Distribuição espacial da granulometria, cor e carbono orgânico do solo ao longo de um transecto em microbacias na Amazônia meridional

Spatial distribution of soil texture, color and soil organic carbon across a headwater transect in the southern Amazon

GEOLOGIA

Distribuição espacial da granulometria, cor e carbono orgânico do solo ao longo de um transecto em microbacias na Amazônia meridional

Spatial distribution of soil texture, color and soil organic carbon across a headwater transect in the southern Amazon

Léo Adriano Chig; Eduardo Guimarães Couto; João Paulo Novaes Filho; Luiz Carlos Mattos Rodrigues; Mark S. Johnson; Oscarlina Lúcia dos Santos Weber

Departamento de Solo e Extensão Rural/FAMEV/UFMT [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste estudo foi determinar, em nível de detalhe, a distribuição e a variabilidade espacial da argila, do índice de avermelhamento e do carbono orgânico do solo, ao longo de transecto que cruza classes pedológicas distintas dentro de quatro microbacias, sob floresta tropical em Juruena (MT). Para isso, foram selecionados 34 pontos e coletadas amostras de solo nas profundidades de 0 a 20 cm e 40 a 60 cm. Os dados foram analisados por estatística descritiva e geoestatística. As maiores variabilidades espaciais ocorreram dentro da classe do Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico. Estes ocorrem nas elevações superiores a 280 m, enquanto os Plintossolos e Argissolos (com caráter plíntico) têm ocorrência restrita às áreas com altimetrias menores. Ao longo do transecto há maior variabilidade nos atributos índice de avermelhamento e argila; as áreas com piores condições de drenagens apresentaram menor variação espacial e menores índice de avermelhamento, isto é, maior homogeneidade da cor dos horizontes diagnósticos.

Palavras-chave: Índice de avermelhamento, variabilidade espacial, funções de pedotransferência.

ABSTRACT

The study was conducted in forested headwater catchments near Juruena, Mato Grosso with the objective of determining the spatial distribution of soil physical characteristics including clay content, redness ratio, and soil organic carbon along a transect that encompassed distinct soil classes. Soil samples from 0-20 cm and 40-60 cm depths were collected from 34 points. Variables were analyzed using descriptive statistics and geostatistics. The parameters analyzed by ordinary kriging demonstrated that the highest spatial variability occurred within the soil class Typic Kandiustox. In the study area, Plinthustults and Ultisols (with plinthic characteristics) were only found to occur in landscape positions less than 280 m above sea level; Oxisols were found exclusively above 280 m.a.s.l. The redness ratio and clay content were the soil parameters with the highest spatial variability across the transect. Poorly drained areas (demonstrated by lower values of redness ratio) demonstrated the lowest degree of spatial variability, and correspondingly, the highest consistency of color within the diagnostic horizons.

Keywords: Redness ratio, spatial variability, pedotransfer functions

INTRODUÇÃO

A grande diversidade geológica existente na Amazônia, aliada ao relevo diferenciado, resultou na formação das mais variadas classes de solo, sob a influência das altas temperaturas e precipitações, características do clima tropical úmido. Contudo, a fertilidade natural dos solos, em geral, é baixa e depende dos nutrientes que recebe da floresta (Loureiro, 2002).

Os solos predominantes são Latossolos e Argissolos (FAO, 1988; EMBRAPA, 2006). Destas classes mais comuns, a primeira é caracterizada por solos mais profundos e intemperizados; a segunda, por ter subsolo menos poroso, com textura mais argilosa do que o horizonte superficial. Sombroek (1984) destaca que estes solos são predominantes, quimicamente pobres, constituídos por fração de argila com baixa atividade, cuja maior parte dos nutrientes disponíveis para as plantas está relacionada com a matéria orgânica. Esta, se encontra concentrada nas camadas superficiais do solo, varia de 1 a 3% e se concentra a até 30 cm de profundidade, dependendo da textura do solo e da cobertura vegetal (Novaes Filho et al., 2007b).

As informações a respeito da distribuição de solos na Amazônia são fundamentadas, principalmente em levantamentos generalizados de solos. Poucos são os trabalhos ao nível de detalhe ou semidetalhe, o que permite concluir que, não obstante a monotonia da paisagem, os tipos de solos amazônicos são bastante variáveis (Novaes Filho et al., 2007b).

O solo, segundo Oliveira et al. (2000), apresenta como característica marcante a sua heterogeneidade. Na paisagem natural, ocorre ampla variação das propriedades morfológicas, físicas, químicas e mineralógicas, tanto na posição horizontal como na vertical, resultante dos processos pedogenéticos. O conhecimento dessa variação é importante no levantamento, na sua classificação, na avaliação de sua fertilidade e, principalmente, para o desenvolvimento de esquemas de amostragem mais adequados. Os enfoques da variabilidade espacial dos atributos do solo, por meio da krigagem ordinária, permitem estimar, apropriadamente, os valores de atributos em áreas não amostradas, além de direcionar projetos futuros com pesquisas de amostragens de solo (Vieira, 2000).

Em estudos pedológicos no sul do Estado de Mato Grosso, Couto et al. (2000) estimaram, por meio da aplicação da krigagem ordinária, os valores de potássio trocável e de argila nos horizontes A e B de solos ao longo de transectos que cruzaram classes pedológicas distintas. Isso permitiu identificar os locais onde as amostragens devem se concentrar nos futuros trabalhos de levantamentos pedológicos e evidencia, assim, a importância de se levar em consideração a dependência espacial neste tipo de pesquisa.

Importantes descobertas na ciência do solo ocorreram em razão do conhecimento da estrutura da dependência espacial. Cambardella et al. (1994) verificaram a existência de semelhanças nos padrões de variabilidade espacial entre alguns atributos de solo em locais diferentes. Isso fortalece a possibilidade da extrapolação das relações medidas em uma área para outros locais não amostrados, dentro de uma mesma bacia hidrográfica ou em escala regional.

O objetivo deste trabalho foi detalhar a variabilidade espacial do conteúdo de argila e carbono orgânico, além do índice de avermelhamento de solos ao longo de transecto que atravessa classes pedológicas distintas em quatro microbacias localizadas município de Juruena, região noroeste do Estado de Mato Grosso.

MATERIAL E MÉTODOS

A área de estudo está localizada na Fazenda Rohsamar (coordenadas geográficas: 10º28" S e 58º26" WGr.), município de Juruena, região noroeste do Estado de Mato Grosso, distante 920 km da capital Cuiabá. A cobertura vegetal existente na região é classificada, segundo o IBGE (1990), como Floresta Ombrófila Densa de formação submontana. É denominada floresta de terra firme, caracterizada por apresentar árvores de médio e grande porte, com grande número de palmeiras.

A região possui clima tropical quente e úmido (Aw), pela classificação de Köppen (BRASIL, 1980), com temperatura média anual de 24ºC e precipitação total durante o ano de 2004 de 2.379 mm (Johnson et al., 2004). O regime de umidade do solo é caracterizado como ústico, pois o período seco atinge mais de 90 dias (Van Wambeke, 2002).

Os solos estão sobre rochas do Complexo Xingu de idade pré-cambriana. A unidade geomorfológica é a Depressão Interplanáltica da Amazônia Meridional, com declividade suave ondulada na maior parte da região e altitude entre 250 e 300 m (BRASIL, 1980).

Foram selecionados 34 pontos e coletadas amostras do solo nas profundidades de 0 a 20 cm (P1) e 40 a 60 cm (P2), perfazendo um total de 68 amostras. O esquema de amostragem foi disposto num transecto no sentido oeste-leste (Figura 1), em quatro microbacias sob vegetação de floresta não perturbada, próximas entre si e com grande variação de solos, segundo Novaes Filho et al. (2007b). As amostras foram secas em estufa de circulação de ar forçada a 70ºC por 42 horas; após a secagem, foram peneiradas com malha de 2 mm e devidamente acondicionadas e identificadas. A análise granulométrica foi realizada pelo método densimétrico, conforme descrito pela EMBRAPA (1997).

As leituras da cor do solo (amostras secas) foram feitas em laboratório, com a utilização de colorímetro Minolta, modelo CR-400, que interpreta a cor a partir da energia refletida na região visível. O equipamento determina a cor no sistema de coordenadas XYZ e, em seguida, foi obtida a cor na notação Munsell. As medidas de cor feitas pelo colorímetro podem ser obtidas em intervalos intermediários que não são apresentados na carta de Munsell (1975), conferindo maior precisão e exatidão a essas determinações. Uma utilização imediata das cores, segundo Torrent & Barròn (1993), é a determinação do índice de avermelhamento (IAV). Este parâmetro é uma expressão que combina os três componentes da cor (matiz, valor e croma) (eq. 1).

Índice de Avermelhamento = [(10 - H) x C] / V (1)

Em que: H = Matiz (matiz = 10YR→H = 10 e →

matiz = 10R → H = 0).

De acordo com os critérios de cor recomendados pela EMBRAPA (2006), foi feita correspondência entre a nomenclatura da cor (2º nível categórico) e o índice de avermelhamento (IAV) da seguinte forma: IAV < 1,8 = solos amarelos; IAV variando de 1,9 a 3,3 = solos vermelho-amarelos; e IAV > 3,4 = solos vermelhos.

O carbono total foi determinado no analizador Multi NC 3.000 (Analytik Jena, Germany), com combustão seca (forno Eltra, 1.350ºC), onde todas as formas de carbono da amostra são convertidas em CO₂ seguida de quantificação total desse gás (carbono total), conforme metodologia descrita pelo Soil Survey Staff (1996). Foi assumido que o teor de carbono orgânico (CO) é igual ao de carbono total, devido os solos apresentarem valores de pH em solução aquosa inferiores a 7,0 (indicativo de ausência de carbonatos).

A análise estatística foi realizada em duas etapas. Na primeira, foi empregada a estatística clássica, por meio do software SPSS 10 (2000), onde foi determinada: média, análise de variância, teste de homogeneidade da variância, coeficiente de variação (CV), grau de dispersão (GD), amplitude de variação, assimetria, análise de distribuição de freqüência de dados e o teste de distribuição normal. Na segunda etapa, a análise dos dados foi fundamentada na teoria das variáveis regionalizadas (geoestatística), compreendendo as funções do semivariograma (equação 2) e a krigagem (equação 3), com o auxilio dos softwares Gamma Design - GS+ (Robertson, 2000) e Surfer (Surfer, 2000).

O parâmetro do semivariograma, com base nas pressuposições de estacionariedade da hipótese intrínseca, segundo Journel & Huijbregts (1978) e Vieira (2000), é estimado por:

Em que: Γ(h) é o semivariograma estimado; N(h) é o número de pares de pontos medidos Z(xi) e Z(xi + h), separados por vetor h.

A análise da função semivariância, de acordo com Guimarães (2001), conduz às seguintes interpretações: quanto mais próximos estiverem os pontos amostrados, maior é a semelhança entre eles e, portanto, menor a semivariância; e menor a dispersão e vice e versa.

De acordo com Couto & Klamt (1999), Gonçalves et al. (1999) e Vieira (2000), a krigagem a qual representa combinação linear dos valores medidos, pode ser expressa pela equação 3:

Em que: Z(x₀) é o valor medido para cada local não amostrado; N é o número de valores medidos, Z(xi), envolvidos na estimativa; e λ_i são os pesos associados a cada valor medido.

Para verificar a variabilidade destas propriedades ao longo da distância foi constituído transecto, visualizado na Figura 1. Neste transecto, foram estimados por meio de krigagem os valores dos atributos estudados a partir dos variogramas totais.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Ao observar a distribuição das classes de solos (Figura 1), foi verificado que as microbacias 2, 3 e 4 apresentaram predomínio de Latossolos, enquanto que a microbacia 1, apresentou maior diversidade de classes pedológicas (Argissolo Amarelo, Plintossolo, Latossolo Vermelho-Amarelo e Latossolo Vermelho). Isso, segundo Jenny (1941), demonstra a complexa dinâmica dos fatores de formação de solo, caracterizada pela grande variabilidade em um pequeno espaço.

O coeficiente de variação (CV) dos atributos estudados (Tabela 1) apresentou valores semelhantes às observações de Wilding & Drees (1983) e Novaes Filho et al. (2007a,b), o que confere maior segurança aos resultados. O grau de dispersão da variação da altitude ficou abaixo de 10% de acordo com a classificação de Pimentel Gomes (2000). Os teores de carbono orgânico de todas as classes pedológicas, na profundidade de 0 a 20 cm (P1), tiveram grau de dispersão médio, devido os coeficientes de variação estarem situados entre 10 e 20%. Na profundidade de 40 a 60 cm (P2), essa variação foi de média a muito forte (11 a 58%). O teor de argila apresentou coeficiente de variação de médio a forte em P1 (CV - 18,25 a 27,14%) e de baixa a forte em P2 (CV - 7,54 a 25,54%). Enquanto que, para o índice de avermelhamento (IAV), o coeficiente de variação observado foi muito forte em P1 (CV - 44,05 a 91,62%) e de forte a muito forte em P2 (CV - 27,49 a 141,33%).

O teor médio de CO observado nas classes pedológicas cortadas pelo transecto, na camada superior, foi de 9,46 g.kg^-1, o que é compatível com os resultados de Botschek et al. (1996) e Ruivo et al. (2002) em Latossolos Amarelos na Amazônia; porém, são bem inferiores aos teores encontrados por Laurance et al. (1999) e McGrath et al. (2001) em diferentes solos.

Os valores médios dos teores de argila e carbono orgânico não apresentaram diferenças estatísticas significativas entre as classes de solos das microbacias (Tabela 1), tanto em P1, quanto em P2. Possivelmente, isto se deve à semelhança do material de origem dos solos, onde o fornecimento de carbono pela floresta deve ser similar entre as microbacias, evidenciando assim, a influência exercida pelos fatores de origem e biológico. Cabe ressaltar que, em estudo realizado por Rodrigues (2005) na microbacia 2, demonstrou que os materiais presentes nas diferentes posições da paisagem são alóctones (ex-situ).

Os resultados dos semivariogramas (Tabela 2) demonstraram que houve dependência espacial nas duas profundidades para os atributos estudados, o que possibilitou o uso da krigagem e a conseqüente distribuição espacial dos atributos acima citados. Os modelos do semivariograma que se ajustaram melhor aos resultados dos atributos do solo foram o esférico e o exponencial, corroborando com as afirmações de McBratney & Webster (1986), Vieira (1997) e Carvalho et al. (2002). Todos os atributos estudados apresentaram forte dependência espacial, de acordo com o critério proposto por Cambardella et al. (1994), pois as proporções do efeito pepita (C₀) em relação ao patamar (C + C₀) foram relativamente baixos, de 2% a 21%.

Para os atributos estudados, em ambas as profundidades, foram observados alcance mínimo de 136 m e máximo de 517 m, os quais indicam a amplitude de correlação espacial entre as observações. Isso representa a distância em que a utilização das técnicas geoestatísticas conduz a estimativas com maior precisão. Esta relação de dependência espacial implica em interação entre os dados, os quais não podem ser considerados independentes dentro do domínio de 517 m. Foi constatado o aumento da dependência espacial nos horizontes subsuperficiais, fato este também relatado nos trabalhos de Couto & Klamt (1999) e Lobato (2000).

A análise da distribuição das classes de solo, associada ao relevo da paisagem (Figura 2A) verificou que os horizontes B textural (Bt) ocorreram em cotas inferiores a 280 m de altitude, e se encontraram associados a processos de plintização, como descreveram Novaes Filho et al. (2007b). Assim, os Argissolos (com caráter plíntico) e Plintossolos foram observados na paisagem das microbacias estão em altitudes estimadas menores que 280 m e, os Latossolos, nas cotas superiores a essa.

Uma característica pedológica marcante nas classes de solo distribuídas ao longo das microbacias, observada na comparação das Figuras 2D e 2E, é a migração de argila para o subsolo. O processo de translocação da argila, segundo Gonzalez & Alves (2005), ocorre pelos poros médios e grandes ou em fendas, onde há a deposição quando os poros maiores não têm continuidade e a água transloca para poros menores e deposita as partículas nas paredes dos agregados.

Quanto ao índice de avermelhamento, a classe Latossolo Vermelho Distrófico típico, caracterizada por um universo pedológico mais simples, expressou maior homogeneidade, principalmente na profundidade de 40-60 cm, onde o efeito pigmentário da matéria orgânica é menor, pois é mais abundante no topo do solo (especialmente em Latossolos e Argissolos). Nos horizontes subsuperficiais, os pigmentos que mais influenciam a cor do solo é a hematita (cor vermelha) e goethita (cor amarela).

Os menores valores estimados para a altitude, carbono orgânico, argila e índice de avermelhamento para P1 (Figura 2) foram de 270,10 m, 9,04 g.kg^-1, 22,13% e 0,30, respectivamente, todos ocorrem numa distância de 691 m a partir do início do transecto. Estão relacionados à classe PAd, caracterizada por diferença textural entre os horizontes A, menos argiloso, e o B com maior teor de argila (B textural - Bt). Esta classe de solo está localizada na cota mais baixa do transecto, e apresenta caráter plíntico, indicativo de drenagem deficiente. Já, os maiores valores estimados foram 286 m, 11,60 g.kg^-1, 39,10% e 11,70, respectivamente, os quais ocorreram na classe LVd, caracterizada por solos profundos e intemperizados e bem drenados das cotas mais altas do transecto.

Em P2, os menores valores estimados ocorreram a 652 m a partir do início do transecto. Os valores encontrados foram, respectivamente 2,51 g.kg^-1, 34,80% e 1,90 para carbono orgânico, argila e índice de avermelhamento, coincidindo com a classe dos Plintossolos (FFcd - solo com horizonte concrecionário dentro de 40 cm da superfície, com predominância de petroplintitas, e perfil imperfeitamente drenado). Ainda em P2, foram constatados que os maiores valores estimados para carbono orgânico (6,41 g.kg^-1) e índice de avermelhamento (12,00) ocorreram na classe LVd, enquanto que o maior teor de argila (49,60%) ocorreu no subsolo da classe FFcd.

A mínima amplitude de variação da altitude, representada pela largura mínima do intervalo de confiança, foi de 1,50 m e ocorreu na distância de 28 m do início do transecto, na classe LVd (Figura 2A). O carbono orgânico, a argila e o índice de avermelhamento em P1 apresentaram, como mínimas amplitudes de variação, os valores respectivos de 0,70 g.kg^-1, 2,20% e 1,80, com variações mínimas para carbono orgânico, na classe LVAd e, para argila e índice de avermelhamento, na classe LVd. Enquanto que, em P2, carbono orgânico, argila e índice de avermelhamento apresentaram como mínima amplitude de variação os valores de 0,39 g.kg^-1; 1,00% e 1,80, respectivamente, e a distância do início do transecto de 186 m para carbono orgânico (na classe LVd) e 242 m para argila e índice de avermelhamento (ambos na classe LVAd).

A largura máxima do intervalo de confiança para a altitude, que representa sua maior amplitude de variação, foi de 2,62 m e ocorreu a 418 m do inicio do transecto, na classe LVAd. Foram observados, em P1, os valores que representam a máxima amplitude de variação para carbono orgânico, conteúdo de argila e índice de avermelhamento de 0,75 g.kg^-1, 3,17% e 2,53, respectivamente. Enquanto que, em P2, o carbono orgânico, a argila e o índice de avermelhamento apresentaram a máxima amplitude de variação, com valores respectivos de 0,63 g.kg^-1, 3,40% e 2,53. Tanto em P1 como em P2, o máximo intervalo de confiança para os atributos estudados ocorreram dentro da classe LVAd.

CONCLUSÕES

A estimativa por krigagem ordinária do teor de argila, carbono orgânico, índice de avermelhamento e altitude ao longo de transecto, que cortou classes distintas de solo, permitiu observar que as maiores variabilidades espaciais dos atributos estudados ocorreram dentro da classe Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico, em função de sua ocorrência em diferentes segmentos da paisagem.

As classes Plintossolos e Argissolos (com caráter plíntico) têm ocorrência restrita às áreas com altimetrias estimadas inferiores a 280 m; já, nas elevações superiores, ocorrem exclusivamente Latossolos. Essas mudanças pedológicas em áreas tão pequenas parecem estar mais relacionadas ao relevo e material de origem do que aos outros fatores de formação do solo.

O índice de avermelhamento e a argila foram os atributos que mais variaram ao longo dos transectos, nas diferentes classes de solo. Isso demonstra a importância de se considerar as informações espaciais destes atributos em estudos de solo, principalmente nos casos em que a estatística clássica é insuficiente para a análise dos dados.

O índice de avermelhamento mostrou-se um bom indicador para identificar a drenagem dos solos. Neste estudo, os menores valores e a menor variabilidade espacial deste atributo foram encontrados nas áreas de pior drenagem.

BIBLIOGRAFIA CITADA

Recebido em 21/01/2208

Aceito em 28/08/2008

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Fev 2009
• Data do Fascículo
  Dez 2008

Histórico

• Aceito
  28 Ago 2008
• Recebido
  21 Jan 2008