Disponibilidade dos metais pesados tóxicos cádmio, chumbo e cromo no solo e tecido foliar da soja adubada com diferentes fontes de NPK+Zn

Availability of cadmium, lead and chromium toxic heavy metals in soil and soybean leaf tissue fertilized with different sources of NPK+Zn

CIÊNCIAS AGRÁRIAS

Disponibilidade dos metais pesados tóxicos cádmio, chumbo e cromo no solo e tecido foliar da soja adubada com diferentes fontes de NPK+Zn

Availability of cadmium, lead and chromium toxic heavy metals in soil and soybean leaf tissue fertilized with different sources of NPK+Zn

Ivair André Nava^I; Affonso Celso Gonçalves Junior^II; Herbert Nacke^II; Valdir Luiz Guerini^III; Daniel Schwantes^II

^IUniversidade Estadual do Oeste do Paraná/UNIOESTE – Rua Pernambuco – 1777 – Cx. P. 91 – 85960-000 – Marechal Cândido Rondon, PR –

[e-mail]

^IIUniversidade Estadual do Oeste do Paraná/UNIOESTE – Marechal Cândido Rondon, PR

^IIIInstituto Agronômico do Paraná/IAPAR – Londrina, PR

RESUMO

Os fertilizantes utilizados para suprir micronutrientes podem apresentar metais pesados tóxicos em sua composição que podem proporcionar severas consequências ao meio ambiente. Plantas cultivadas na presença de determinadas concentrações de elementos tóxicos podem oferecer risco de contaminação, pois os acumulam em seus tecidos. Desse forma, neste trabalho objetivou-se avaliar a disponibilização dos metais pesados tóxicos Cd, Pb, e Cr para o solo e tecido foliar da cultura da soja, cultivada a campo e fertilizada com um formulado N:P₂O₅:K₂O e diferentes fontes de Zn. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso, em esquema fatorial [(5+1)x2], com três repetições. Os tratamentos foram constituídos de cinco diferentes fertilizantes NPK+Zn (quatro fontes com Zn e uma sem Zn), um tratamento sem adubação e duas doses de adubação (uma vez e o seu dobro). Com base nos resultados obtidos foi concluído que a aplicação dos tratamentos disponibilizou Cd, Pb e Cr para as plantas de soja e para o solo do experimento nas duas doses de adubação utilizadas.

Palavras-chave: Contaminação, micronutriente, Glycine max L.

ABSTRACT

Fertilizers used to supply micronutrients may have toxic heavy metals in their composition, which can have severe consequences for the environment. Plants grown in the presence of certain concentrations of toxic elements may present a risk of contamination because the toxins accumulate in their tissues. This study aimed to measure the presence of the toxic heavy metals Cd, Pb and Cr in the soil and leaf tissue of field-grown soybean plants, fertilized with a formulated N:P₂O₅:K₂O and different sources of Zn. The experimental design utilized randomized blocks in a factorial scheme [(5+1)x2], with three replications. The treatments consisted of five different fertilizers NPK + Zn (four sources with Zn and one without Zn), a treatment without fertilizer and two fertilizer levels (a single and double application). Based on obtained results it was concluded that the double application of the treatments released Cd, Pb and Cr into the soybean plants and experiment.

Key words: Contamination, micronutrient, Glycine max L.

INTRODUÇÃO

É de conhecimento geral que o cultivo da soja (Glycine max L.) é uma atividade extremamente importante para a economia brasileira e responsável por milhões de empregos diretos e indiretos.

Com relação a fertilização dessa cultura, o micronutriente zinco (Zn) exerce funções importantes no metabolismo de carboidratos, proteínas e auxinas das plantas (MARTENS; WESTERMAN, 1991), e, assim, um dos meios para manter a produtividade de grãos é a correção da fertilidade e o manejo adequado do solo (OLIVEIRA et al., 2001; GONÇALVES JR. ; PESSOA, 2002).

Não obstante, nos sistemas agrícolas tecnificados, o desbalanceamento nutricional de micronutrientes no solo é comum e ocorre principalmente, em razão da correção da acidez destes, além de que, pela utilização de variedades produtivas melhoradas e mais exigentes em relação à nutrição aumenta-se cada vez mais a utilização de microelementos nos cultivos agrícolas (OLIVEIRA et al., 2001).

Os fertilizantes utilizados para suprir micronutrientes, possuem, muitas vezes, em sua composição, além dos elementos essenciais e desejáveis, também metais pesados tóxicos que são elementos com peso específico maior que 5 g cm^-3 ou que possuem número atômico maior que 20 (MALAVOLTA et al., 1997).

Dentre os micronutrientes, muitos são metais pesados e são classificados desta maneira: essenciais, como o Cu, Fe, Mn, Mo e Zn, que são elementos indispensáveis para o desenvolvimento das plantas; benéficos, citando-se o Co, Ni e V, sendo elementos que colaboram com o desenvolvimento das plantas, mas sua falta não é considerada um fator limitante e não essenciais ou tóxicos, sendo os principais o Cd, Cr, Hg e o Pb, que são elementos prejudiciais às plantas (GONÇALVES JUNIOR; PESSOA, 2002).

Algumas indústrias de fertilizantes, com o objetivo de diminuir os custos de produção, passaram a utilizar resíduos industriais como fonte de elementos considerados essenciais às plantas, esses resíduos provêm primordialmente dos setores de fundição e siderurgia das empresas nacionais, embora nesse contexto, muitas dessas atividades estão sendo desenvolvidas com resíduos industriais perigosos originário de outros países (MONTEIRO, 2005).

Assim, para as formuladoras de micronutientes os benefícios são igualmente atraentes, uma vez que adquirem matéria-prima a custos irrisórios e, consequentemente, são as únicas que não geram nenhum tipo de resíduo, porque os incorporam diretamente nos seus produtos (GONÇALVES JUNIOR et al., 2000).

Plantas cultivadas com altas concentrações de metais pesados tóxicos podem oferecer risco de contaminação a toda cadeia produtiva, pois acumulam esses elementos em seus tecidos, sendo assim consideradas como um reservatório desses elementos nocivos, ocasionando a contaminação de animais e seres humanos (MARTINS et al., 2003).

Dessa forma, neste trabalho, objetivou-se avaliar a disponibilidade dos metais pesados tóxicos Cd, Pb, e Cr no solo e em plantas de soja cultivadas com a aplicação de fertilizantes formulados com diferentes fontes de Zn. Sendo avaliado ainda quais os fertilizantes que mais disponibilizaram metais pesados tóxicos para o solo, e se o aumento da dosagem destes proporcionará aumento na concentração desses metais pesados nas plantas.

MATERIAL E MÉTODOS

Área de estudo

O experimento foi conduzido a campo, no ano agrícola de 2007, safra de verão, no município de Palotina-PR que possui a latitude de 24° 18' 58" S, longitude de 53° 55' 18" W e altitude média de 310 m. O clima do município é classificado, segundo Koppen, como tropical quente úmido (Cfa), apresentando verões quentes e invernos frios e amenos.

O solo do local do experimento foi classificado como Latossolo Vermelho distroférrico (LVdf), possuindo textura argilosa (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2006a).

Análises preliminares

Para quantificação da condição inicial do solo e dos fertilizantes utilizados no experimento (Tabela 1) com relação à concentração de metais pesados tóxicos Cd, Pb e Cr, realizou-se análise química por meio de digestão nitro perclórica (AOAC, 2005) e determinções por espectrometria de absorção atômica (EAA), modalidade chama (WELZ; SPERLING, 1999).

Foi realizada ainda a análise química para fins de fertilidade de uma amostra composta da área do experimento antes de sua instalação (Tabela 2), sendo utilizada a metodologia oficial para análises químicas de solo do Estado do Paraná (PAVAN et al., 1992).

De forma complementar, determinou-se ainda a granulometria do solo pela metodologia da pipeta (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 1997), onde se obtiveram os valores de 170,00 g kg^-1 de areia; 180,00 g kg^-1 de silte e 650,00 g kg^-1 de argila.

Instalação e condução do experimento

O delineamento experimental utilizado foi na forma de blocos ao acaso (DBC), em esquema fatorial [(5+1)x2] com três repetições, constituído de cinco tratamentos com formulações de fertilizantes, um tratamento sem fertilizante e duas doses de aplicação.

Os tratamentos com as cinco formulações de fertilizantes químicos foram as seguintes:

1. NPK fórmula 02-20-18 com 0,3% de Zn da marca comercial A.

2. NPK fórmula 02-20-18 com 0,3% de Zn da marca comercial B.

3. NPK fórmula 02-20-18 com 0,3% de Zn da marca comercial C.

4. NPK fórmula 02-20-18 com 0,3% de Zn da marca comercial D.

5. NPK fórmula 02-20-18 com 0,0% de Zn.

Os tratos culturais e adubação foram realizados e calculados conforme objetivos de produtividade pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (2006b), levando em consideração a análise de solo (Tabela 2), cuja aplicação foi de uma vez 300 kg ha^-1 do formulado N₂, P₂O₅, K₂O+Zn e o seu dobro com 600 kg ha^-1. Foi utilizada a cultivar de soja NK-412113, pertencente ao grupo de maturação precoce (5.9), com ciclo médio de 125 dias, semeada em novembro de 2007.

As parcelas foram constituídas de cinco linhas de soja com 4 m de comprimento e espaçamento entre linhas de 0,45 m. Utilizaram-se como parcela útil as três linhas centrais da parcela, usando como bordadura 1 m da extremidade de cada linha em direção ao centro, restando 2,7 m² de área útil.

A adubação e semeadura da soja, em sistema de plantio direto na palha (SPDP), foram realizadas manualmente por meio da abertura de sulcos no solo com o uso de discos de corte de uma semeadora na profundidade de 6 cm para a deposição do fertilizante. Na semeadura, foram depositadas cerca de 25 sementes por metro linear a dois centímetros de profundidade. As sementes foram tratadas com o fungicida Carbendazim na dosagem de 2 mL kg^-1 de semente, o inseticida Fipronil na dose de 2 mL kg^-1 de semente e o inoculante Bradyrhizobium elkanii, na dose de 2 g kg^-1 de semente.

Para controle das plantas daninhas, foi aplicado herbicida latifolicida Clorimurom-etílico, na dose de 50 g ha^-1 e o graminicida Setoxidim, na dose de 1,25 L ha^-1. Para controle de insetos foram aplicados os inseticidas Metamidofós, na dose de 0,75 L ha^-1 e Clorpirifós, na dose de 0,75 L ha^-1. Para controle de doenças, foi aplicado o fungicida Epoxiconazol + Piraclostrobina, na dose de 0,5 L ha^-1.

Coleta e análise química do material vegetal

Aos 53 dias após a emergência (DAE), no estádio fenológico R2 (floração plena com maioria dos racemos com flores abertas) da cultura da soja realizou-se a coleta de amostras foliares para determinação dos teores de P, K, Ca, Mg, Zn, Cd, Pb e Cr. Em cada parcela útil, foram coletadas 20 folhas do terço média da planta, retirando-se o trifólio mais o pecíolo (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA, 2006b). Após coletadas, as folhas foram desidratadas em estufa de circulação forçada de ar, na temperatura de 65º C, durante 48 h, sendo, em seguida, trituradas em micromoinho e acondicionadas em sacos de polietileno limpos.

Para determinação dos nutrientes K, Ca, Mg, Zn, Cd, Pb e Cr no tecido foliar da soja foi utilizada a digestão nitro perclórica (AOAC, 2005) e EAA modalidade chama (WELZ; SPERLING, 1999). O P foi determinado por meio de digestão sulfúrica (AOAC, 2005) e espectroscopia de ultravioleta-visível (UV-Vis).

Coleta e análise química do solo após colheita

Após a colheita, que ocorreu aos 125 DAE, dentro de cada parcela útil, em cada uma da três linhas centrais de semeadura, foi coletada uma sub amostra de solo que, por fim, formaram uma amostra composta, onde foram determinados os teores de P, K, Ca, Mg, Zn, Cd, Pb e Cr. Para determinação dos elementos P, K, Ca, Mg e Zn, foi utilizada a mesma metodologia da análise química do solo (PAVAN et al., 1992) e para os metais pesados tóxicos (Cd, Pb e Cr) foi utilizada a digestão nitro perclórica (AOAC, 2005) aliada a EAA, modalidade chama (WELZ; SPERLING, 1999).

Análise estatística

Todos os dados obtidos experimentalmente foram submetidos a análise de variância (ANAVA) e as médias comparadas pelo teste Tukey a 5% de probabilidade. O programa estatístico utilizado foi o SISVAR 5.0 (FERREIRA, 2003).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Tecido Foliar da soja

Na Tabela 3, são apresentados os quadrados médios da análise de variância para o tecido vegetal da soja.

A análise demonstrou efeito significativo na fonte de variação, dose (P<0,05) para os elementos Ca, Zn, Pb e Cr. Já para as fontes de variação fertilização e dose versus fertilização não houve efeito significativo (P>0,05) para nenhum dos elementos avaliados. Resultados semelhantes foram encontrados por Gonçalves Junior et al. (2008), para os teores foliares dos nutrientes P e Zn em milho cultivado com diferentes doses de NPK+Zn em um solo argiloso. Também em outro trabalho, Gonçalves Junior et al. (2010), não obtiveram resultados significativos para os teores foliares de P e K, em soja com adubação de P, K e Zn em diferentes doses de aplicação.

Na Tabela 4, encontra-se a avaliação das médias do tratamento dose para os teores dos elementos avaliados. Para os teores de Ca, Zn, Pb e Cr; quando se utilizou uma vez a dose, as médias obtidas foram superiores quando comparadas ao dobro da dose, assim, o aumento da dose não contribuiu para o aumento dos teores foliares.

Os teores de metais pesados nos tecidos das plantas dependem do pH do solo, da natureza do metal, do teor de matéria orgânica e da capacidade do solo em reter cátions (CHANG et al., 1987; MCBRIDE, 1995).

Assim como o fertilizante químico industrial, outra forma de elevar a concentração de metais pesados no sistema solo-planta é o lodo de esgoto (KABATA-PENDIAS; PENDIAS, 2001). Em estudos envolvendo acúmulo de metais pesados em plantas, Oliveira e Mattiazzo (2001) e Martins et al., (2003) encontraram diferentes padrões de acúmulo de metais pesados no tecido foliar com o acréscimo de doses de lodo de esgoto, que inclui respostas negativas, positivas ou ausência de resposta ao acréscimo dos teores de metais em solo (PAGE et al., 1987), contrariando a expectativa de que os teores de metais nos tecidos vegetais aumentam com a elevação da concentração de elementos na solução do solo, pelo fato de existirem vários fatores influenciando o sistema solo-planta (GUSSARSSON et al., 1995).

No caso do Pb, em que a maior dose diminuiu seu teor foliar (Tabela 4), Rangel et al. (2006) encontraram o mesmo comportamento em plantas de milho cultivadas em um Latossolo Vermelho distroférrico de textura argilosa, onde verificou-se uma diminuição dos teores foliares nas doses mais altas aplicadas de lodo de esgoto contaminado com metais pesados.

Com relação ao Cr, observa-se que nos vegetais a maior parte desse elemento é retida nas raízes e somente uma pequena parcela é transportada para as partes superiores da planta, sendo improvável a sua bioacumulação proveniente do solo nessas partes, sendo que existem ainda vegetais que são considerados de pouca, de moderada ou de alta capacidade de acumulação de metais, entre os que são de pouca acumulação temos as leguminosas (soja) (WANG et al., 2002; MORTVEDT, 2001).

Para o Ca, houve redução em seu teor nas folhas ao se utilizar a dose D2, corroborando os resultados obtidos por Huang e Cunningham (1996), ao trabalharem com diferentes doses de Pb na cultura do milho, que observaram uma redução no teor de Ca foliar, na medida em que elevaram-se as doses de Pb. Esse comportamento se deve, de acordo com Marschner (1995), ao fato de que cátions divalentes como Pb²⁺ competem com outros cátions, como o Ca²⁺.

O teor de Mg nas folhas não diferiu estatisticamente, demonstrando que os diferentes tratamentos não influenciaram na absorção e acúmulo desse nutriente. Resultados semelhantes foram encontrados por Paiva et al. (2002), que não obtiveram resposta significativa na aplicação de doses crescentes de Pb. Ao passo que, em plantas de Zea mays, Huang e Cunningham (1996), verificaram redução no teor de Mg na parte aérea das plantas.

Para o Zn, observou-se que, com o aumento da dose, os teores foliares diminuíram, efeito que pode ser justificado pelas afirmações de Malavolta et al. (1997), que relatam relações detrimentais da interação P x Zn devido a: a insolubilização do Zn pelo fosfato na superfície das raízes (reduzindo a absorção); a inibição não-competitiva da absorção de Zn pelo P; ou a insolubilização no xilema (prejudicando o transporte para a parte aérea das plantas). Segundo Büll (1993), a interação P x Zn está ligada a uma desordem metabólica, em razão do desbalanceamento entre esses nutrientes. Não obstante, Carneiro et al. (2008) trabalhando com a quantificação da interação P/Zn, obtiveram resultados semelhantes aos obtidos no presente trabalho.

As concentrações médias de Cd no tecido foliar das plantas de soja (Tabela 4) podem ser consideradas abaixo do nível crítico para plantas, uma vez que, de acordo com Davis et al. (1978) apenas teores acima de 15 mg kg^-1 desse metal tóxico podem causar toxidez nas plantas, ao passo que Kabata-Pendias e Pendias (2001) consideram como faixa crítica de Cd na biomassa de plantas o intervalo de 5 a 30 mg kg^-1.

Observando-se ainda a Tabela 4, de acordo com Kabata-Pendias e Pendias (2001), verifica-se que para a dose D1, somente os elementos Cd e Cr encontram-se na faixa normal e o Pb encontra-se na faixa crítica, para a dose D2 os elementos Cd, Pb e Cr estão na faixa normal.

Solo

Na Tabela 5, são apresentados os quadrados médios da análise de variância para os teores de macro e micronutrientes encontrados no solo após a colheita do experimento.

A análise demonstrou efeito significativo (P<0,05) na fonte de variação dose para os elementos P, K, Mg, Zn, Cd, Pb e Cr. Já, para a fonte de variação fertilização só ocorreu efeito significativo (P<0,05) na análise de variância para o elemento Zn, que também teve efeito na interação entre dose versus fertilização.

As médias dos teores de macro e micronutrientes para a fonte de variação dose estão apresentadas na Tabela 6, onde pode-se observar que, aplicando a dose D1, os teores de Mg, Pb e Cd apresentaram médias superiores em comparação a dose D2. Já, para os teores de P, K e Cr, a dose D2 proporcionou médias superiores em relação a dose D1 de adubação.

Na Tabela 6, observa-se que a dose D2 proporcionou aumento significativo do elemento P, já, para os elementos Cd e Pb ocorreu uma diminuição significativa. Os pesquisadores Gonzalez et al. (1992) encontraram resultados semelhantes avaliando metais pesados em lodo de esgoto em diferentes tipos de solos, verificando uma redução da disponibilidade de Cd na presença de argila rica em fosfato. Em estudo com cinzas que continham altos teores de metais pesados provenientes de resíduos urbanos, Crannell et al. (2000) verificaram que após, aplicação de fosfato, ocorreu à redução da fração de Cd, Cu e Pb no solo.

Em comparação com estudos de Oliveira e Mattiazzo (2001) e Martins et al. (2003), que encontraram diferentes padrões de acúmulo de metais pesados em plantas, foi verificado que, os efeitos de doses crescentes de lodo de esgoto sobre o teor de metais em cana-de-açúcar e milho apresentaram diferentes tipos de respostas, incluindo ajustes do tipo linear, assintótico e efeitos negativos ou inexistentes, em relação ao aumento dos teores de metais no solo.

Além de aumentar a adsorção e, consequentemente, diminuir a mobilidade e biodisponibilidade de Cd e Pb em solos, resíduos e outros sistemas, o P é, principalmente, usado para induzir a formação de compostos insolúveis desses metais (MA et al., 1993; CRANNELL et al., 2000). Ainda segundo Cotter-Howells e Caporn (1996) e Ma (1996), o uso de fosfatos em solos contaminados com Pb pode reduzir a biodisponibilidade desse elemento, graças à formação de fosfato de Pb (por exemplo, piromorfita).

De acordo com Santos (2007), nas duas doses de adubação utilizadas, apenas o Cd está acima do padrão estabelecido para solos, indicando, dessa forma, que houve contaminação ambiental com Cd no solo do experimento.

A utilização do P na redução da mobilidade de metais em áreas já contaminadas é amplamente relatada na literatura, sendo que o P possui a capacidade de amenizar os efeitos tóxicos de Cu, Pb e Cd, tanto por aumentar a adsorção, quanto por possibilitar a formação de compostos insolúveis (PIERANGELI et al., 2004; PAIM et al., 2003).

Na análise dos teores de Zn no solo (Tabela 7), observa-se que a aplicação da dose D1 não proporcionou diferença significativa entre os tratamentos de fertilização. Porém, para a dose D2, observa-se que o fertilizante B disponibilizou maior quantidade de Zn em relação aos demais.

Na comparação das doses dentro dos tratamentos de Zn, observa-se que os fertilizantes formulados das marcas comerciais A, B, C, e fertilizante sem o Zn apresentaram comportamento semelhante, com médias maiores quando os tratamentos receberam o dobro da dose, sendo que o fertilizante da marca D e o tratamento sem fertilizante não apresentaram diferenças significativas para as doses utilizadas.

CONCLUSÕES

A aplicação de fertilizantes com micronutrientes mostrou efetiva disponibilização de Cd, Pb e Cr para as plantas de soja e no solo utilizado, em ambas condições de adubação utilizadas.

A dose de adubação utilizada uma vez a dose de adubação proporcionou elevação da média, em relação à utilização do dobro de adubação, para os teores foliares de Ca, Zn, Pb, Cr e os teores de Mg, Cd e Pb no solo. Ao passo que, o dobro da adubação proporcionou elevação da média dos teores de P, K, Zn e Cr no solo.

O aumento dos teores de metais pesados tóxicos no solo influenciaram negativamente na absorção e acúmulo pelas plantas de soja dos nutrientes Zn e Ca.

Recebido em 25 de agosto de 2009 e aprovado em 13 de maio de 2011

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  19 Dez 2011
• Data do Fascículo
  Out 2011

Histórico

• Recebido
  25 Ago 2009
• Aceito
  13 Maio 2011