubação com

NPK de base (0, 100, 200 e 300 kg ha-1 do formulado 00-18-18) e quatro doses de

carvão vegetal como fonte de carbono pirogênico (0, 8, 16 e 32 ton ha-1). O carvão

vegetal (de eucalipto) foi aplicado ao solo uma única vez (dezembro de 2008),

incorporado a uma profundidade de 0-0,15 m, utilizando-se enxada rotativa.

Para caracterização dos atributos físicos a foram coletadas amostras

indeformadas do solo em abril de 2015 com auxílio de cilindros (0,05 m de altura e

diâmetro). Sendo retiradas duas amostras indeformada por parcelas, nas camadas

de 0-0,10 m e 0,10-0,20 m, considerando-se quatro repetições, num total de 128

amostras indeformadas.

As amostras indeformadas foram saturadas por meio de elevação gradual de

uma lâmina de água por 24 h, pesadas e então submetidas aos potenciais mátricos

(Ψ) de -10, -30, -60, -80 e -100 hPa em mesa de tensão; e -300, -600, -1000, -3000

e -5000 hPa em câmaras de Richards (KLUTE, 1986). Para a determinação do

potencial mátrico de -15000 hPa foram utilizadas amostras deformadas em câmaras

de Richards. Após o equilíbrio das amostras em cada tensão, foram determinados

seus conteúdos de água (GARDNER, 1986).

As amostras indeformadas foram novamente saturadas e estabilizadas no

potencial mátrico de -100 hPa para determinação da resistência do solo à

penetração (RP). Sendo a RP determinado por meio de um penetrômetro eletrônico

estático de bancada, com velocidade constante de penetração de 10 mm min -1 e

cone com ângulo de 30º. Após a determinação da resistência do solo, as amostras

foram secas em estufa a 105ºC por 24 horas e pesadas novamente. Com isso

determinou-se a macroporosidade (-100 hPa), microporosidade (MA), porosidade

total (PT) e densidade do solo (DS) conforme Embrapa (1997).

Os ajustes das curvas de retenção de água (CRA) foram realizados pelo

modelo proposto por van Genuchten (1980), com a restrição m=1-1/n (equação 1),

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minimizando a soma dos quadrados dos desvios, utilizando o software SWRC

(DOURADO NETO et al., 2001), obtendo assim os parâmetros empíricos de ajuste,

α, m e n, fixando-se Ѳs (conteúdo de agua na saturação) no valor correspondente à

porosidade total.

(1)

em que: Ѳ é a umidade volumétrica (m3 m-3); Ѳr é a umidade residual (m3 m-3); Ѳs é

a umidade de saturação (m3 m-3); Ψ é o potencial mátrico (hPa); e α (hPa-1) e n são

os parâmetros empíricos da equação.

Com base nos parâmetros das curvas de retenção recalculados com base no

conteúdo de água gravimétrico foi calculado o índice “S” a partir da declividade

formada no ponto de inflexão da CRA (DEXTER, 2004), por meio da equação 2:

(2)

em que: n e m são os parâmetros empíricos que governam o formato da curva; Ѳs é

a umidade de saturação (kg kg-1); e Ѳr é a umidade residual (kg kg-1).

Para agregação do solo foram retiradas amostras, com auxílio de um

enxadão, sendo coletadas na camada de 0-0,10 m. No laboratório, as amostras

foram secas ao ar. Após secagem foram selecionadas por peneiramento os

agregados com diâmetro entre 8 e 4 mm. Para o processo de tamisagem via úmida,

foram utilizadas três amostras por repetição de 30 g, duas amostras para

determinação da agregação e uma para determinação da umidade das amostras

secas ao ar. As amostras foram umedecidas por capilaridade sobre um papel filtro

durante 10 min e são transferidas cuidadosamente com auxílio de uma pisseta para

o conjunto de peneiras, sendo elas 4,00; 2,00; 1,00; 0,50; 0,25 e 0,125 mm de

malha. Após 15 minutos de agitação no tanque de Yoder, a massa de solo retido em

cada peneira foi determinada. Com isso realizou-se os cálculos do diâmetro médio

ponderado (DMP) e diâmetro médio geométrico (DMG) conforme proposto por

fórmula Kemper e Rosenau (1986) por meio da equação 3 e 4. Também foram

determinados a porcentagem de macroagregados (Ø ≥ 2,0 mm), mesoagregados

(2,0 > Ø ≥ 0,25 mm) e microagregados (Ø < 0,25 mm).

(3)

(4)

10

Após a coleta e tabulação dos dados, foi efetuada a análise de variância

utilizando o software Sisvar versão 5.3. Quando o teste F foi significativo (p≤0,05) foi

realizado à análise de regressão.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise de variância dos atributos físicos do solo apresentados na Tabela 1

mostra significância para macroporosidade, porosidade total e densidade do solo

para os fatores NPK e Biochar na camada de 0-0,10 m. Contudo, macroagregados e

mesoagregados agregados foram significativos apenas para as doses de NPK.

Em relação aos demais atributos os valores médios obtidos foram de 0,18 m3

m-3 para microporosidade e 1,94 MPa para resistência do solo à penetração, ficando

abaixo do limite de 2 MPa que é considerado como crítico ao desenvolvimento de

plantas(TORMENA, 1998). Os valores médios obtidos para diâmetro médio

ponderado (DMP) e diâmetro médio geométrico (DMG) foram de 1,47 e 1,23 mm,

respectivamente. Embora os diâmetros encontrados estarem abaixo do valor ideal

para um solo agregado de 2 mm, deve-se levar em conta que o Plintossolo

apresenta um teor de argila de 170,0 g kg-1, justificando com isso os baixos valores

de DMP e DMG.

Tabela 1. Valore de F calculados pela análise de variância para macroporosidade (MA), microporosidade (MI), porosidade total (Pt), densidade do solo (Ds), resistência do solo à penetração (RP) e diâmetro médio ponderado (DMP) e geométrico (DMG).

Causa da Variação

Porosidade Ds RP DMP DMG

Agregados

MA MI Pt Macro Meso Micro

0-0,10 m

NPK (N) 10,80** 2,17ns 9,78** 3,96* 3,76ns 0,52ns 2,98ns 5,77* 8,93** 1,12ns

Biochar (B) 3,29* 2,58ns 3,34* 5,21** 0,50ns 0,293ns 0,48ns 0,84ns 0,98ns 0,58ns

B*N 1,15ns 0,74ns 0,68ns 0,76ns 0,53ns 1,88ns 0,85ns 1,21ns 1,79ns 0,19ns

CV1(%) 8,95 5,57 4,67 2,83 22,77 9,63 20,39 14,81 9,09 26,82

CV2(%) 13,97 4,92 7,20 3,31 26,02 10,09 29,92 28,37 21,53 25,24

Média Geral 0,19 0,18 0,38 1,61 1,94 1,47 1,23 42,07 41,95 15,86

0,10-0,20 m

NPK (N) 21,87** 35,76** 9,35** 4,22* 10,46** - - - - -

Biochar (B) 4,55** 0,41ns 1,32ns 0,78ns 1,29ns - - - - -

B*N 2,43ns 2,08ns 0,80ns 0,73ns 1,17ns - - - - -

11

CV1(%) 18,24 4,12 6,14 2,60 11,56 - - - - -

CV2(%) 16,12 4,85 5,10 2,02 11,55 - - - - -

Média Geral 0,13 0,19 0,32 1,68 2,84 - - - - -

CV1 (%): Coeficiente de variação referente ao fator doses de NPK (0-18-18); CV2 (%): Coeficiente de variação

referente ao fator doses de Biochar. ns não significativo; * significativo a 5%; e ** significativo a 1%. Porosidade

em m3 m-3; Ds em Mg m-3; e RP em MPa; DMP e DMG em mm; e Macro, Meso e Microagregados em %.

Na camada de 0,10-0,20 m de profundidade todos os atributos físicos do solo

avaliados foram significativos para as doses de NPK. Em relação às doses de

Biochar apenas a macroporosidade foi significativa. Os valores médios de

porosidade total, microporosidade, densidade e resistência do solo à penetração

foram de 0,32 m3 m-3, 0,19 m3 m-3, 1,68 Mg m-3 e 2,84 MPa, respectivamente.

Verifica-se que a RP para camada de 0,10-0,20 m ficou acima do limite de 2 MPa,

evidenciando restrição ao crescimento radicular. Contudo, verifica-se que a

macroporosidade ainda é maior que o limite de 10%, permitindo a renovação do ar

do solo e o crescimento radicular. Verificar também que a porosidade total do

Plintossolo é menor que 0,40 m3 m-3, o que também pode ser justificado pelo

elevado teor de areia de 760,0 g kg-1.

Com relação aos parâmetros da curva de retenção de água do solo a análise

de variância apresentou teste F significativo (p<0,05) para umidade de saturação

(θs) e Índice-S para o fator NPK para as duas camadas do Plintossolo (Tabela 2). A

variável umidade de saturação apresentou as seguintes médias gerais, 0,36 m3 m-3

na camada de 0-0,10 m de profundidade e 0,3626 m3 m-3 na camada de 0,10-0,20

m. Essa diferença pode ser em função de uma possível diferença na porosidade do

solo em virtude das diferentes doses de NPK em que ambas foram significativas.

Em relação ao Índice-S observa-se que na camada 0-0,10 e 0,10-0,20 m

foram de 0,05 e 0,034 respectivamente. Observa-se que os valores de Índice-S

encontrados nos tratamentos com Biochar e NPK caracteriza boa qualidade para

camada 0 -0,10 m na forma estrutural do solo (DEXTER, 2004).

Conforme demonstrado na Figura 1, o aumento da dosagem de Biochar na

camada de 0-0,10 m de profundidade ocasionou aumento na quantidade de poros

totais, o que pode favorecer a retenção de água no solo (NÓBREGA, 2011),

diminuindo assim a densidade do solo e favorecendo o desenvolvimento das

plantas.

12

Tabela 2. Resumo da análise de variância para os parâmetros empíricos da curva de retenção de água submetidos às diferentes doses de NPK e biochar.

Causa da Variação

α Θr Θs Índice-S

0-0,10 m

NPK (N) 3,03ns 2,05ns 8,97** 14,526**

Biochar (B) 1,29ns 0,98ns 2,69ns 2,19ns

B*N 1,11ns 0,60ns 0,74ns 1,93ns

CV1(%) 16,23 6,87 5,15 13,05

CV2(%) 19,92 6,46 7,64 13,87

Média Geral 0,03 0,06 0,36 0,05

0,10-0,20 m

NPK (N) 3,030ns 2,058ns 8,976** 16,224**

Biochar (B) 1,297ns 0,981ns 2,699ns 0,682ns

B*N 1,112ns 0,607ns 0,747ns 3,371ns

CV1(%) 16,23 6,87 5,15 20,51

CV2(%) 19,92 6,46 7,64 15,27

Média Geral 0,036 0,066 0,3626 0,034 CV1 (%): Coeficiente de variação referente ao fator doses de NPK (0-18-18); CV2 (%): Coeficiente de variação referente ao fator doses de Biochar. ns não significativo; * significativo a 5%; e ** significativo a 1%.

Estes acréscimos nos poros totais podem ser atribuídos a melhoria do

ambiente edáfico, na qual o desenvolvimento das plantas seja favorecido, dessa

forma houve maior desenvolvimento radicular nos ambientes com doses maiores de

Biochar, dessa forma com a decomposição do sistema radicular vegetal formou-se

poros grandes “bioporos” que na qual contribuiu para elevação da porosidade total.

Em relação à camada de 0,10-0,20 m de profundidade constatou-se um

comportamento quadrático para a curva da macroporosidade do solo. Este

comportamento pode ser explicado em função das próprias características físicas do

Biochar, trata-se de um material finamente moído, quando aplicado pode ter

ocasionado a obstrução dos poros grandes do solo. Porém, com a melhoria do

ambiente edáfico em doses maiores o sistema radicular das plantas melhores

desenvolvidas nessas condições promoveu a formação de novos conjuntos de

poros, além de nessas condições de elevado acúmulo de biomassa, possivelmente,

13

houve maior atividade de macrorganismos decompositores que também podem

contribuir para a formação de galerias no solo.

0 8 16 24 32

0,05

0,10

0,15

0,35

0,40

0,45

Y A

xis

2

1,56

1,58

1,60

1,62

1,64

1,66

Figura 1. Porosidade total (Pt), Densidade do solo (Ds), Macroporosidade (MA) e água disponível

(AD) de um Plintossolo sob diferentes doses de Biochar. ** e * significativo a 1% e 5% de

probabilidade, respectivamente, pelo teste de t de Student.

MA

e A

D (

m3 m

-3)

Biochar (t ha-1) MA = 0,1508** - 0,0027x** + 7E-05x2** R² = 0,84

AD = 0,1156 + 0,0003x* R² = 0,66

Pt = 0,3649** + 0,0008x* R² = 0,70

AD = 0,1156** + 0,0003x** R² = 0,66

Ds = 1,6358** -0,0017x** R² = 0,60

0-0,10 m

0,10-0,20 m

Pt

e A

D (

m3 m

-3)

Ds

(Mg m

-3)

14

O acréscimo linear na água disponível (AD) observados para as duas

camadas do solo, superiores nas doses maiores de Biochar pode estar relacionado

a um efeito indireto provocado pela aplicação desse material. Em função das suas

características físico-químicas que podem promover melhorias nas condições

edáficas do solo possibilitando melhor desenvolvimento vegetal e

consequentemente maior aporte de biomassa. Desse modo, pode haver acréscimo

de matéria orgânica e está por sua vez possui grande capacidade de retenção de

água uma vez que funciona como uma “esponja” no solo.

Por meio da Figura 2 observa-se que na camada de 0-0,10 m de

profundidade apresentou aumento da quantidade de poros totais e macroporos

conforme incremento das doses de NPK. A densidade do solo seguiu um

comportamento quadrático apresentando máxima em condições próximas dos 100

kg ha-1 de NPK. Em doses maiores, possivelmente houve melhoria do ambiente para

o desenvolvimento das plantas, dessa forma o crescimento das raízes seguido pela

decomposição ocasionou acréscimo de poros, visível pelo acréscimo de

macroporos, e em consequência queda da densidade em função da formação de

canais, antes ocupados pelas raízes e pelo possível incremento de material orgânico

no solo, uma vez que este apresenta baixa densidade de partículas em comparação

ao material mineral do solo.

A umidade de saturação do solo (Θs) seguiu comportamento linear, maiores

para doses elevadas de NPK, o mesmo ocorreu com a porosidade total. A umidade

de saturação de um solo representa a quantidade de poros existente na matriz do

solo, dessa forma em condições onde a porosidade é superior a umidade também

será elevada. Dessa forma em virtude da possível maior formação radicular e aporte

de material orgânico nas doses maiores de NPK observaram-se maiores umidade no

ponto de saturação do solo.

Em relação à camada de 0,10-0,20 m de profundidade, com o incremento das

doses de NPK houve aumento da porosidade total, macroporosidade e umidade de

saturação (Figura 2). A microporosidade apresentou decréscimo devido à conversão

de microporos em macroporos, fato esse pode ser atribuído ação física do sistema

radicular desenvolvendo melhor em doses maiores de NPK. Segundo Sombroek et

al. (2009), o reestabelecimento de algumas propriedades físicas do solo ocorre

principalmente devido ao acúmulo de matéria seca e formação de bioporos. Com

15

isso, observou-se aumento do Índice-S com incremento das doses de NPK, o que

corresponde à melhoria da qualidade física do solo.

Pt,

MA

e θ

s (m

3 m

-3)

Ds

(Mg m

-3)

NPK (kg ha-1) Pt = 0,363** + 8E-05x** R² = 0,61

Θs = 0,3494** + 9E-05x** R² = 0,66

MA = 0,1882** - 0,0002x* + 8E-07x2** R² = 0,99

Ds = 1,6069 + 0,0004x -2E-06x2 R² = 0,99

Pt,

θs,

MA

, M

I (m

3 m

-3)

NPK (kg ha-1) Pt = 0,3091** + 0,0001x** R² = 0,81

Θs = 0,3494** + 9E-05x** R² = 0,66

MA = 0,1044** + 0,0002x** R² = 0,87

MI = 0,2041** -9E-05x** R² = 0,92

Índice S = 0,0267** + 5E-05x** R² = 0,81

0-0,10 m

0,10-0,20 m

Índic

e S

16

Figura 2. Porosidade total (Pt), umidade de saturação (θs), macroporosidade (MA), microporosidade

(MI), densidade e índice S de um Plintossolo sob diferentes doses de NPK. ns não significativo; ** e *

significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste de t de Student.

Para o Dexter (2004) os valores acima de 0,035 de Índice-S caracterizam

solos com forte presença de poros estruturais representando boa qualidade física do

solo, e considera o valor de Índice-S citado acima como limite entre solos com

estrutura física degradada e com solos com condições favoráveis ao

desenvolvimento das raízes das plantas.

Andrade e Stone (2008) verificaram a adequação do Índice-S no diagnóstico

da qualidade física de solos do Cerrado, e sugerem que solos com Índice-S acima

de 0,045 apresentam boa qualidade estrutural. Abaixo deste valor, os solos tendem

a degradação.

Salvo as considerações, ao analisarmos as médias gerais do Índice-S na

Tabela 2 e ao observarmos o comportamento nas Figuras 2 e 3 em função das

doses de Biochar e NPK notamos que houve melhorias nas condições físicas do

solo nas duas camadas avaliadas, estes valores médios apresentam satisfatórios e

representam alta qualidade física do solo, principalmente na primeira camada (0-

0,10 m). Esse fato pode ser em função de nesta camada há maior atividade do

sistema radicular uma vez que geralmente concentram nas camadas superficiais do

solo basicamente em razão da maior disponibilidade nutricional.

Na figura 3 observamos comportamentos quadráticos para porcentagem de

macroagregados e mesoagregados para doses de NPK. Em geral, nota-se

conversão de mesoagregados em macroagregados em doses até próxima a 200 kg

ha-1 e na dose superior os valores de porcentagem voltam a ser próximos. Quando

melhoramos o ambiente para o desenvolvimento de plantas há consequentemente

maior produção de biomassa, dessa forma há maior possiblidade para o

desenvolvimento de microrganismos do solo.

17

Figura 3. Macroagregados, Mesoagregados e índice S de um Plintossolo na camada de 0-0,10 m sob diferentes doses de NPK. ns não significativo; ** e * significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste de t de Student.

Dessa forma, compostos como polissacarídeos e gomas (glomalina),

principais responsáveis pela formação de agregados estáveis do solo (BERBARA et

al., 2006), são sintetizados por fungos e bactérias, respectivamente, decompositores

do material orgânico presente no solo. Assim, a possível presença desses

microrganismos em função do aporte de biomassa pode explicar o acréscimo de

agregados maiores, responsável pela melhor estruturação do solo.

Em virtude dessa melhor agregação é possível observar através da Figura 2

decréscimo na microporosidade nas doses maiores para NPK na camada de 0,10-

0,20 m. Quando partículas são arranjadas em agregados formam-se poros com

diâmetros pequenos, chamados de poros intra-agregados que apresentam

relevância principalmente na capacidade de retenção de água no solo, uma vez que

são poros capilares. No entanto não foi possível verificar aumento na água

disponível neste trabalho em virtude das doses de NPK.

Observa-se na Figura 4 o ângulo de inclinação das curvas de retenção de

água no solo em função dos tratamentos com Biochar e NPK. Nota-se,

principalmente, nas camadas 0-0,10 m para Biochar e NPK grande amplitude no

ponto de umidade de saturação, esse comportamento foi atribuída principalmente

aos ganhos de poros grandes. Observa-se também maior sinuosidade da curva para

Mac

ro e

Mes

oag

regad

os

(%)

Índic

e S

NPK (kg ha-1) Meso = 46,061** - 0,0659x** + 0,0002x2** R² = 0,99

Macro = 36,822** + 0,0924x** -0,0002x2* R² = 0,99

Índice S = 0,0468** + 5E-05x** R² = 0,85

18

camadas de 0-0,10 m quando comparada com a camada inferior 0,10-0,20 m,

basicamente em função de uma menor distribuição dos poros em profundidade

maior refletindo diretamente nos valores menores de Índice S, representando dessa

forma menor qualidade física nessa camada do solo.

Verificar pela figura 4 que as maiores alterações na curva de retenção de

água do solo foram obtidas com a aplicação do formulado do que com a aplicação

de Biochar. Contudo, observa-se que o efeito na camada de 0-0,10 m para as doses

do formulado foi nas tensões baixas, ou seja, ganho de poros grandes

correspondendo a macroporosidade do solo, e para camada de 0,10-0,20 m houve

alteração nas curvas tanto nas baixas como elevadas tensões de água do solo. Para

esta camada verifica-se que com o aumento das doses do formulado resultaram em

ganhos de poros maiores e redução dos poros menores, resultando em aumento de

drenagem e água disponível com a fertilização.

Observa-se que a aplicação do Biochar pouco alterou as curvas de retenção

de água do solo nas camadas de 0-0,10 e 0,10-0,20 m. Observa-se um incremente

no volume de água retido nas tensões mais baixas, correspondendo em ganho de

macroporos na camada de 0-0,10 m.

0-0,10 m 0,10-0,20 m

19

Figura 4. Curvas de retenção de água de um Plintossolo submetido a doses de NPK (0-18-18) e

Biochar.

Na tabela 3 são apresentados os parâmetros de ajuste das curvas de

retenção de água da figura 4. Todos os ajustes apresentaram significância pelo teste

F (p<0,05), comprovante a eficácia do modelo em predizer os conteúdos de água

nos diferentes potenciais mátricos do solo.

Verifica-se maior amplitude nos valores dos conteúdos de água na condição

de saturação de água do solo, que é correspondente a porosidade total. Os

conteúdos de água no ponto de murcha permanente (Ѳr) foram semelhantes, sendo

reflexo da matriz do solo, ou seja, alterados pela granulometria do solo,

comprovando que a textura da área é homogenia.

Ψ (MPa)

0-0,10 m 0,10-0,20 m

Ѳ (

m3 m

-3)

20

5. CONCLUSÕES

A utilização do Biochar ou adubação com o formulado 0-18-18 modificaram as

propriedades físicas do Plintossolo.

A utilização de doses de 0-18-18 resultaram em aumento da estruturação do

solo e consequentemente da porosidade, sendo este efeito indireto.

A aplicação de doses de Biochar proporcionaram aumento do volume de

macroporos e porosidade total, resultando ganhos no volume de água disponível

para as plantas. Ocorrendo com isso diminuição da densidade do solo.

21

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