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
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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