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Revista Brasileira de Ciência do Solo

versión impresa ISSN 0100-0683

Rev. Bras. Ciênc. Solo vol.34 no.3 Viçosa mayo/jun. 2010

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832010000300028 

SEÇÃO V - GÊNESE, MORFOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO DO SOLO

 

Ocorrência de corpos silicosos em horizontes superficiais de solos de diferentes ecossistemas

 

Occurrence of silica bodies in surface horizons of soils in different ecosystems

 

 

Liovando Marciano da CostaI; Roseilton Fernandes dos SantosII; Carlos Ernesto G.R. SchaeferI; Ana Maria Souza dos Santos MoreauIII; Mauricio Santana MoreauIII

IProfessores do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa - UFV. CEP 36571-000 Viçosa (MG). Bolsistas do CNPq. E-mail: liovandomc@yahoo.com.br
IIProfessor do Departamento de Solos e Engenharia Rural, Universidade Federal da Paraíba - UFPA. Centro de Ciências Agrárias - Campus III. Campus Universitário/DSER, CEP 58397-000 Areia ( PB). E-mail: roscilton_santos@yahoo.com.br
IIIProfessor do Departamento de Ciências Agrárias e Ambientais, Universidade Estadual de Santa Cruz - UESC. Km 16, Rodovia Ilhéus/Itabuna, CEP 45650-000 Ilhéus (BA). E-mail: amoreau@uesc.br e mmoreau@uesc.br

 

 


RESUMO

O entendimento dos processos que causam as diferentes distribuições de corpos silicosos no solo é essencial para a interpretação dos possíveis fatores ambientais responsáveis pela estabilidade deles, deposição de sedimentos, formação de paleossolos e para análise de sítios arqueológicos. Assim, a presente pesquisa objetivou identificar a ocorrência de corpos silicosos encontrados em horizontes superficiais de solos oriundos de diferentes ecossistemas terrestres. Amostras de horizonte superficial de 10 perfis de solo foram coletadas e queimadas em mufla, para remoção da matéria orgânica. Posteriormente, as amostras foram tratadas com HCl 10 cL L-1, para remoção das impurezas contidas na cinza. A fração silte foi obtida por sedimentação, usando o procedimento de análise granulométrica. A maior parte dos corpos silicosos em solos encontra-se na fração silte. Dessa fração, montaram-se lâminas, utilizando óleo de imersão tipo A para identificação dos corpos silicosos em microscópio óptico. A análise dos resultados permitiu observar a variedade de formas e abundância de corpos silicosos nos solos estudados, sendo mais abundantes e diversificados no solo desenvolvido de quartzito. Nos Latossolos, não houve diferença em abundância de fitólitos em relação aos solos dos biomas do Cerrado, Mata Atlântica e Caatinga.

Termos de indexação: fitólitos, opala, sílica biogênica, sílica.


SUMMARY

The understanding of the processes that cause the varied distribution of silica bodies in soils is essential for the interpretation of the possible environmental factors related to their stability, sediment deposition, paleosol formation and for the analysis of archaeological sites. Thus, this study had the objective of identifying and characterizing the silica bodies morphology from surface soil horizons collected at different terrestrial ecosystems. Samples of surface horizons were collected from 10 soil profiles and heated in a muffle furnace to remove organic matter. Thereafter the samples were treated with HCl 10 % (vol/vol) to remove the soluble matter contained in each sample. The silt fraction was determined by sedimentation using particle size analysis. Most biogenic silica in soils is associated to the silt fraction. Glass microscope slide containing of this fraction were mounted on an immersion oil type A for silica body identification. The results showed a variety of forms and abundance of silica bodies in the studied soils. The variation in form and abundance was highest in the soil formed from quartzite. No differences in abundance of phytoliths were observed in the Oxisols from the Cerrado, Mata Atlântica and Caatinga biomes.

Index terms: phytoliths, opal, biogenic silica, silica.


 

 

INTRODUÇÃO

Corpos silicosos ou opala biogênica são terminologias usadas para designar compostos de sílica hidratada (SiO2.nH2O), com formas e tamanhos característicos, formados pelas plantas (Piperno, 2006) e animais (Garrone et al., 1981). Nesse conceito são contemplados os fitólitos, frústulas e espículas.

Fitólitos são corpos silicosos microscópicos amorfos aos raios X, que resultam de processos nos quais determinadas plantas superiores depositam sílica intra e extracelular após absorvê-la da solução do solo (Jones, 1964; Kondo & Sase, 1986; Costa et al., 2005). As principais acumuladoras de Si e produtoras de fitólitos são as Poaceae, mas outras famílias de monocotiledôneas e algumas dicotiledôneas também acumulam quantidades expressivas de sílica (Runge, 1999).

As deposições de sílica biogênica nos vegetais podem ocorrer em folhas, sementes, frutos, raízes e madeira, dentro das células ou na parede celular (Sendulsky & Labouriau, 1966; Runge, 1999), e algumas morfologias de fitólitos são únicas, sendo assim utilizados na identificação das plantas produtoras no nível de família e às vezes de gênero (Parry & Smithson, 1964; Sendulsky & Labouriau, 1966; Campos & Labouriau, 1969; Silva & Labouriau, 1970; Piperno, 2006; Calegari, 2008), possibilitando o uso de fitólitos de solos e sedimentos na reconstituição de paleovegetações e paleoclimas (Runge, 1999).

As algas, especialmente as diatomáceas, e esponjas também produzem corpos silicosos, recebendo estes as denominações de frústulas e espículas, respectivamente. Nas diatomáceas, as paredes celulares, denominadas frústulas, são compostas de opala-A, e esses organismos são os principais produtores de sílica biogênica, tanto em quantidade de material sintetizado quanto na variedade de estruturas (Hildebrand, 2003). Já as esponjas são de dois tipos: calcárias e silicosas; estas últimas absorvem o Si como componente de seu esqueleto, que é formado por espículas, as quais servem para fixá-las ao leito oceânico, fluvial ou lacustre (Coradin et al., 2004).

Seja qual for a origem da sílica biogênica, formada em plantas ou animais, o depósito junto às paredes celulares geralmente replica a morfologia das células vivas (Parr & Sullivan, 2005); assim, as formas e ornamentações da sílica biogênica são taxonomicamente únicas, possibilitando o uso de corpos silicosos de solos e sedimentos em interpretações paleoecológicas (Ruiz-Moreno & Carreño, 1994; Runge, 1999; Yim & Li, 2000).

Além disso, os corpos silicosos podem ser usados para determinação da idade de camadas de sedimentos ou horizontes de solos, já que o C ocluso neles é preservado por muito tempo, especialmente em ambiente redutor. Parr & Sullivan (2005) observaram acúmulo de 0,72 a 0,88 g m-2 ano-1 de C na forma de C ocluso em fitólitos sob vegetação natural em dois locais na Oceania.

Os estudos de corpos silicosos concentram-se nas áreas de Botânica, Arqueologia, Paleontologia, Geologia, Ecologia, Agricultura, Microscopia, Antropologia e Geoquímica. Na Ciência do Solo o Si tem sido estudado pelo seu papel na sustentação de plantas, especialmente as monocotiledôneas (Agarie et al., 1996), na proteção adicional ao ataque de herbívoros (artrópodes ou outros) e patógenos (fungos e bactérias) (Jones & Handreck, 1967; Epstein 1999) e como fertilizante no aumento da produção de matéria seca e produtividade de grãos (Korndörfer et al., 1999; Barbosa Filho et al., 2001; Mauad et al, 2003). No Brasil, tem havido omissão quanto às investigações referentes à identificação de corpos silicosos em solos e sedimentos para fins de interpretação da gênese do solo, bem como do papel das plantas no aporte constante de sílica biogênica (Lucas et al., 1993, 2001; Alexandre et al., 1997; Carnelli et al., 2002; Calegari, 2008), para que o equilíbrio químico na solução do solo mantenha os teores de sílica suficientes para a manutenção de minerais silicatados.

Dada a importância do Si na crosta terrestre e nas diversas formas de vida, ainda há pouco saber acumulado sobre o tema e muito a ser pesquisado sobre os processos de gênese e taxonomia dos corpos silicosos nas paisagens do Brasil e do mundo. O primeiro registro sobre o estudo de corpos silicosos no Brasil data de 1957 e foi publicado por Fontana Jr. & Muth, do Instituto Oswaldo Cruz. Os autores estudaram a morfologia e a estrutura de corpos silicosos nas diferentes partes da planta de Panicum maximum e as denominaram de sílico-esqueleto, fazendo uma analogia ao observado em diatomáceas. Devem-se destacar também esforços como os de Sendulsky & Laboriau (1966); Campos & Laboriau (1969) e Silva & Laboriau (1970), em estudos de corpos silicosos em diferentes espécies vegetais do Cerrado brasileiro. Apesar de terem se passado 52 anos desde a primeira publicação sobre o assunto, o número de publicação brasileira na temática ainda é baixo.

Diante do exposto, a presente pesquisa objetivou identificar a ocorrência de corpos silicosos encontrados em horizontes superficiais de solos oriundos de diferentes ecossistemas terrestres, para fins de interpretação dos possíveis fatores ambientais responsáveis pela sua gênese.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Solos e áreas de estudo

Foram coletadas amostras do horizonte superficial de 10 perfis de solos pertencentes às classes: Criossolo, Organossolo, Cambissolo, Latossolo e Vertissolo, situados em áreas e regiões distintas do Brasil (Quadro 1); eles foram escolhidos com base no Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Embrapa, 2006), com exceção apenas do Criossolo Ornitogênico (continente antártico), classificado pelo Sistema Internacional de Classificação de Solos elaborado pela FAO (ISSS Working Group WRB, 2006). Procurou-se obter ampla variedade quanto ao material de origem e clima dos solos, com a finalidade de selecionar solos distintos.

O estudo envolveu solos orgânicos e minerais oriundos de ambientes contrastantes quanto ao material orgânico aportado, produto de diferentes rotas de humificação. São, portanto, solos diferenciados em atributos pedoclimáticos, e essas diferenças justificam estudos de corpos silicosos em solos.

Extração dos corpos silicosos no solo

O método adotado na presente pesquisa para extração dos corpos silicosos foi modificado de Costa (2004). Inicialmente, as amostras coletadas são secas em temperatura ambiente para obtenção da terra fina, por peneiramento. Após esse procedimento, 5 g de solo foram acondicionados em cadinho de porcelana e permaneceram na mufla a 500 ºC por 5 h, para remoção da matéria orgânica. O material então foi tratado com HCl 10 cL L-1, durante 1 h, para eliminação das impurezas contidas nas cinzas (relação 1:2,5 - cinza:solução). Em seguida, centrifugou-se a 1.300 g por 5 min. Essa etapa foi repetida mais duas vezes com HCl (10 cL L-1) e duas lavagens com H2O destilada. Em cada uma dessas etapas o sobrenadante foi descartado.

Após o procedimento descrito, removeu-se a fração areia, passando as amostras de solo em peneira de malha entre 0,053 a 2,000 mm. A fração silte foi separada da argila por sedimentação e a remoção desta foi feita por sinfonamento, a partir de 10 agitações a cada 10 min, com descarte do sobrenadante. O silte foi seco em estufa com ventilação forçada a 105-110 ºC.

A identificação dos corpos silicosos foi realizada em lâminas com amostras de silte, utilizando óleo de imersão para facilitar a visualização em microscópio óptico Olympus CX31 (com aumentos de 100 e 400 vezes). Foram escolhidos cinco campos para observação e contagem dos corpos silicosos em cada amostra de solo.

Para identificação dos tipos morfológicos dos fitólitos, há várias terminologias que se baseiam nos contornos dos corpos de opala-A e em suas dimensões (Twiss et al., 1969; Twiss, 1992; Fredlund &Tieszen, 1994; Lu & Liu, 2003). No entanto, na presente pesquisa foi usada, para identificação de tipos morfológicos dos fitólitos do material coletado, a terminologia mais nova elaborada por Madella et al. (2005).

A identificação das frústulas de diatomáceas foi feita com base no trabalho de Moreira (1975), e a das espículas, segundo Costa et al. (1992).

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados revelaram variedade de formas e de abundância de corpos silicosos nos horizontes superficiais dos solos dos diferentes ecossistemas estudados (Quadro 2); os principais fitólitos identificados foram bastonetes de tamanhos variados, buliforme, sela, halteres e formas retangulares, sendo bastonete e buliforme os mais abundantes e comuns a todos os ecossistemas (Quadro 2 e Figura 1). Segundo Runge (1999), esses morfotipos têm significado taxonômico com a família Poaceae, de ampla distribuição geográfica nos diversos ecossistemas, sendo uma das que mais acumulam Si e produzem fitólitos.

A maior variedade e maior abundância de corpos silicosos foram registradas na fração silte do Cambissolo Húmico distrófico latossólico, localizado no Parque Estadual do Ibitipoca-MG (Quadro 2). Com cotas altimétricas que variam de 1.050 a 1.784 m (Quadro 1), a Serra do Ibitipoca é localmente dominada por uma geologia de quartzitos sacaroidais grosseiros com muscovita, intercalações de quartzitos finos micáceos e biotita - xistos, pertencentes ao grupo Andrelândia (Dias, 2000).

Além da riqueza em quartzo no material de origem do solo, a formação e permanência dos corpos silicosos nesse ecossistema deve-se ao tipo de vegetação, Complexo Rupestre de Altitude, que demanda altos teores de sílica da solução do solo para sua constituição vegetal. Assim, a presença desse tipo de vegetação na área indica que a mineralogia está sendo eficiente em manter concentrações adequadas de Si na solução do solo, protegendo os corpos silicosos da dissolução. Segundo Pereira (1994), o Complexo Rupestre de Altitude sobre quartzito na Serra de Ibitipoca está associado à Floresta Estacional Semidecidual, onde são observadas espécies herbáceas de aspecto graminoide crescendo sobre solo arenopedregoso, com elevado número de indivíduos pertencentes às famílias Poaceae, Cyperaceae e Eriocaulaceae. As plantas das famílias das monocotiledôneas são as principais acumuladoras de Si e produtoras de fitólitos (Runge, 1999), e para essas famílias a absorção de silica é proporcional à concentração de ácido monossilícico na solução do solo (Jones & Handreck, 1965; Fox et al., 1967; Jones & Handreck, 1967). As poáceas e ciperáceas estão entre as monocotiledôneas que mais acumulam Si (Hodson et al., 2005).

Os solos dos ecossistemas da Antártica e da Ilha de Trindade apresentaram abundância mediana em corpos silicosos, e os de Serra Verde (MG) e Garanhuns (PE), pouca abundância, sendo o fitólito do tipo bastonete comum a todos esses ecossistemas (Quadro 2).

Destaca-se a pobreza em sílica biogênica dos Latossolos, cuja abundância variou de pouca a rara em Vertissolo nordestino sob remanescente de floresta subperenifólia e Caatinga hipoxerófila arbustiva e campos antrópicos (Cachoeirinha e Crato), conforme pode ser visualizado no quadro 2. Nesse particular, Ramírez et al. (2007) confirmam que os altos níveis de evapotranspiração em ambiente quente e úmido favorecem a precipitação do ácido monossilícico na forma de um gel, sílica amorfa, na epiderme foliar, no lugar de fitólitos. Para os ambientes mais secos, a absorção do ácido monossilícico seria irrelevante, pois somente uma pequena concentração de sílica estaria disponível para a planta.

Nos Latossolos de Caratinga (MG) e do Crato (PE) registrou-se a presença de fitólitos do tipo bastonete com aspecto de corrosão (Quadro 2). Runge (1999) observou que solos de regiões tropicais apresentavam fitólitos nas suas partes mais profundas, com considerável corrosão, e atribuiu esse aspecto à idade.

Quanto à influência dos atributos químicos dos solos na maior ou menor abundância dos corpos silicosos encontrados nos diferentes ecossistemas estudados nesta pesquisa, Drees et al. (1989) reportam valores de solubilidade da opala biogênica variando de 0,5 a 10 mg L-1 Si (1,07 a 21,4 mg L-1 SiO2) e sugerem que a presença de Fe e Al adsorvidos, assim como de C ocluso, pode alterar os valores de solubilidade da sílica. Wilding & Drees (1974), citados por Drees et al. (1989), observaram que corpos de opala de coloração amarronzada a opaca eram menos solúveis do que corpos quase transparentes, ambos originários de um paleossolo da Malásia, sugerindo que compostos orgânicos são responsáveis pela coloração escura, de alguma forma, retardavam a dissolução da sílica.

Os teores de C orgânico total (COT) variaram de 0,9 a 30 dag kg-1 nos solos estudados (Quadro 3); alguns valores excepcionalmente altos foram encontrados nas amostras de Organossolos (12,14 e 23,15 dag kg-1) de Serra Verde e Ilha de Trindade, respectivamente, e de Cambissolo (30 dag kg-1) de Ibitipoca.

No solo Antártico, os conteúdos de COT são preservados nas condições de frio intenso. A natureza fíbrica do material, associada à pequena contribuição da fauna do solo na fragmentação da matéria orgânica leve, leva à preservação desse material por longos períodos. Outro importante fator de conservação desse material pode estar ligado à natureza amorfa da fração mineral, que adsorve o material orgânico, conferindo-lhe proteção física. Esses minerais oferecem inúmeros sítios de adsorção para exercer ação protetora contra a degradação biótica, adsorvendo e consequentemente reduzindo a atividade de importantes agentes da decomposição, como amilases e proteases (Michel, 2005).

O Organossolo de Trindade encontra-se numa condição de maior umidade e acúmulo de matéria orgânica na liteira, cujo material ainda se encontra inalterado, sendo proveniente de restos orgânicos da floresta de Cyathea delgadii e Myrsine floribunda. Os elevados teores de COT sugerem que as condições ambientais não são favoráveis à decomposição da matéria orgânica, sobretudo pela ausência de detritívoros e herbívoros. Assim, para o Organossolo da Ilha de Trindade a manutenção dos corpos silicosos no solo parece ser influenciada pela presença de altos teores em compostos orgânicos, aliada ao tipo de vegetação.

Com relação à influência do pH na estabilidade e dissolução de corpos silicosos, Fraysse et al. (2006) encontraram, para os fitólitos de bambu coletados na Ilha Réunion, solubilidade próxima à da sílica amorfa, e a velocidade de dissolução ficou entre aquelas do quartzo e da sílica vítrea, mostrando-se similarmente dependente do pH, chegando a um mínimo de velocidade de dissolução em pH 3,0. Strömberg (2004) afirma que nas condições de pH encontradas geralmente nos solos, entre 4,0 e 8,0, os fitólitos neles permanecem por longos períodos de tempo.

Os valores de pH em água (Quadro 3) evidenciam que os solos amostrados apresentam valores entre 4,0 e 7,3, estando portanto dentro da faixa citada por Strömberg (2004), favorecendo assim a estabilidade e manutenção dos corpos silicosos nos ecossistemas estudados. Outros fatores, como alto índice pluviométrico, temperatura elevada e atividade microbiana, são também decisivos na ciclagem da sílica biogênica e, consequentemente, no aporte de ácido monossilícico na solução do solo (Street-Perrott & Barker, 2008).

Além de fitólitos, identificou-se a ocorrência de diatomáceas e espículas de esponjas, porém estas apenas em condições ambientais peculiares, como na Antártica, na Ilha de Trindade, em Serra Verde e em Ibitipoca (Quadro 2 e Figura 1). A presença desses tipos de corpos silicosos em solos pode estar associada às condições ambientais onde esses solos se formaram. Na Antártica e na Ilha de Trindade a influência marinha justifica a ocorrência de diatomáceas, e nos solos de Serra Verde e Ibitipoca, ambos de regiões Altimontana da Mantiqueira, a presença de espícula de esponja indica que os solos foram formados em ambiente de drenagem imperfeita, conforme constatado por Costa et al. (1992) em solos de João Pinheiro - MG.

O Organossolo de Serra Verde e o Cambissolo Húmico de Ibitipoca amostrados são representativos de áreas coluvionares de pés de encostas e formaram-se em ambiente de recepção, com maior tempo de permanência de água, ratificando assim que as condições ambientais foram propícias para a ocorrência de espícula de esponja, corroborando as conclusões de Costa et al. (1992).

 

CONCLUSÕES

1. Há uma natural diversidade de morfotipos e abundância de fitólitos nos solos estudados: bastonetes de tamanhos variados, buliforme, sela, halteres e formas retangulares, sendo bastonete e buliforme as formas mais abundantes.

2. A corrosão, observada em todas as formas, foi maior nos buliformes, seguidos dos bastonetes.

3. Os corpos silicosos foram bem mais abundantes e diversificados no único solo desenvolvido de quartzito.

4. Não houve diferenças de abundância de fitólitos entre os Latossolos sob Cerrado, Mata Atlântica e Caatinga.

 

LITERATURA CITADA

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Recebido para publicação em julho de 2009 e aprovado em março de 2010.