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Matéria Orgânica do Solo Eliane de Oliveira COMPONENTES DO SOLO: Matéria orgânica Coloides Orgânicos: humus Material Orgânico Constituído por compostos orgânicos, podendo comportar proporções variáveis de material mineral. Material do Solo é Orgânico = teor C ≥ 80 g.kg-1 Material Orgânico: - Fíbrico - pouco decomposto, > macroporosidade; Água (850 a 3000% do peso seco) - Hêmico - retém 450 a 850% do peso seco - Sáprico – bem decomposto, > microporosidade, retém água com > intensidade Matéria Orgânica do Solo (MOS) Todo material orgânico de origem biológica, vivo ou morto que passa em peneira com malha de 2 mm. • Elevada Reatividade (Humus) LITEIRA – excluída porque é considerado material orgânico ainda não decomposto sobre a superfície do solo, não faz parte da MOS. Biomassa Biomassa Microbiana Biomassa: Parte viva da matéria orgânica do solo, composta por todos os organismos menores que 5.10-3 mm3 – Fungos, bactérias, actinobacterias, leveduras e microfauna (protozoários) - Cerca de 98% do C-orgânico do solo é matéria orgânica morta - 2 - 4% do C-orgânico do solo é composto pela fração viva. 9 Biomassa: (larvas, vermes, bactérias, fungos) Bactérias – 109 g-1 Actinomecetos – 108 g-1 Fungos – 107 g-1 ou 60-80% da massa da biomassa Algas – 104 a 3 x 106 g-1 Protozoários – 106 g-1 Nematóides – 50 g-1 ou mais. Porção não viva (organismos vegetais e animais em vários graus de decomposição + produtos dessa decomposição) Características da Biomassa Microbiana • Catalisa as transformações bioquímicas, representando fonte e dreno de C e troca de nutrientes entre a atmosfera e o ecossistema solo- planta; • Destino inicial do C em transformação; • Principal fonte de enzimas do solo; Atividade: - Fungos = Tempo de geração = 4 a 8 horas (2-10% atividade) - Bactérias = Tempo de geração = 0,5 hora (15-30% atividade) - Microfauna = Tempo de geração = 2 a 4 horas (pouco conhecida) • Os valores de biomassa variam muito com o tipo de solo, vegetação e clima 11 Origem da MOS • Decomposição biológica e química de resíduos orgânicos, podendo ser observado dois componentes: a) Matéria orgânica em estágio inicial de decomposição onde morfologia do material de origem é ainda identificada. a) Material em fase avançada de decomposição (humus). COMPONENTES DO SOLO : Matéria orgânica A manta morta transforma-se ao longo do tempo em húmus Composição Química de Matéria Orgânica do Solo Mineralização - processo que conduz à desorganização e transformação da estrutura dos resíduos orgânicos em compostos simples, solúveis ou gasosos (Ca2+, K+, NH4 +, PO4 2-,NO3 -, CO2, H2O). Humificação - processo que conduz à formação de complexos coloidais estáveis e resistentes à decomposição (húmus) Mineralização da Matéria Orgânica - Processo envolvido na transformação de substâncias orgânicas de baixo peso molecular em formas inorgânicas. - Última etapa da transformação dos materiais orgânicos no solo a qual ocorre simultaneamente com a imobilização de nutrientes minerais para atender a demanda nutricional da microbiota decompositora - Substratos pobres adicionados ao solo apresentam relação C:N > 30:1 e, por isso, há um déficit acentuado de N. Alternativas para Evitar Deficiências de N - Incorporar os resíduos com alta relação C:N, no mínimo 60 dias antes do plantio; - Adicionar fertilizantes nitrogenados sempre que os resíduos de alta relação C:N forem incorporados ao solo destinados ao plantio imediato; - Manutenção dos restos culturais na superfície do solo - Fazer a compostagem do material antes de sua aplicação, reduzindo a relação C:N. 18 Mineralização da Matéria Orgânica • Atividade Decompositora no Solo 96% respiração total do solo 20 Compartimentos Físicos • Matéria Orgânica Particulada (MOP) – pode representar de 15 a 40% do estoque de C orgânico total (COT) do solo, podendo chegar a 10% quando solo é cultivado. • Matéria Orgânica Associada aos Minerais (MOAM) – formada por substâncias húmicas que interagem com minerais do solo formando complexos organominerais. • Matéria Orgânica Dissolvida (MOD) – fração orgânica solúvel do solo, compreende desde ácidos simples e polissacarídeos a substâncias húmicas complexas. Elevada reatividade com íons e moléculas do meio, podendo reduzir efeitos tóxicos de xenobioticos e metais pesados. Fração Orgânica solúvel que passa em membrana com malha de 45 µm. Compartimentos Químicos • Biomoléculas – ácidos orgânicos, açúcares, gorduras, proteínas, celulose, lignina (material pouco degradado) • Substâncias Húmicas – Mistura de substâncias, sem fórmula molecular definida, contendo os principais grupos funcionais do C e comportamento como compostos macromoleculares de peso molecular de 2kDa (Hayes & Clapp, 2001). • Carvão ou C pirogenético – material orgânico carbonizado, formado a partir da queima da vegetação, com estrutura molecular predominantemente aromática (até 35% do estoque total de C do solo). Biomoléculas Ligninas Importante na atividade dos processos bioquímicos responsáveis pela reciclagem de nutrientes e outros benefícios para a ecologia do solo. Taxa de Decomposição dos Resíduos Orgânicos Depositados no Solo Moreira & Siqueira, 2006 24 Substratos primários reciclagem 25 - Considerado um estado indefinido da matéria orgânica do solo - Formado por moléculas recalcitrantes de origem vegetal e microbiana - Rico em compostos fenólicos - Grande estabilidade química - Sub-produto da decomposição dos resíduos orgânicos - Efeitos do húmus no solo: -Aumenta a retenção de água -Aumenta a reserva de nutrientes -Aumenta a CTC -Reduz a erosão -Efeitos fisiológicos sobre plantas -Quelantes de metais e poluentes 26 Substâncias Húmicas Substâncias Húmicas Grupo Funcional Fórmula Estrutural Carboxila R-COOH Enol R-CH CH-OH OH fenólica Ar-OH Quinona Ar O OH-alcoólico R-CH2-OH Éter R-CH2-O-CH2-R Cetona R-C O(-R) Aldeído R-CH O Éster R-C O(-OR) Amina R-CH2-NH2 Amida R-C O(-NH-R) Alquila -CH , -CH2-, -CH3 O-alquila R-CH2-O-R Principais grupos funcionais da matéria orgânica do solo. Fracionamento Químico e Frações Químicas • Baseia-se na solubilidade em determinado meio aquoso. Em função do pH são separadas três frações: • Ácido Húmico (AH) • Ácido Fúlvico (AF) • Huminas (HU) Critério Químico Matéria Orgânica = = Material não decomposto + Material em transformação + Húmus (ácidos húmicos e fúlvicos e huminas) Características do húmus Cor escura, amorfo, poroso Estrutura química complexa (ácidos húmicos 28-60%, fúlvicos 20- 40% e huminas 20-32%) Baixa densidade 1,1 Elevado poder de retenção de água (2-4x o seu peso) Retém bases (K, Na, Ca, Mg); fonte de elementos nutritivos (N, S, P) Natureza coloidal (Ø µ), carga elétrica negativa, dependente do pH Superfície específica elevada; Elevada CTC (> 300 meq/100g) e elevado poder tamponizante Formação de complexos argilo-húmicos e organo- metálicos (quelatização) Favorece a agregação (coesão) do solo PROPRIEDADES DO SOLO: retenção e troca iônica CTC (cmolc/kg) ----------------------------------------------------------------Vermiculite 100-150 Montmorilonite 80-150 Ilite 10-40 Caulinite 3-15 Óxidos-Hidróxidos Fe, Al 2-5 Matéria orgânica 100-300 = peso molecular ion/valência ion = massa de 1 molc Troca iônica - processo reversível pelo qual ions retidos na superfície de uma fase sólida são, sem alteração sensível ou decomposição desta, permutados com quantidades equivalentes de ions em solução numa fase líquida Formação de complexos organo-metálicos (quelatização) Fonte das Cargas dos Coloides do Solo Carga Permanentes (originárias de substituição isomórfica) Substituição de um íon por outro num cristal, conservando a estrutura, devido a semelhança dos raios iônicos dos íons. Cargas pH-dependente (associadas com grupo –OH) - Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas silicatadas - Dissociação dos grupos carboxílicos, álcoois (enólicos) e fenólicos da matéria orgânica. - Protonação Grupos carboxílico, alcoois e fenólico: - Carboxílico : R – COOH ⇔ R – COO- + H+ - Fenólico : O OH ⇔ O O- + H+ - Alcoois: R – OH ⇔ R – O- + H+ Substituição de Al+3 por Mg+2; de Si+4 por Al+3 Grupo Carboxílico Grupo Fenólico Grupo Alcool (enólico) Cargas Electronegativa, dependente pH - Dissociação do grupo OH( liberatação do H+) • grupos carboxílicos (COOH) : pH 4 - 7 • grupos oxidrílicos (OH fenólicos e enólicos): pH > 6 - Aumento do pH Formação de cargas negativas por aumento do pH, nos radicais carboxílicos (1) e fenólicos (2) da matéria orgânica PROPRIEDADES DO SOLO: Adsorção e troca iônica Adsorção (retenção) de ions complexo coloidal do solo Cargas negativas no solo (superam as cargas positivas) devido: • substituição isomórfica Minerais argilosos • dissociação do grupo OH Matéria orgânica (cargas dependentes pH) • protonação Óxidos-hidróxidos Fe, Al Formação de complexos argilo-húmicos Interações de moléculas de água com superfície de argilas, cátions e ânions no solo. Série preferencial de ligação do cations ao colóide : H+ > Al3+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4 + > Na+ aumenta : valência e diminuição do grau de hidratação do cation. Super- ficie da Argila Solução do solo água K H Ca Mg Al SO4 NO3 - Cl Argilas Silicatadas e sua interação com ions da soluçao do solo Micela de Argila Superfície Externa Dupla Camada Iônica ADSORÇÃO DE CÁTIONS E ANIONS Hidroxila da superfície de caolinita ou gibsita Sítios de cargas negativas Sítios de cargas positivas Tipos de Adsorção • Íons metálicos podem formar dois tipos de complexos: • Complexos de Esfera Interna – - ligações covalentes entre as espécies e os átomos de superfície; • Complexos de Esfera Externa – - Moléculas de água separam o íon da superfície complexante - Forças eletrostáticas, moléculas de água rodeiam o íon. REAÇÕES DE TROCA CATIÔNICA Princípios das reações de troca catiônica Efeito aniônico ou ação de massa: - Uma reação poderá ser facilitada se os íons estão reagindo na direção reversa a da troca iônica - Processos que podem acompanhar a troca iônica são: precipitação, volatilização, e forte associação com ânions Complementariedade de cátions: - No complexo catiônico a maior ou menor adsorção de um íon depende dos íons adsorvidos e dos íons vizinhos. Adsorção de cátions: Ca2+ , Mg2+ , K+, H+, etc. e afinidade pela água: - grande superfície específica e a existência de cargas elétricas nesta superfície CTC = conjunto de cargas negativas SOMA DE BASES = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ cmolc/kg de terra fina (meq/100g ) CTC = Capacidade de Troca Catiônica Cargas características dos Colóides. colloid type CTC pH dependent % organic amorphous 200 90 smectite 2:1 100 5 vermicullite 2:1 150 5 Fine micas 2:1 30 20 chlorite 2:1:1 30 20 kaolinite 1:1 8 95 Gibbsite (Al) Non-silicate 4 100 Geothite (Fe) Non-silicate 4 100 Allophane Si Non-cystalline 30 90 CARGAS NA NATUREZA: positiva e negativa Maioria dos solos – ELETRONEGATIVOS (-) > (+) FRAÇÃO ARGILA CARGAS POSITIVAS As cargas positivas originam-se na matéria orgânica e nos óxidos e hidróxidos de Fe e Al, significativamente em condições de solos ácidos. CAPACIDADE DE TROCA DE ÂNIONS (CTA) Representa a capacidade do solo de reter ânions na fase sólida do solo em formas trocáveis. CAPACIDADE DE TROCA CATIONICA E ANIONICA CAPACIDADE DE TROCA DE CÁTIONS (CTC). A CTC representa a quantidade total de cargas negativas disponível para atração de íons de carga positiva (cátions). IMPORTÂNCIA E RELAÇÕES COM O SOLO E PLANTAS Determinação da CTC (fração mineral e orgânica): • reserva de nutrientes plantas e microrganismos • retenção de nutrientes, não lixiviáveis CTC efetiva (t) – Quantidade de cargas negativas encontradas no pH original do solo. CTC a pH 7,0 (T) – Quantidade de cargas negativas encontradas no solo quando eleva-se o pH a 7,0. A CTC é expressa por cmolc dm -3 ; mmolc dm -3 CARACTERÍSTICAS DA CTC - A CTC é reversível - A CTC é estequiométrica - A CTC é rápida A ordem em que os cátions são retidos na CTC é: Al3+ = H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ FATORES QUE AFETAM A CTC DO SOLO a) Tipo e quantidade de argila b) Matéria orgânica c) pH da solução do solo A análise do solo mostrou o seguinte resultado: K+ = 0,9 cmolc/dm 3 Na+ = 0,1 cmolc/dm 3 H+ = 1,2 cmolc/dm 3 Ca++ = 3,1 cmolc/dm 3 Mg++ = 1,1 cmolc/dm 3 Al+++ = 0,2 cmolc/dm 3 CTC = K + Na + H + Ca + Mg + Al CTC = 0,9 + 0,1 + 1,2 + 3,1 + 1,1 + 0,2 CTC = 6,6 cmolc/dm 3 Soma das bases (SB ou S). Quantidade das bases trocáveis (Ca2+ , Mg2+, K+ e Na+) do solo. SB = Ca + Mg + K + Na Saturação por bases (V) Quantidade das bases trocáveis contidas na CTC potencial do solo. V % = (SB / CTC ) x 100 CTC = K + Na + H + Ca + Mg + Al CTC = 0,9 + 0,1 + 1,2 + 3,1 + 1,1 + 0,2 CTC = 6,6 cmolc/dm 3 SB = K + Na + Ca + Mg SB = 0,9 + 0,1 + 3,1 + 1,1 SB = 5,2 cmolc/dm 3 V (%) = (SB/CTC) x 100 V (%) = (5,2/6,6) x 100 V (%) = 78,7 % Ex.: Acidez trocável (Al3+) Representada principalmente pelo Al3+ trocável e em pequena proporção pelo H+. Acidez potencial (H +Al) Acidez determinada a pH 7,0 e representa o H + Al. Saturação por alumínio (m) Quantidade da CTC efetiva ocupada pelo Al3+ trocável. (m%) = (Al3+ / CTCefetiva) x 100 3) A análise de duas amostras de solo revelou os seguintes resultados: Solo a) Textura = 10 % de argila, 23 % de silte e 67 % de areia K = 0,1 cmolc/dm 3; Ca = 0,9 cmolc/dm 3; Mg = 0,3 cmolc/dm 3; H = 0,3 cmolc/dm 3; Al = 0,2 cmolc/dm 3 Solo b) Textura = 42 % de argila, 33 % de silte e 25 % de areia K = 0,8 cmolc/dm 3; Ca = 2,9 cmolc/dm 3; Mg = 1,1 cmolc/dm 3; H = 0,4 cmolc/dm 3; Al = 0,1 cmolc/dm 3-Determine a CTC efetiva (t), a Soma das Base (S), a Saturação por Bases (V), a acidez trocável e potencial e a saturação por alumínio (m). - Quais as conclusões que podem ser tiradas e as recomendações técnicas para cada amostra. FATOR QUANTIDADE (Q) Refere-se a reserva do íon disponível na fase sólida do solo. FATOR INTENSIDADE (I) Refere-se a atividade do íon na solução do solo. Concentração ≠ Atividade FATOR CAPACIDADE (Q/I) Relação entre os fatores quantidade (Q) e intensidade (I), dada faixa de concentração do íon considerado.
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