Micromorfologia e gênese de luvissolos e planossolos desenvolvidos de rochas metamórficas no semi-árido brasileiro

Micromorphology and genesis of luvisols and planosols developed from metamorphic rocks in the Brazilian semiarid region

SEÇÃO V - GÊNESE, MORFOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO DO SOLO

Micromorfologia e gênese de luvissolos e planossolos desenvolvidos de rochas metamórficas no semi-árido brasileiro¹

Micromorphology and genesis of luvisols and planosols developed from metamorphic rocks in the Brazilian semiarid region

Lindomário Barros de Oliveira^I; Maurício Paulo Ferreira Fontes^II; Mateus Rosas Ribeiro^III; João Carlos Ker^IV

^IFiscal Federal Agropecuário do Laboratório Nacional Agropecuário em Pernambuco - LANAGRO-PE do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA. Av. Gal. San Martim 1000, CEP 50630-060 Bongi, Recife (PE). E-mail: [e-mail]

^IIProfessor do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa - UFV. Bolsista do CNPq. E-mail: [e-mail]

^IIIProfessor do Departamento de Agronomia, Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE. CEP 52171-900 Recife (PE). Bolsista do CNPq. E-mail: [e-mail]

^IVProfessor do Departamento de Solos, UFV. Bolsista do CNPq. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Apesar da ocorrência comum de Luvissolos e Planossolos nas áreas de rochas do Pré-Cambriano na região semi-árida do Brasil, há poucas informações disponíveis sobre a micromorfologia e a gênese desses solos. Objetivou-se com este trabalho realizar a caracterização micromorfológica de perfis de solos dispostos em toposseqüências nas quais os Luvissolos são os principais componentes e, com isso, gerar informações para subsidiar a interpretação da sua gênese. Doze perfis de solos, sendo 10 de Luvissolos e dois de Planossolos, distribuídos em quatro toposseqüências, foram selecionados em áreas semi-áridas dos Estados de Pernambuco e da Paraíba. Amostras indeformadas foram coletadas de horizontes selecionados, impregnadas, cortadas e polidas para confecção das seções delgadas, que foram analisadas sob microscópio petrográfico. A descrição das amostras indicou que não há evidências micromorfológicas que sustentem que a argiluviação tenha sido um processo efetivo na formação do gradiente textural dos solos estudados. A remoção preferencial (erosão diferencial) da argila dos horizontes superficiais é apontada como o principal processo atuante na formação do gradiente textural encontrado na maioria dos solos estudados. As principais pedofeições observadas estão relacionadas ao intemperismo dos minerais primários, notadamente da biotita, à dinâmica de formação e dissolução dos compostos de Fe e à reorganização da massa do solo em função das mudanças de umidade do solo decorrentes das alternâncias entre períodos secos e chuvosos.

Termos de indexação: pedogênese, sertão nordestino, argiluviação.

SUMMARY

Despite of Luvisols and Planosols being ubiquitous in the semiarid region of Northeastern Brazil there are very few studies on the micromorphology and genesis of these soils. The purpose of this study was to investigate the soil micromorphology of four toposequences of Luvisols to understand and identify the main soil formation processes. Profiles of 12 soils (10 Luvisols and 2 Planosols) arranged in four toposequences were selected in the semiarid region of the states of Pernambuco and Paraíba. Undisturbed samples of selected soil horizons were collected and impregnated, cut and polished to make thin sections and then analyzed under a petrographic microscope. The micromorphological descriptions indicate no evidences to support that clay illuviation played an important role in the formation of the textural gradient of these soils. The preferential removal (differential erosion) of clay from the surface horizons is identified as predominant process in the formation of the texture gradient found in most soils studied. The main soil characteristics are related to mineral weathering, mainly biotite, and iron compounds dissolution and formation, and the changes in soil volume as consequence of alternating moist and dry periods.

Index terms: pedogenesis, iron-bearing minerals; northeastearn Brazil; clay illuviation.

INTRODUÇÃO

A gênese dos Luvissolos e Planossolos do semi-árido brasileiro e a evolução da paisagem em que eles ocorrem são pouco conhecidas. Os estudos que versam diretamente sobre o tema são escassos, destacando-se os de Luz et al. (1992) e Parahyba (1993). Outros trabalhos abordaram o tema indiretamente, uma vez que o foco principal era outro, como, por exemplo, os de Sousa (1986), Almeida (1995) e Mota (1997).

No Sistema Brasileiro de Classificação de Solos - SIBCS, os Luvissolos são, por definição, solos minerais com argila de atividade alta e eutróficos, com horizonte B textural sobjacente a horizonte A fraco ou moderado ou horizonte E, não apresentando horizonte plíntico ou glei acima ou coincidente com a parte superior do horizonte B (Embrapa, 2006). Os solos dessa classe ocupam cerca de 225,6 mil km² no território brasileiro, e 47 % desse total concentra-se nas áreas semi-áridas do Nordeste (Coelho et al., 2002). Nesse ambiente, tais solos ocorrem comumente associados com Neossolos Litólicos e Planossolos (Jacomine et al., 1971, 1972a,b, 1973a,b, 1975a,b, 1977, 1986; Araújo Filho et al., 2000), sendo muitas vezes difícil a individualização destes para fins de mapeamento, mesmo em levantamentos detalhados.

O semi-árido nordestino é um ambiente singular, por possuir uma cobertura vegetal não encontrada em nenhum outro lugar do mundo - a Caatinga (Andrade-Lima, 1981; Leal et al., 2003). Esse ambiente está sujeito a uma forte pressão populacional e, muitas vezes, a explorações pouco adaptadas às suas potencialidades naturais, o que tem contribuído para a degradação de suas terras. No que diz respeito ao recurso solo, os principais tipos de degradação são a erosão hídrica e a salinização/sodificação, sendo a erosão hídrica a mais amplamente distribuída, favorecida pela remoção da vegetação nativa, pelo regime climático (irregularidade na distribuição das precipitações pluviais e chuvas de elevada intensidade) e pela elevada erodibilidade de muitos de seus solos.

Estudos sobre a micromorfologia de Luvissolos e Planossolos dessa região são pouco numerosos e relativamente recentes, datando em sua maioria da segunda metade da década de 1970 (Moreira, 1979; Parayba, 1993; Santos & Almeida, 1995; Almeida, 1995; Embrapa, 1998; Corrêa, 2000). De forma geral, observa-se que as nítidas diferenças morfológicas constatadas durante as descrições de campo entre os horizontes superficiais e subsuperficiais e entre esses e o saprólito têm sido confirmadas pelos estudos micromorfológicos (Almeida, 1995; Corrêa, 2000).

Nesse cenário, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar micromorfologicamente os Luvissolos e Planossolos de quatro toposseqüências, desenvolvidas de rochas metamórficas, representativas da ocorrência desses solos na região semi-árida do Nordeste brasileiro, bem como estudar a gênese deles.

MATERIAL E MÉTODOS

Para realização deste estudo foram selecionadas quatro toposseqüências representativas da ocorrência de Luvissolos no semi-árido dos Estados de Pernambuco e Paraíba, sendo duas delas desenvolvidas a partir de gnaisses (toposseqüências I e II), uma de micaxisto (toposseqüência III) e outra de filito (toposseqüência VI) (Quadro 1). Os solos das toposseqüências foram descritos e amostrados conforme orientações apresentadas por Lemos & Santos (2002) e, após a caracterização física e química, foram classificados de acordo com o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Embrapa, 2006), conforme consta no quadro 2. Outras informações sobre os solos estudados podem ser encontradas em Oliveira (2007).

Durante os trabalhos de campo, foram coletadas amostras indeformadas de horizontes selecionados dos perfis de solo, por meio de caixa de Kubiena ou como torrões. Essas amostras foram secas ao ar e em estufa a 45 ºC por pelo menos duas semanas, e a 55 ºC por mais uma semana. A impregnação das amostras foi feita com uma mistura de resina de poliéster e estireno, com polimerização acelerada pela adição de peróxido de metiletilcetona. A laminação foi feita seguindo-se as orientações de Murphy (1986).

A descrição das seções delgadas e a estimativa da proporção dos componentes minerais e das pedofeições foram feitas seguindo-se o esquema e a terminologia propostos por Bullock et al. (1985), sendo a tradução dos termos para o português feita de acordo com Lima et al. (1985), Stoops (1990) e Castro et al. (2003). A identificação dos minerais que compõem os grãos do esqueleto foi feita com base nos critérios apresentados por Dexter & Henke (2004). As fotomicrografias foram obtidas por meio de câmera fotográfica (Olympus SC36 Type 123) acoplada ao microscópio petrográfico (Olympus BX60) e digitalizadas diretamente a partir dos negativos. Elas foram editadas utilizando-se os recursos do CorelDraw 11 (Corel Corporation, 2002).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Toposseqüência I

Os solos da toposseqüência I têm características micromorfológicas semelhantes entre si (Quadro 3). Os grãos do esqueleto são formados por quartzo, feldspatos (plagioclásio, ortoclásio e microclina), hornblenda, nódulos ferruginosos, minerais opacos e biotita, em proporções variadas.

Nos horizontes superficiais, o padrão de distribuição relacionada é predominantemente quitônico, com partes gefúrico e porfírico (Quadro 3). Essa feição é condizente com a textura mais arenosa desses horizontes. A contextura birrefringente é granoestriada, e a microestrutura é do tipo complexa, com grãos interligados, grãos com película e granular pouco desenvolvida, predominando poros do empacotamento composto, com alguns canais e cavidades. Muito poucos a poucos nódulos ferruginosos típicos e, às vezes, uns poucos argilãs de intemperização são as pedofeições encontradas nesses horizontes superficiais.

Já nos horizontes subsuperficiais, o padrão de distribuição relacionada é do tipo porfírico proximal e, ou, de espaçamento simples; a contextura-b é dominantemente granoestriada; e a microestrutura é do tipo blocos subangulares e, ou, angulares, fraca a moderadamente desenvolvidos (Figura 1). Os poros são predominantes do tipo aplanado, ocorrendo ainda canais, cavidades e algumas câmaras. As pedofeições mais comuns são os nódulos típicos e mosqueados, ambos ferruginosos, e os argilãs de intemperização. Ocorrem ainda poucos nódulos calcíticos, frutos da alteração dos plagioclásios, no horizonte C do perfil 2, e pseudomorfos de feldspatos e mica, no horizonte Bt do perfil 3 e BC do perfil 1, respectivamente.

Os principais processos pedogenéticos evidenciados foram: a transformação e neoformação de minerais secundários; o desenvolvimento de estrutura (pedalidade); e a colorização dos horizontes superficiais e subsuperficiais. O intemperismo, além de conduzir à diminuição das partículas maiores em silte e argila, é responsável pela segregação de Fe - que tem como principais fontes primárias a biotita e a hornblenda - e pela formação secundária de carbonato de cálcio - que tem nos plagioclásios a principal fonte de cálcio (Figura 1). Apesar do registro da formação de carbonato de cálcio secundário, nódulos calcíticos foram encontrados apenas no horizonte C do perfil 2, e mesmo assim em pouca quantidade. Nos outros horizontes observaram-se diferentes estádios da alteração dos feldspatos, mas não a formação de nódulos calcíticos ou a reprecipitação de carbonatos nas superfícies dos poros.

A alteração atinge quase toda a biotita dos solos, que nas frações iguais ou maiores do que a areia ocorre em pouca quantidade mesmo no horizonte C. Esse fato, aliado à ausência de evidências de argiluviação (argilãs de iluviação ou seus fragmentos), sugere que a argila (e mesmo o silte) do horizonte Bt provém, em sua maior parte, da formação in situ. Já o contraste textural entre horizontes superficiais e subsuperficiais desses solos (Quadro 2) deve ser formado pela remoção e, ou, destruição preferencial de argilas do horizonte superficial, que resultou na formação de uma microestrutura em que os finos (principalmente argila) aparecem residualmente unindo ou envolvendo grãos, ou seja, as estruturas maiores perderam a maior parte de sua matriz. A virtual ausência de evidências de argiluviação em solos com elevado contraste textural foi também observada por Parahyba (1993), estudando solos planossólicos do agreste pernambucano.

Diversos processos podem conduzir ao acúmulo de argila no horizonte B em relação ao horizonte superficial; em muitos casos, não há evidências de que a diferença entre esses horizontes seja produzida pela argiluviação (Smeck et al., 1981; Fanning & Fanning, 1989; Bronger & Bruhn, 1990; van Breemen & Buurman, 1997; Phillips, 2004, 2007). McKeague et al. (1981) realizaram uma contagem semiquantitativa dos argilãs supostamente iluviais de 54 horizontes designados no campo como sendo Bt e constataram que apenas 34 deles tinham um mínimo de 1 % de argila aparentemente de natureza iluvial, pondo em dúvida a validade desse critério para identificação de horizonte argílico como definido no Soil Taxonomy. Além disso, alguns autores defendem que parte dos domínios de argila que têm sido identificados como de natureza iluvial são na verdade formados pela cristalização de soluções ou géis, ou são produzidos pelo movimento local dentro do próprio horizonte (Brewer, 1972).

Algumas vezes, principalmente em solos argilosos em que predominam argilas de atividade alta, os sinais de argiluviação são obliterados parcial ou totalmente, devido a pedoturbações causadas pela expansão e contração da massa do solo em resposta às mudanças de umidade. Nesses casos, para verificar se a translocação de argila é ativa, devem-se examinar horizontes mais profundos do que o nível máximo de pedoturbação. Nessa profundidade, os revestimentos de argila tendem a ser mais estáveis e permanecem nas faces dos peds, em razão da menor dinâmica estrutural (Mckeague, 1983; Bullock & Thompson, 1985), situação que também não foi observada nos horizontes C dos perfis estudados, o que também parece indicar a pouca expressão do processo de argiluviação dos solos em questão.

Teoricamente, nos horizontes superficiais espera-se alguma acidificação resultante da decomposição da matéria orgânica e da extração de cátions básicos pelas plantas. Essa acidificação pode, ao menos em parte, ser responsável pela destruição de minerais de argila, principalmente os do grupo das esmectitas e vermiculitas.

Albuquerque Neto (1992), estudando a variação temporal da umidade num perfil de Luvissolo de Riacho do Navio (PE), observou que o horizonte A atingiu a umidade mínima 16 dias após a saturação de água do perfil, enquanto no horizonte Bt isso só ocorreu após 24 dias. Observou ainda que a umidade retida no horizonte Bt foi cerca de três vezes maior do que a do horizonte A. Essas observações parecem sugerir que o horizonte Bt desses solos, nas condições semi-áridas, permanece úmido por um período muito maior do que o horizonte superficial, favorecendo dessa forma o processo de intemperismo químico dos minerais primários e, conseqüentemente, a formação in situ de argila.

Por outro lado, no semi-árido as precipitações pluviais concentram-se em poucos eventos de curta duração e elevada intensidade (Chaves et al., 1985), o que, associado à baixa condutividade hidráulica desses solos, favorece a ocorrência de escoamento superficial e, conseqüentemente, a remoção preferencial de frações mais finas, principalmente da argila, que, nos casos em questão, apresenta-se moderada a altamente dispersa (Quadro 2). Isso, certamente, contribui para a desargilização do horizonte superficial nos solos dessa região e favorece a formação de contraste textural, em alguns deles.

Toposseqüência II

Os solos da toposseqüência II têm horizonte A com padrão de distribuição relacionado dos tipos gefúrico, quitônico e porfírico no perfil 4, porfírico com partes quitônicas no perfil 5 e porfírico no perfil 6 (Quadro 3). A contextura-b é estriada (grano e, ou, poroestriada) nos perfis 4 e 5 (Figura 2) e salpicada em mosaico no perfil 6. A microestrutura é com cavidades nos perfis 4 e 5 e fissural no perfil 6. Nódulos ferruginosos típicos são as principais pedofeições.

Já o horizonte Bt tem padrão de distribuição relacionado do tipo porfírico (ou porfirosquélico na terminologia adotada por Brewer (1976)) nos três perfis, sendo este um padrão de distribuição comum em solos argilosos (Blokhuis et al., 1990). A contextura-b é indiferenciada no perfil 4, granoestriada no perfil 5 e salpicada no perfil 6. Blocos subangulares e, ou, angulares fracamente desenvolvidos formam a microestrutura do horizonte Bt nesses solos (Figura 2). Como no horizonte superficial, nódulos ferruginosos são as principais pedofeições.

Os horizontes subjacentes ao horizonte Bt têm características similares às deste, mas apresentam maior participação de feldspatos, pedalidade menos desenvolvida e predomínio de poros aplanados.

A contextura-b do tipo poro ou granoestriada está relacionada à reorganização da massa do solo, em função das mudanças de umidade (Almeida, 1995; Embrapa, 1998; Gunal & Ransom, 2006); contudo, apesar de ter sido constatada a presença de superfícies de compressão e mesmo de fricção (slickensides) durante as observações de campo, pedofeições relacionadas às superfícies estruturais não foram observadas nas seções delgadas. Destaca-se que a amostragem não foi direcionada para observação dessas feições.

De acordo com Blokhuis et al. (1990), as chamadas separações plásmicas relacionadas às superfícies ocorrem em todos os solos vérticos, sendo raras ou ausentes nos horizontes superficiais e mais numerosas nos horizontes mais profundos. Elas atingem o máximo desenvolvimento na parte inferior do solum e na superior do substrato, que é também a zona de máximo desenvolvimento dos slickensides. Por outro lado, de acordo com esses autores, as concentrações plásmicas relacionadas às superfícies, especialmente argilãs de iluviação, são raras em Vertissolos, embora a possibilidade de translocação de argila não deva ser inteiramente descartada. Em todo caso, onde ela existe é sempre um processo lento, e a preservação das evidências desse processo é muito comprometida devido à baixa estabilidade das superfícies dos peds de tais solos.

Registra-se que as amostras dos horizontes Bt dos solos da toposseqüência II apresentaram problemas durante o processo de impregnação, possivelmente causados pela presença de água, que interfere no processo de polimerização da mistura utilizada para endurecimento das amostras. Esses problemas podem ser minimizados pelo uso de outros tipos de resina, sendo indicadas aquelas solúveis em acetona, que devem ser inicialmente utilizadas para substituir a água do solo (Salins & Ringrose-Voase, 1995).

Toposseqüência III

Nos solos desta toposseqüência os grãos minerais são compostos por biotita, quartzo e feldspatos alcalinos e alcalinos terrosos; a biotita quase sempre exibe feições de alteração e é mais abundante no perfil 7 e no horizonte Cr do perfil 9 (Quadro 4 e Figura 3). O padrão de distribuição relacionada é quitônico e gefúrico no horizonte E do perfil 9, porfírico com poucas e esparsas partes quitônicas no horizonte A do perfil 8 e porfírico proximal e, ou, de espaçamento simples nos demais horizontes analisados. A contextura birrefringente é granoestriada.

A microestrutura do horizonte A do perfil 8 é complexa; a do horizonte E do perfil 9, em grãos com películas e grãos interligados (Figura 3); a do horizonte Bt dos perfis 7 e 8, em blocos angulares e, ou, subangulares fracamente desenvolvidos; e a do horizonte Bt do perfil 9, esponjosa e em grãos com películas. Os poróides são predominantemente do empacotamento composto no horizonte Bt dos perfis 7 e 9. Nos outros horizontes há uma quantidade maior de poros aplanados ou canais.

Relativamente às pedofeições, no horizonte Bt do perfil 7 a principal pedofeição é a presença de abundantes argilãs de intemperização, ocorrendo ainda umas poucas pápulas (em verdade, partes de pseudomorfos). No horizonte C é comum a presença de mosqueados ferruginosos. Já no horizonte Bt dos perfis 8 e 9 tem-se a presença de pouquíssimos revestimentos e, ou, preenchimentos que indicam alguma iluviação. Silva (2000) e Santos et al. (2002b), que realizaram a quantificação de argilãs de iluviação em Planossolo Háplico, demonstraram discordância entre o processo de iluviação e a concentração de argila no horizonte Bt. Por sua vez, Almeida (1995) não identificou evidências concretas de argiluviação em Luvissolos sergipanos desenvolvidos de micaxistos. Essas observações sugerem que a iluviação não foi o principal processo responsável pela formação do gradiente textural ou que os argilãs por ela gerados foram, em sua maioria, destruídos posteriormente.

Considerando a pouca expressão da argiluviação observada pelas análises micromorfológicas e o elevado gradiente textural que foi obtido nos solos desta toposseqüência (Quadro 2), especula-se que o contraste textural neles observado é poligenético, sendo o resultado de pelo menos dois processos - da perda de argila do perfil por destruição ou remoção e da translocação de argila. Phillips (2004) propôs que o contraste textural observado em muitos solos tem múltiplas causas, sendo algumas geogênicas e outras pedogenéticas.

Dada a virtual ausência de revestimentos argilosos nas superfícies das unidades estruturais, acredita-se que o que foi descrito no campo como cerosidade comum e fraca nos perfis 7 e 8 (Oliveira, 2007) seja na verdade o brilho dos flocos de mica parcialmente alterada, não tendo, portanto, qualquer valor do ponto de vista taxonômico.

Os poróides apresentados pelo horizonte CR do perfil 8 parecem resultar da separação dos grãos minerais que compõem a rocha matriz. Isso ocorre como conseqüência da intemperização diferenciada dos minerais primários e pode conferir ao saprolito uma porosidade estrutural mais efetiva do que aquela observada nos horizontes sobrejacentes, que são mais argilosos e cuja rede de poros está mais sujeita às modificações causadas pela mudança de volume decorrente do umedecimento e secamento da massa do solo e pela dispersão das argilas.

Toposseqüência IV

Quartzo, mica, minerais opacos e epítodo são os principais minerais que, em proporções variadas, formam os grãos minerais dos solos da toposseqüência IV (Quadro 4). No horizonte A do perfil 12 ocorrem ainda traços de microclina e hornblenda, que parecem reforçar as observações de campo, as quais indicam que este horizonte recebeu contribuição de materiais transportados das áreas adjacentes mais elevadas.

O padrão de distribuição relacionado é predominantemente porfírico proximal ou de espaçamento simples (Figura 4). A contextura-b é indiferenciada nos horizontes C/Cr e Cr do perfil 10 e nos horizontes A e Bt do perfil 12, e salpicada em mosaico nos demais horizontes.

A microestrutura predominante é do tipo em blocos angulares e subangulares de fraca a moderadamente desenvolvida, e, por conseguinte, os poróides predominantes são os do tipo aplanados (Figura 4). As pedofeições mais freqüentes estão relacionadas à dinâmica dos compostos de Fe, na forma de hiporrevestimentos, nódulos e mosqueados.

A condição de drenagem mais restrita do perfil 12 (Planossolo Háplico) em relação aos outros solos da toposseqüência é refletida nas cores bruna e bruno-acinzentada dos horizontes Bt e C, nos menores teores de óxidos de Fe (Oliveira, 2007) e na maior quantidade de nódulos ferruginosos encontrados no horizonte C (Quadro 4 e Figura 4).

CONCLUSÕES

1. Não há evidências micromorfológicas que suportem que a argiluviação tenha sido um processo efetivo na formação do gradiente textural dos Luvissolos estudados.

2. A remoção preferencial (erosão diferencial) da argila dos horizontes superficiais é apontada como o principal processo atuante na formação do gradiente textural encontrado na maioria dos solos estudados.

3. As principais pedofeições observadas estão relacionadas ao intemperismo dos minerais primários, notadamente da biotita; à dinâmica de formação e dissolução dos compostos de Fe; e à reorganização da massa do solo em função das mudanças de umidade do solo decorrentes das alternâncias entre períodos secos e chuvosos.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq, pelo financiamento parcial do projeto; e à professora Sylvia Maria de Araújo, da Universidade de Brasília (UnB), pelo auxílio na identificação de alguns minerais e por permitir a utilização dos microscópios petrográficos.

LITERATURA CITADA

Recebido para publicação em outubro de 2007 e aprovado em setembro de 2008.

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1

Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor apresentada à Universidade Federal de Viçosa - UFV. Trabalho financiado pelo CNPq.

Datas de Publicação

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

Histórico

• Aceito
  Set 2008
• Recebido
  Out 2007