Propriedades espectrais da matéria orgânica leve-livre e leve intra-agregado de dois latossolos sob plantio direto e preparo convencional

Freixo, A. A.; Canellas, L. P.; Machado, P. L. O. A.

doi:10.1590/S0100-06832002000200018

Resumos

Este trabalho teve como objetivo estudar a natureza química das frações leves-livres (FLL) e leves intra-agregado (FLI) da matéria orgânica do solo, obtidas pelo fracionamento físico do solo por densidade, por meio da espectroscopia na região do infravermelho, para verificar se tais frações constituem compartimentos distintos da matéria orgânica do solo. Foram analisadas amostras de Latossolos de dois estados do Brasil (RS e GO), submetidos a plantio direto e preparo convencional, em distintos sistemas de rotação de culturas. A análise por infravermelho revelou diferenças contrastantes entre os compartimentos orgânicos estudados. Os espectros de IV da fração leve-livre apresentaram configuração semelhante aos dos resíduos vegetais, indicando que ela se encontra em estádios iniciais de transformação. Não foram observadas diferenças estruturais na FLL entre os distintos sistemas de preparo e rotação de culturas. Os espectros de IV da FLI apresentaram bandas de absorção N-H e C-O de polissacarídeos menos intensas e em maior conjugação, em relação aos espectros da FLL, características de material mais humificado. Foi observada ainda uma maior transformação estrutural da fração leve intra-agregado em solos sob preparo convencional, quando comparada à FLI de solo sob vegetação natural e plantio direto. Os índices de hidrofobicidade (IH) e de condensação (IC), determinados a partir de relações entre as bandas de absorção de grupamentos - CH3 alifáticos, C-O de polissacarídeos e C=O conjugados, permitiram identificar as diferenças na recalcitrância e condensação das frações leves. Constatou-se que ambos os índices foram significativamente maiores para a matéria orgânica intra-agregado, por conseqüência de seu maior grau de humificação.

fracionamento do solo por densidade; solos cultivados e sob floresta; espectroscopia de infravermelho

The objective of this study was to investigate the chemical nature of free (FLF) and intra-aggregate (ILF) light fraction of soil organic matter, using infrared spectroscopy as well as to determine whether these fractions are compositionally distinct pools of soil organic matter. Both FLF and ILF were isolated by flotation on NaI solution at a specific gravity of 1.8; for ILF extraction, the soil sample was sonicated after FLF isolation. Samples were collected from two Oxisols from contrasting regions of Brazil (southern and central). Treatments consisted of no-tillage and conventional tillage (ploughing followed by light disc harrowings), under different crop rotation systems. FLF spectra showed features similar to that of plant debris, indicating that these fractions are at early transformation stages. No structural difference was found in the FLF among the different tillage and crop rotation systems. Compared to the FLF spectra, the ILF spectra showed less intense N-H and C-O adsorption bands and were in greater conjugation, which is characteristic of a more humified material. The ILF of soils under conventional tillage presented more changes than the ILF of soils under native vegetation and no tillage. The hydrophobicity (HR) and condensation (CR) indexes, determined by the relationship between the absorption bands of alifatic - CH3, polysacharide C-O and conjugated C=O functional groups, led to the identification of differences in recalcitrance and condensation of the light fractions. Both hydrophobicity and condensation indexes were significantly higher for ILF than for FLF, due to the former's greater moisture degree.

organic matter; density fractionation; cultivated and forest soils; infrared spectroscopy

SEÇÃO VI - MANEJO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA

Propriedades espectrais da matéria orgânica leve-livre e leve intra-agregado de dois latossolos sob plantio direto e preparo convencional(¹ (1 ) Parte da Tese de Mestrado do primeiro autor, apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Agronomia - Ciência do Solo, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - UFRRJ. )

Spectral properties of free light and intra-aggregate organic matter of two oxisols under no-tillage and conventional tillage

A. A. Freixo^I; L. P. Canellas^II; P. L. O. A. Machado^III

^IBióloga, MSc Agronomia - Ciência do Solo, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - UFRRJ. BR 467, Km 7, CEP 23890-000 Seropédica (RJ)

^IIProfessor Visitante da Universidade Estadual do Norte Fluminense - UENF. Av. Alberto Lamego 2000, CEP 28015-620 Campos dos Goytacazes (RJ)

^IIIPesquisador da Embrapa Solos. Rua Jardim Botânico 1024, CEP 22460-000 Rio de Janeiro (RJ)

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo estudar a natureza química das frações leves-livres (FLL) e leves intra-agregado (FLI) da matéria orgânica do solo, obtidas pelo fracionamento físico do solo por densidade, por meio da espectroscopia na região do infravermelho, para verificar se tais frações constituem compartimentos distintos da matéria orgânica do solo. Foram analisadas amostras de Latossolos de dois estados do Brasil (RS e GO), submetidos a plantio direto e preparo convencional, em distintos sistemas de rotação de culturas. A análise por infravermelho revelou diferenças contrastantes entre os compartimentos orgânicos estudados. Os espectros de IV da fração leve-livre apresentaram configuração semelhante aos dos resíduos vegetais, indicando que ela se encontra em estádios iniciais de transformação. Não foram observadas diferenças estruturais na FLL entre os distintos sistemas de preparo e rotação de culturas. Os espectros de IV da FLI apresentaram bandas de absorção N-H e C-O de polissacarídeos menos intensas e em maior conjugação, em relação aos espectros da FLL, características de material mais humificado. Foi observada ainda uma maior transformação estrutural da fração leve intra-agregado em solos sob preparo convencional, quando comparada à FLI de solo sob vegetação natural e plantio direto. Os índices de hidrofobicidade (IH) e de condensação (IC), determinados a partir de relações entre as bandas de absorção de grupamentos - CH₃ alifáticos, C-O de polissacarídeos e C=O conjugados, permitiram identificar as diferenças na recalcitrância e condensação das frações leves. Constatou-se que ambos os índices foram significativamente maiores para a matéria orgânica intra-agregado, por conseqüência de seu maior grau de humificação.

Termos de indexação: fracionamento do solo por densidade, solos cultivados e sob floresta, espectroscopia de infravermelho.

SUMMARY

The objective of this study was to investigate the chemical nature of free (FLF) and intra-aggregate (ILF) light fraction of soil organic matter, using infrared spectroscopy as well as to determine whether these fractions are compositionally distinct pools of soil organic matter. Both FLF and ILF were isolated by flotation on NaI solution at a specific gravity of 1.8; for ILF extraction, the soil sample was sonicated after FLF isolation. Samples were collected from two Oxisols from contrasting regions of Brazil (southern and central). Treatments consisted of no-tillage and conventional tillage (ploughing followed by light disc harrowings), under different crop rotation systems. FLF spectra showed features similar to that of plant debris, indicating that these fractions are at early transformation stages. No structural difference was found in the FLF among the different tillage and crop rotation systems. Compared to the FLF spectra, the ILF spectra showed less intense N-H and C-O adsorption bands and were in greater conjugation, which is characteristic of a more humified material. The ILF of soils under conventional tillage presented more changes than the ILF of soils under native vegetation and no tillage. The hydrophobicity (HR) and condensation (CR) indexes, determined by the relationship between the absorption bands of alifatic - CH₃, polysacharide C-O and conjugated C=O functional groups, led to the identification of differences in recalcitrance and condensation of the light fractions. Both hydrophobicity and condensation indexes were significantly higher for ILF than for FLF, due to the former's greater moisture degree.

Index terms: organic matter, density fractionation, cultivated and forest soils, infrared spectroscopy.

Texto completo disponível apenas em PDF.

Full text available only in PDF format.

AGRADECIMENTOS

À Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e à Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), pelo auxílio financeiro à pesquisa; ao Dr. Cleber M. Guimarães (Embrapa Arroz e Feijão) e Dr. Henrique P. dos Santos (Embrapa Trigo), por disponibilizarem os experimentos de campo para a coleta de amostras de solos; ao Sr. Eli, técnico do Instituto de Química da UFRRJ, pela confecção dos espectros de infravermelho, e ao professor Fernando Guridi, pelas sugestões na redação deste trabalho.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em outubro de 2000

Aprovado em maio de 2001

BAES, A.U. & BLOOM, P.R. Diffuse reflectance and transmission Fourier transform infrared (DRIFT) spectroscopy of humic and fulvic acids. Soil Sci. Soc. Am. J., 53:695-700, 1989.
CABANISS, S.E. Carboxilic acid content of a fulvic acid determined by potentiometric and aqueous Fourier-transform infrared spectrometry. Anal. Chim. Acta, 255:23-30. 1991.
CANELLAS, L.P. Avaliação de características fisico-químicas de ácidos húmicos. Seropédica, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 1999. 164p. (Tese de Doutorado)
CELI, L.; SCHNITZER, M.& NÈGRE, M. Analysis of carboxyl groups in soil humic acids by a wet chemical method, Fourier-transform infrared spectrophotometry, and solution-state carbon-13 nuclear magnetic ressonance: a comparative study. Soil Sci. 162:189-197.
CHRISTENSEN, B.T. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates. Adv. Soil Sci., 20:1-90, 1992.
CHRISTENSEN, B.T. Matching measurable soil organic matter fractions with conceptual pools in simulation models of carbon turnover: revision of model structure. In: POWLSON, D.S.; SMITH, P. & SMITH, J.V., eds. Evaluation of soil organic matter models. NATO ASI Series, Volume I, 38, Berlin, Springer-Verlag. p.143-159. 1996.
COLTHUP, N.B.; DALY, L.H. & WIBERLEY, S.E. Introduction to infrared and raman spectroscopy. New York, Academic Press, 1964. 511p.
DAVIS, W.M.; ERICSON, C.L.; JOHNSTON, C.T.; DELFINO, J.J. & PORTER, J.E. Quantitative Fourier-transform infrared spectroscopic investigation of humic substance functional group composition. Chemosphere, 38:2913-2928. 1999.
FELLER, C. Organo-mineral interactions in tropical soils - In search of "functional" organic matter pools: the particle-size fractionation approach. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS, 3., Santa Maria, 1999. Anais. Santa Maria, Universidade Federal de Santa Maria, 1999. p.104-124.
FELLER, C. & BEARE, M.H. Physical control of soil organic matter dynamics in the tropics. Geoderma, 79:69-116, 1997.
FREITAS, P.L.; BLANCANEAUX, P.; GAVINELLI, E.; LARRÉ-LARROUY, M.C. & FELLER, C. Nível e natureza do estoque orgânico de Latossolos sob diferentes sistemas de uso e manejo. Pesq. Agropec. Bras., 35:157-170, 2000.
FREIXO, A.A. Caracterização da matéria orgânica de Latossolos sob diferentes sistemas de cultivo através de fracionamento físico e espectroscopia de infravermelho. Seropédica, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 2000. 86p. (Tese de Mestrado)
GOLCHIN, A.; OADES, J.M.; SKJEMSTAD, J.O. & CLARKE, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state ¹³C CP/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy. Aust. J. Soil Res., 32:285-309, 1994a.
GOLCHIN, A.; OADES, J.M.; SKJEMSTAD, J.O. & CLARKE, P. Soil structure and carbon cycling. Soil Biol. Biochem., 32:1043-1068, 1994b.
INBAR, Y.; CHEN, Y. & HADAR, Y. Solid-state carbon-13 nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy of composted organic matter. Soil Sci. Soc. Am. J., 53:1695-1701. 1989.
JOHNSTON, C.T.; DAVIS, W.M.; ERICKSON, C. & DELFINO, J.J. Characterization of humic substances using Fourier transform infrared spectroscopy. In: SENESI, N. & MIANO, T.M., eds., Humic substances in the global environment and implications on human health. New York: Elsevier Scientific Publ. Co., 1994. p.145-152.
JOHNSTON, C.T. & AOCHI, Y.O. Fourier transform infrared and raman spectroscopy. In: SPARKS, D.L., ed. Methods of soil analysis. Chemical methods. 2.ed. Madison, American Society of Agronomy. 1996. p. 269-321. (SSSA Book Series, 5)
LADD, J.N.; FOSTER, R.C. & SKJEMSTAD, J.O. Soil structure: carbon and nitrogen metabolism. Geoderma, 56:401-434, 1993.
MARTIN-NETO, L.; CRUVINEL, P.E.; MATTOSO, L.H.C. & COLNAGO, L.A. Espectroscopias de infravermelho, ultravioleta-visível e pixe: alguns resultados disponíveis. In: CRESTANA, S.; CRUVINEL, P.E.; MASCARENHAS, S. & BISCEGLI, C.I., eds. Instrumentação agropecuária: contribuições no limiar do novo século. São Carlos, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, 1996. p.51-90.
NAKANISHI, K. Infrared absorption spectroscopy. Tokyo, Nankondo Company, 1962. 233p.
PARTON, W.J.; SCHIMEL, D.S. & COLE, C.V. Analysis of factors controlling soil organic matter levels in great plains grasslands. Soil Sci. Soc. Am. J., 51:1173-1179, 1987.
SCHNITZER, M. Characterization of humic constituents by spectroscopy. In: McLAREN, A.D. & SKUJINS, J., eds. Soil Biochemistry, V.2, New York: Marcel-Decker. p. 60-95. 1971.
SILVA, C.A.; ANDERSON, S.J. & VALE, F.R. Carbono, nitrogênio e enxofre em frações granulométricas de dois Latossolos submetidos à calagem e adubação fosfatada. R. Bras. Ci. Solo, 23:593-602, 1999.
SILVERSTEIN, R.M.; BASSLER, G. & MORRILL,T.C. Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 1994. 387p.
SIX, J., ELLIOTT, E.T. & PAUSTIAN, K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture. Soil Biol. Biochem., 32:2099-2103, 2000
SKJEMSTAD, J.O.; DALAL, R.C. & BARRON, P.F. Spectroscopic investigations of cultivation effects on organic matter of vertisols. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:354-359, 1986.
SOHI, S.; MAHIEU, N.; ARAH, J.R.M.; POWLSON, D.S.; MADARI, B. & GAUNT, J.L. A procedure for isolating soil organic matter fractions suitable for modelling. Soil Sci. Soc. Am. J., 65:1121-1128, 2001.
STEVENSON, F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. 2.ed. New York, John Wiley & Sons, 1994. 496p.
THENG, B.K.G.; TATE, KR. & SOLLINS, P. Constituents of organic matter in temperate and tropical soils. In: COLEMAN, D.C.; OADES, J.M. & UEHARA, G., eds. Dynamics of soil organic matter in tropical ecossystems. Honolulu, University of Hawaii Press, 1989. p.5-32.
WANDER, M.M. & TRAINA, S.J. Organic matter fractions from organically and conventionally managed soils: II. Characterization of composition. Soil Sci. Soc. Am. J., 60:1087-1094, 1996.
ZECH, W.; SENESI, N.; GUGGENBERGER, G.; KAISER, K.; LEHMANN, J.; MIANO, T.M.; MILTNER, A. & SCHROTH, G. Factors controlling humification and mineralization of soil organic matter in the tropics. Geoderma, 79:117-161, 1997.

(1

) Parte da Tese de Mestrado do primeiro autor, apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Agronomia - Ciência do Solo, Departamento de Solos, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - UFRRJ.

Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
29 Set 2014
Data do Fascículo
Jun 2002

Histórico

Recebido
Out 2000
Aceito
Maio 2001

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

[1] BAES, A.U. & BLOOM, P.R. Diffuse reflectance and transmission Fourier transform infrared (DRIFT) spectroscopy of humic and fulvic acids. Soil Sci. Soc. Am. J., 53:695-700, 1989.

[2] CABANISS, S.E. Carboxilic acid content of a fulvic acid determined by potentiometric and aqueous Fourier-transform infrared spectrometry. Anal. Chim. Acta, 255:23-30. 1991.

[3] CANELLAS, L.P. Avaliação de características fisico-químicas de ácidos húmicos. Seropédica, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 1999. 164p. (Tese de Doutorado)

[4] CELI, L.; SCHNITZER, M.& NÈGRE, M. Analysis of carboxyl groups in soil humic acids by a wet chemical method, Fourier-transform infrared spectrophotometry, and solution-state carbon-13 nuclear magnetic ressonance: a comparative study. Soil Sci. 162:189-197.

[5] CHRISTENSEN, B.T. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates. Adv. Soil Sci., 20:1-90, 1992.

[6] CHRISTENSEN, B.T. Matching measurable soil organic matter fractions with conceptual pools in simulation models of carbon turnover: revision of model structure. In: POWLSON, D.S.; SMITH, P. & SMITH, J.V., eds. Evaluation of soil organic matter models. NATO ASI Series, Volume I, 38, Berlin, Springer-Verlag. p.143-159. 1996.

[7] COLTHUP, N.B.; DALY, L.H. & WIBERLEY, S.E. Introduction to infrared and raman spectroscopy. New York, Academic Press, 1964. 511p.

[8] DAVIS, W.M.; ERICSON, C.L.; JOHNSTON, C.T.; DELFINO, J.J. & PORTER, J.E. Quantitative Fourier-transform infrared spectroscopic investigation of humic substance functional group composition. Chemosphere, 38:2913-2928. 1999.

[9] FELLER, C. Organo-mineral interactions in tropical soils - In search of "functional" organic matter pools: the particle-size fractionation approach. In: ENCONTRO BRASILEIRO DE SUBSTÂNCIAS HÚMICAS, 3., Santa Maria, 1999. Anais. Santa Maria, Universidade Federal de Santa Maria, 1999. p.104-124.

[10] FELLER, C. & BEARE, M.H. Physical control of soil organic matter dynamics in the tropics. Geoderma, 79:69-116, 1997.

[11] FREITAS, P.L.; BLANCANEAUX, P.; GAVINELLI, E.; LARRÉ-LARROUY, M.C. & FELLER, C. Nível e natureza do estoque orgânico de Latossolos sob diferentes sistemas de uso e manejo. Pesq. Agropec. Bras., 35:157-170, 2000.

[12] FREIXO, A.A. Caracterização da matéria orgânica de Latossolos sob diferentes sistemas de cultivo através de fracionamento físico e espectroscopia de infravermelho. Seropédica, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, 2000. 86p. (Tese de Mestrado)

[13] GOLCHIN, A.; OADES, J.M.; SKJEMSTAD, J.O. & CLARKE, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state ¹³C CP/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy. Aust. J. Soil Res., 32:285-309, 1994a.

[14] GOLCHIN, A.; OADES, J.M.; SKJEMSTAD, J.O. & CLARKE, P. Soil structure and carbon cycling. Soil Biol. Biochem., 32:1043-1068, 1994b.

[15] INBAR, Y.; CHEN, Y. & HADAR, Y. Solid-state carbon-13 nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy of composted organic matter. Soil Sci. Soc. Am. J., 53:1695-1701. 1989.

[16] JOHNSTON, C.T.; DAVIS, W.M.; ERICKSON, C. & DELFINO, J.J. Characterization of humic substances using Fourier transform infrared spectroscopy. In: SENESI, N. & MIANO, T.M., eds., Humic substances in the global environment and implications on human health. New York: Elsevier Scientific Publ. Co., 1994. p.145-152.

[17] JOHNSTON, C.T. & AOCHI, Y.O. Fourier transform infrared and raman spectroscopy. In: SPARKS, D.L., ed. Methods of soil analysis. Chemical methods. 2.ed. Madison, American Society of Agronomy. 1996. p. 269-321. (SSSA Book Series, 5)

[18] LADD, J.N.; FOSTER, R.C. & SKJEMSTAD, J.O. Soil structure: carbon and nitrogen metabolism. Geoderma, 56:401-434, 1993.

[19] MARTIN-NETO, L.; CRUVINEL, P.E.; MATTOSO, L.H.C. & COLNAGO, L.A. Espectroscopias de infravermelho, ultravioleta-visível e pixe: alguns resultados disponíveis. In: CRESTANA, S.; CRUVINEL, P.E.; MASCARENHAS, S. & BISCEGLI, C.I., eds. Instrumentação agropecuária: contribuições no limiar do novo século. São Carlos, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, 1996. p.51-90.

[20] NAKANISHI, K. Infrared absorption spectroscopy. Tokyo, Nankondo Company, 1962. 233p.

[21] PARTON, W.J.; SCHIMEL, D.S. & COLE, C.V. Analysis of factors controlling soil organic matter levels in great plains grasslands. Soil Sci. Soc. Am. J., 51:1173-1179, 1987.

[22] SCHNITZER, M. Characterization of humic constituents by spectroscopy. In: McLAREN, A.D. & SKUJINS, J., eds. Soil Biochemistry, V.2, New York: Marcel-Decker. p. 60-95. 1971.

[23] SILVA, C.A.; ANDERSON, S.J. & VALE, F.R. Carbono, nitrogênio e enxofre em frações granulométricas de dois Latossolos submetidos à calagem e adubação fosfatada. R. Bras. Ci. Solo, 23:593-602, 1999.

[24] SILVERSTEIN, R.M.; BASSLER, G. & MORRILL,T.C. Identificação espectrométrica de compostos orgânicos. Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 1994. 387p.

[25] SIX, J., ELLIOTT, E.T. & PAUSTIAN, K. Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture. Soil Biol. Biochem., 32:2099-2103, 2000

[26] SKJEMSTAD, J.O.; DALAL, R.C. & BARRON, P.F. Spectroscopic investigations of cultivation effects on organic matter of vertisols. Soil Sci. Soc. Am. J., 50:354-359, 1986.

[27] SOHI, S.; MAHIEU, N.; ARAH, J.R.M.; POWLSON, D.S.; MADARI, B. & GAUNT, J.L. A procedure for isolating soil organic matter fractions suitable for modelling. Soil Sci. Soc. Am. J., 65:1121-1128, 2001.

[28] STEVENSON, F.J. Humus chemistry: genesis, composition, reactions. 2.ed. New York, John Wiley & Sons, 1994. 496p.

[29] THENG, B.K.G.; TATE, KR. & SOLLINS, P. Constituents of organic matter in temperate and tropical soils. In: COLEMAN, D.C.; OADES, J.M. & UEHARA, G., eds. Dynamics of soil organic matter in tropical ecossystems. Honolulu, University of Hawaii Press, 1989. p.5-32.

[30] WANDER, M.M. & TRAINA, S.J. Organic matter fractions from organically and conventionally managed soils: II. Characterization of composition. Soil Sci. Soc. Am. J., 60:1087-1094, 1996.

[31] ZECH, W.; SENESI, N.; GUGGENBERGER, G.; KAISER, K.; LEHMANN, J.; MIANO, T.M.; MILTNER, A. & SCHROTH, G. Factors controlling humification and mineralization of soil organic matter in the tropics. Geoderma, 79:117-161, 1997.