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Revista Brasileira de Ciência do Solo

On-line version ISSN 1806-9657

Rev. Bras. Ciênc. Solo vol.38 no.6 Viçosa Nov./Dec. 2014

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832014000600013 

DIVISÃO 2 - PROCESSOS E PROPRIEDADES DO SOLO
COMISSÃO 2.4 - QUÍMICA DO SOLO

 

Geoquímica de solos do pantanal norte, Mato Grosso1

 

Soil geochemistry of the northern pantanal, Mato Grosso, Brazil

 

 

Elaine de Arruda Oliveira CoringaI; Eduardo Guimarães CoutoII; Pablo Vidal TorradoIII

IProfessora, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso, Campus Cuiabá Bela Vista. Av. Juliano Costa Marques, s/n. CEP 78050-560 Cuiabá (MT). E-mail: elaine.coringa@blv.ifmt.edu.br
IIProfessor Associado, Departamento de Solos e Engenharia Rural, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, UFMT. Av. Fernando Corrêa da Costa, s/n. CEP 78060-900 Cuiabá (MT). E-mail: couto@ufmt.br
IIIProfessor, Departamento de Ciência do Solo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz- ESALQ/USP. Av. Pádua Dias, 11. Caixa Postal 09. CEP 13418-900 Piracicaba (SP). E-mail: pvidal@usp.br

 

 


RESUMO

A caracterização e análise geoquímica de solos permitem compreender os processos de migração, dispersão e concentração de elementos químicos no perfil, embasando a correlação dos atributos deles com as classes de solos formadas, o que possibilita inferências acerca das gêneses desses solos. Esta pesquisa teve por objetivos caracterizar e interpretar a composição geoquímica total de elementos maiores e menores em classes de solos representativas do Pantanal norte, na sub-região de Barão de Melgaço, Mato Grosso, Brasil. Foram selecionados 20 perfis das principais classes de solos do Pantanal e analisadas amostras dos horizontes A e B (ou C) quanto à concentração de óxidos totais por espectrometria de fluorescência de raios-X, além das caracterizações física, química e mineralógica. Os solos subdividiram-se em dois tipos geoquímicos: um composto por textura arenosa a franco-arenosa com teores relativamente elevados de SiO2 e predominância de caulinita e quartzo, com menor teor de bases e elementos-traço; e outro composto por textura mais argilosa, geoquimicamente heterogêneos e com teores significativos de minerais 2:1, Al2O3, óxidos de Fe e Mn, bases e elementos-traço.

Termos de indexação: óxidos totais, solos hidromórficos, elementos-traço


ABSTRACT

Characterization and geochemical analysis of soils allows us to understand the processes of migration, dispersal, and concentration of chemical elements in the profile, serving as a basis for correlation of soil properties with the soil classes formed, which allows inferences about soil genesis. The aim of this study was to characterize and interpret the total geochemical composition of major and minor elements in soil classes representative of the northern Pantanal in the Barão de Melgaço subregion, Mato Grosso (Brazil). We selected 20 profiles of the major soil types of the Pantanal and analyzed samples of the A and B (or C) horizons in regard to the concentration of total oxides by X-ray fluorescence spectrometry, as well as physical, chemical, and mineralogical characterization. The soils are subdivided into two geochemical types: one composed of sandy to sandy loam soils with relatively high levels of SiO2 and predominance of kaolinite and quartz, with lower levels of trace elements and bases; and another composed of a more clayey soil texture, geochemically heterogeneous, with significant contents of 2:1 clay minerals, Al2O3, Fe and Mn oxides, alkalis, and trace elements.

Index terms: total oxides, hydromorphic soils, trace elements


 

 

INTRODUÇÃO

O padrão de distribuição da concentração de elementos no solo é influenciado principalmente pela litologia do material de origem, assim como pelos processos de formação do solo, que modificam a composição geoquímica básica e redistribuem o teor de metais no perfil do solo (Bini et al., 2011).

Os estudos de gênese dos solos com ênfase na geoquímica dos elementos presentes constituem uma ferramenta necessária para a classificação e o levantamento pedológico, possibilitando inferências acerca dos atributos físicos, químicos e mineralógicos desses solos (Lacerda et al., 2000). Além disso, a análise geoquímica procura estabelecer relações entre os solos e as potenciais fontes dos elementos (naturais ou antropogênicas) por meio da determinação da concentração de elementos maiores e elementos-traço, permitindo estimar e quantificar o fluxo de elementos durante o intemperismo, o processo de lixiviação e os ganhos e as perdas em relação ao material de origem (Chadwick et al., 1990).

Esses estudos são particularmente importantes em solos de áreas úmidas como o Pantanal norte-mato-grossense. Esses solos mantêm uma estreita relação com os tipos de sedimentos que foram depositados durante a sua gênese e que deram origem a uma diversidade de solos, cuja morfologia reflete as condições do regime hídrico de cada microambiente por meio dos processos redoximórficos atuantes.

Por isso, a análise geoquímica dos solos do Pantanal norte-mato-grossense em conjunto com os atributos físicos, químicos e mineralógicos torna-se uma ferramenta importante para a compreensão dos processos de migração, dispersão e concentração de elementos químicos no solo, permitindo a correlação com as classes de solos formadas, possibilitando inferências acerca das gêneses desses solos. Os objetivos deste trabalho foram caracterizar e interpretar a composição geoquímica total de elementos maiores e menores em classes de solos representativas do Pantanal norte-mato-grossense, na sub-região de Barão de Melgaço, Mato Grosso.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Área de estudo:

O estudo foi realizado em solos do Pantanal de Barão de Melgaço, Mato Grosso, mais precisamente na Reserva Particular do Patrimônio Natural do Serviço Social do Comércio (RPPN SESC Pantanal), situada entre os rios Cuiabá e São Lourenço. A RPPN SESC Pantanal é uma área de 106.644 ha, inserida na sub-região do Pantanal de Barão de Melgaço, entre os paralelos 16º a 17º S e meridianos 56º a 57º W (Beirigo et al., 2010). Constitui a terceira sub-região do Pantanal mato-grossense em extensão, com aproximadamente 13,2 % da área total (Silva & Abdon, 1998). O clima da região é tipo Aw, segundo a classificação de Köppen, de 100 a 150 m de altitude, com precipitação pluvial média anual entre 1.100 e 1.200 mm (com oito meses de déficit hídrico) e temperatura média de 22º a 32 ºC, com temperaturas mais amenas associadas às florestas (em torno de 21 ºC) (Hasenack et al., 2003). O período de inundação no Pantanal norte-mato-grossense é resultante do regime de chuvas locais, que coincide com a estação chuvosa (de outubro a abril); o período de vazante combina com a estação seca (maio a setembro) (Cunha et al., 2006).

O Pantanal mato-grossense pode ser caracterizado como uma grande e complexa planície de coalescência detrítico-aluvial (Ab'Saber, 1988), constituída por rochas pertencentes às Coberturas Detrito-Lateríticas do período Terciário (Neógeno) e pela Formação Pantanal e Aluviões recentes, do período Quaternário (Pinto et al., 2002). Como consequência, o material de origem dos solos é formado por sedimentos arenosos, sílticoarenosos, argiloarenosos e arenoconglomeráticos semiconsolidados a consolidados da Formação Pantanal. Os solos formados, em sua maioria, são influenciados por processos redoximórficos, que alteram o equilíbrio dos elementos no solo e causam decréscimo no potencial eletroquímico (Eh), propiciando a alternância nas condições de redução e oxidação dos óxidos de Fe e Mn (Lima et al., 2005).

Foram selecionados 20 perfis para análise geoquímica dos solos, situados em posições distintas na paisagem (Figura 1), que representam os principais solos do Pantanal norte-mato-grossense: Planossolos (nas cordilheiras), Plintossolos (nas cordilheiras, campos de inundação sazonal, vazantes, planícies fluviais e baías), Cambissolos Flúvicos e Neossolos Flúvicos (nos terraços fluviais do rio São Lourenço e diques marginais do rio Cuiabá); Gleissolos (nas planícies de inundação do rio Cuiabá) e Luvissolos (nos terraços fluviais do rio São Lourenço).

Análises laboratoriais

As concentrações dos elementos químicos na forma de óxidos totais foram determinadas por espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX), em espectrômetro de raios-X por dispersão em energia (Shimadzu EDX-700HS), equipado com tubo de ródio (Rh) e detector de Si (Li), e por rotina de análise semiquantitativa (por parâmetros internos fundamentais), implementada por meio do programa EDX-Software . As medidas foram feitas em vácuo, com tempo de aquisição de 200 s por canal analítico e feixe de 10 mm de diâmetro. Foram quantificados os elementos maiores (Si, Al, Fe, Ca, Mg, K) e os menores ou traço (Mn, P, S, Cu, Zn, Ti, Ni, Cr, Zr, V, Sr, Sn, Y, Rb, Ba) na TFSA dos horizontes superficiais (A) e subsuperficiais (B ou C) dos perfis.

As análises mineralógicas foram realizadas na fração argila dos horizontes subsuperficiais (B ou C) dos solos, em lâminas orientadas montadas após: oxidação da matéria orgânica com peróxido de hidrogênio a quente, até cessar a emissão de CO2; desferrificação das amostras com ditionito de sódio (3 g) + 0,3 mol L-1 de citrato de sódio + bicarbonato de sódio aquecidos a 80 ºC (Jackson, 1979). Após os tratamentos, a fração argila foi separada por peneiramento a 0,053 mm e sifonação após dispersão da argila. A argila obtida foi submetida à saturação com K+ (KCl 1 mol L-1) e aquecimento em mufla a 110 e 550 ºC por 2 h, saturação com Mg2+ (MgCl2 1 mol L-1) e solvatação em etilenoglicol (EG) (Mehra & Jackson, 1960; Moore & Reynolds, 1989). As leituras foram feitas em difratômetro de raios-X com tubo de cobre (Cu) e monocromador de grafite, com energia de irradiação 40 KV e 30 mA, intervalo de varredura de 2º a 45º (2θ). A interpretaηão dos resultados mineralógicos foi realizada por identificação dos espaçamentos interplanares (d), da forma, da largura e da intensidade das reflexões nos difratogramas frente aos tratamentos utilizados, confirmada por tabelas do Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS), disponível em Resende et al. (2005).

Análise estatística

Os resultados geoquímicos foram submetidos à análise estatística descritiva a fim de determinar os valores mínimos e máximos, média, mediana, coeficiente de variação, coeficiente de assimetria e curtose. A hipótese de normalidade dos dados foi verificada pelo teste de Kolmogorov-Smirnov. Para definir a relação entre os elementos estudados, utilizaram-se as correlações de Pearson e a Análise de Componentes Principais (ACP), que permitiram identificar os componentes responsáveis pela variação total dos dados e os grupos de variáveis explicativas dessas variações (Hair et al., 2005). Os fatores principais que respondem pela maior parte da variabilidade de todas as variáveis foram identificados, utilizando-se a matriz de correlação. A análise estatística foi realizada com o auxílio do programa estatístico XLSTAT 2011.1.01 (ADDINSOFT).

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Mineralogia da fração argila

Os solos possuem perfil mineralógico semelhante, constituído basicamente por: caulinita (Ct), mica (ilita) (Mi) e traços de quartzo (Qz), com algumas ocorrências de pequenas quantidades de minerais 2:1 expansivos como a esmectita (Es) (e possivelmente interestratificados mica-vermiculita) e a vermiculita com hidróxi entrecamadas (VHE) (Quadro 1, Figura 2). Essa composição mineralógica deve-se principalmente à natureza sedimentar do material de origem desses solos, formados a partir de sedimentos aluviais oriundos de materiais com diferentes estádios de intemperização, e à sazonalidade climática, que restringe a drenagem em determinada época do ano, dificultando a saída de bases e sílica do sistema, favorecendo a formação de argilominerais 2:1. De modo geral, as condições restritas de drenagem, resultantes das características ambientais e da granulometria fina dos sedimentos originais, condicionaram um processo de intemperismo menos acentuado do que aquele normalmente observado nos solos bem-drenados.

Algumas evidências discutidas por Furquim et al. (2010) sustentam a origem alóctone da caulinita em solos do Pantanal, pois geralmente esses solos são pouco ácidos ou alcalinos, mal-drenados e com saturação por bases alta, condições opostas para a formação desse mineral. A caulinita seria então transportada pelos sistemas fluviais até os solos adjacentes, definindo a origem alóctone da caulinita. Entretanto, essas alternâncias sazonais teriam também favorecido a formação da ilita sob condições de maior evaporação (estações secas). Essa afirmação está de acordo com o campo de estabilidade da caulinita proposto por Dixon (1989), em que ambientes que permitem o estabelecimento de elevada relação [K+]/[H+], o equilíbrio geoquímico é deslocado no sentido da formação de micas em vez da caulinita.

No Pantanal, as condições de drenagem, aliada à baixa permeabilidade do material de origem argiloso, dificultam a lixiviação das bases e da sílica e contribuem para maior atividade de silício e bases no sistema. Essas condições foram favoráveis à manutenção dos minerais 2:1 secundários no solo, uma vez que o próprio material de origem é rico em sílica. Uma fonte de esmectita seria, também, o aporte desse argilomineral por meio dos pulsos de inundação no Pantanal, dando origem às esmectitas detríticas. Entretanto, o fluxo lateral de água parece contribuir para a perda gradativa de sílica, e o resultado foi a menor intensidade das reflexões dos minerais 2:1 secundários nos horizontes e na ausência de reflexão basal (001) nos horizontes dos outros solos.

Geoquímica dos elementos maiores

Os elementos que ocorrem em maior proporção em todos os solos estudados são: silício (SiO2), alumínio (Al2O3), ferro (Fe2O3), potássio (K2O), magnésio (MgO), titânio (TiO2), cálcio (CaO), enxofre (SO3) e fósforo (P2O5) (Quadro 2); esses também são abundantes nos solos de várzea estudados por Prakongkep et al. (2008), bem como por Furquim et al. (2010) nos do Pantanal da Nhecolândia, MS. As concentrações médias de Al, Fe, Ti e Mg dos solos da RPPN são comparáveis a solos com condições ambientais semelhantes (Lee, 2006; Prakongkep et al., 2008; Furquim et al., 2010).

A distribuição dos elementos maiores é controlada principalmente pelo teor relativo de minerais na fração argila dos solos: teores elevados de SiO2, Al2O3 e K2O geralmente estão relacionados com clorita e ilita em abundância, pois o Si, Al e K são mais facilmente retidos na estrutura desses minerais (Setti et al., 2004). Em particular, a ilita é importante carreador de K2O em sedimentos (Wedepohl, 1978); entretanto, Fe2O3 e MgO estão relacionados a solos ricos em esmectita autigênica (Setti et al., 2004). Todos os solos da RPPN possuem caulinita, mica (ilita), traços de esmectita e VHE na fração argila.

Nos solos estudados, à medida que o material de origem é alterado nos horizontes subsuperficiais, ocorreram perdas dos teores de SiO2, CaO e P2O5 nos horizontes inferiores e aumento relativo de Fe2O3, Al2O3 e TiO2, principalmente nos solos de cordilheira (Planossolos e Luvissolos), corroborando Ferreira et al. (2010). A exceção está nos Neossolos Quartzarênicos hidromórficos e alguns Cambissolos Flúvicos, onde a intemperização é mais lenta e o processo de deposição de sedimentos é mais ativo, pois se situam em terraços e planícies fluviais dos rios São Lourenço e Cuiabá e nos diques marginais. Esse comportamento geoquímico observado na maioria dos perfis analisados da RPPN reflete, provavelmente, o processo pedogenético e o grau de evolução dos solos com horizonte B textural (Planossolos, Luvissolos, Plintossolos Argilúvicos), caracterizado por perda moderada de sílica, enriquecimento relativo moderado de Al e Fe e lixiviação de bases.

A contribuição de materiais de fontes externas parece ser o motivo mais provável da ocorrência de SiO2 (e outros elementos móveis) nos horizontes superficiais dos solos em estudo, proveniente das águas de percolação saturadas em SiO2 e também pela presença de sedimentos e minerais silicosos como quartzo. Os teores de Fe2O3 e Al2O3 são maiores nos horizontes B da maioria dos solos, evidenciando uma distribuição geoquímica esperada para elementos pouco móveis.

Os Gleissolos e Luvissolos possuem maiores teores de Al2O3 e Fe2O3, cuja magnitude aumenta com a profundidade do perfil. Com relação ao Fe, sua distribuição nos solos pode estar relacionada à presença de formas mais cristalinas de óxidos de Fe e nódulos de Fe e Mn nos horizontes de subsuperfície e à perda de Fe associada a períodos de redução (comum em ambientes mal-drenados como o Pantanal mato-grossense) nos horizontes superficiais, onde o Fe na forma reduzida torna-se bastante solúvel e passível de ser lixiviado.

Os teores de K2O são maiores que CaO e MgO em todos os solos e aumentam com a profundidade, com maiores valores nos Luvissolos e Cambissolos Flúvicos, de acordo com a mineralogia da fração argila com presença de mica. Os teores de MgO são superiores ao de CaO, como observado por Furquim et al. (2010) em solos do Pantanal de Nhecolândia, MS, possivelmente também relacionados à presença de mica.

Portanto, a distribuição geoquímica dos elementos evidencia que o primeiro grupo de constituintes móveis refere-se ao Mg e Ca, que são rapidamente mobilizados, fixando-se nos horizontes superficiais em razão principalmente da ciclagem vegetal. Segue-se o K, que também é mobilizado e transportado com menor intensidade por causa da sua fixação na estrutura das ilitas que compõem a mineralogia da fração argila dos solos. O Si é mais lentamente transportado e enriquecido nos horizontes superficiais pelo aporte de material sedimentar rico em quartzo. Em seguida, o Al e Fe são os elementos menos móveis, visto que o Al3+ imobiliza-se sob pH 4,5 a 9,5 e o Fe3+ em condições oxidantes, além de estar segregado nos nódulos e mosqueados na maioria dos perfis.

Geoquímica dos elementos-traço

Dos elementos-traço analisados, alguns foram encontrados em todos os solos da RPPN (Mn, Zr e Rb), enquanto outros foram detectados somente em alguns solos (Sr, Y, Cr, V, Ni, Zn) (Quadro 3); elementos raros ocorrem isolados em alguns horizontes de poucos perfis (Sm, Cs, W, Ag, Co, Cu, Sn, Eu) (dados não apresentados). Concentrações abaixo do limite de detecção do método podem estar relacionadas à menor ocorrência desses elementos na natureza aliada às condições ácidas e moderadamente ácidas da maioria dos solos da RPPN. Nessas condições, a mobilidade desses elementos e as perdas por lixiviação podem ser determinantes para os baixos teores no solo, conforme ressaltado por Paye et al. (2010).

Os teores dos elementos-traço encontrados nos solos em estudo são geralmente explicados pelos processos de intemperismo de minerais primários que são herdados da rocha ou transportados de outros locais (Chandrajith et al., 2005). Além da natureza do material de origem, outros fatores como o teor e a composição da fração argila, o teor de matéria orgânica e as condições físico-químicas dos solos podem influenciar a concentração de elementos-traço (Fadigas et al., 2002).

As diferenças encontradas entre os solos estudados podem ser atribuídas, principalmente, ao material de origem e a fatores pedogenéticos, onde alguns elementos são enriquecidos e outros são esgotados ao longo da pedogênese. Além disso, particularmente em solos de áreas úmidas, o enriquecimento dos elementos se dá principalmente pelo processo de sedimentação em razão dos pulsos de inundação a que estão sujeitos, onde materiais heterogêneos são acumulados.

Em prospecções geoquímicas, valores altos de assimetria, curtose e desvio-padrão dos dados indicam a ocorrência de anomalias geoquímicas, e o coeficiente de variação denota o grau de variação dos dados geoquímicos (Licht, 1998). De acordo com esses critérios, a maior variação foi observada para Ca, Mn e P (Quadro 4), indicando que esses elementos se mobilizaram com maior intensidade entre os solos da RPPN, em razão das condições ambientais e das características intrínsecas dos solos. Os elementos considerados residuais (Al, Fe, Ti) e ligados à estrutura cristalina dos filossilicatos (K, Mg) demonstram menor variação. Somente a sílica apresenta menor variação em sua concentração entre os perfis, provavelmente por causa do enriquecimento em quartzo a que os solos estão submetidos, em maior ou menor grau, dependendo da sua localização.

Análise de componentes principais (ACP)

Considerando-se as concentrações médias dos elementos nos perfis dos solos da RPPN, os elementos que melhor definiram as características geoquímicas dos perfis foram: SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O, MgO, TiO2, SO3 (no primeiro componente) e ZrO2 e P2O5 (no segundo componente), todos apresentando carga fatorial superior a 0,7 (Figura 3). Juntos, esses elementos explicaram 75,5 % da variação total dos dados, sendo 58,05 % para o primeiro componente e 17,45 %, para o segundo. Analisando o Componente 1, os elementos Si, Al, Fe, K, Mg, Ti e S explicaram aproximadamente 58 % da variação dos dados; Al, Fe, K, Mg e Ti correlacionaram-se negativamente, ao contrário do Si e S. No Componente 2, foram observadas correlações positivas somente entre o Zr e P.

Com base na ACP (Figura 3), foram definidos três grupos de solos, que integrados à análise granulométrica e mineralógica refletiram tipos geoquímicos diferenciados:

Grupo I - SNo, SXe, RQg, SXe, SXa, FTa, FTd (P09, P19, P21, P04, P13, P14 e P31, respectivamente): formados pela maioria dos Planossolo, Plintossolo e Neossolo Quartzarênico; textura predominante franco-arenosa a arenosa nos horizontes superficiais, menores teores de Fe, Mn e Al; relativamente pobres em bases e elementos-traço; e geoquimicamente semelhantes em relação ao Si e S. Possuem teores relativamente mais altos de SiO2, em razão da predominância de quartzo e caulinita na fração argila;

Grupo II - CYve, CYbe, TCp, TXp e RYve (P37, P06, P16, P28 e P42, respectivamente): formados por Cambissolo Flúvico, Luvissolo e Neossolo Flúvico; são solos eutróficos, ricos em bases e elementos-traço, P2O5, MnO2 e minerais resistentes ao intemperismo (Zr); textura argilosa a franco-siltosa, ricos em matéria orgânica, com geoquímica semelhante com relação ao K, Mn, Mg, Ca, Zr e P; e mineralogia composta de mica (ilita) e caulinita, com traços de esmectitas; e

Grupo III - CYve, GXal, SXd, FFlf e FTe (P34, P38, P43, P26 e P27, respectivamente): formados por Plintossolo Pétrico e Argilúvico eutrófico, Gleissolo, Planossolo distrófico e Cambissolo Flúvico; são solos com textura mais argilosa que dos outros da mesma classe; e geoquimicamente semelhantes quanto aos teores de Fe, Al e Ti (óxidos), considerados elementos residuais nos solos e altamente resistentes ao intemperismo e que fazem parte da estrutura dos óxidos minerais de Fe e Al.

Alguns perfis permaneceram isolados dos grupos (outliers ), como: CYbe (P05), TXp (P30) e GXal (P33), apresentando características geoquímicas particulares, ditadas pelo regime de sedimentação/lixiviação aliado aos processos pedogenéticos atuantes nesses solos.

 

CONCLUSÕES

1. A análise multivariada dos resultados geoquímicos elementares permitiu prever dois tipos geoquímicos de perfis de solos da RPPN, em que o primeiro é composto por solos de textura arenosa a franco-arenosa, com teores relativamente elevados de SiO2 e predominância de caulinita e quartzo, bem como menor teor de bases e elementos-traço; e o segundo, de solos de textura mais argilosa, geoquimicamente heterogêneos e caracterizados pela presença significativa de minerais 2:1 na fração argila, Al2O3, Fe2O3 e MnO2, bases e elementos-traço.

2. Os processos pedológicos desempenham importante papel na determinação da composição química dos solos da RPPN, e não somente os processos deposicionais, embora esses solos estejam sujeitos à inundação sazonal.

 

LITERATURA CITADA

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Recebido para publicação em 20 de fevereiro de 2014 e aprovado em 14 de outubro de 2014

 

 

1 Parte da Tese de Doutorado do primeiro autor apresentada ao programa de Pós-Graduação em Agricultura Tropical - Recursos Naturais, da Universidade Federal de Mato Grosso - UFMT.

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