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Pesquisa Agropecuária Brasileira

Print version ISSN 0100-204X

Pesq. agropec. bras. vol.49 no.10 Brasília Oct. 2014

https://doi.org/10.1590/S0100-204X2014001000009 

Notas Científicas

A adição de xisto retortado aumenta a retenção do carbono de resíduos vegetais no solo

The addition of retorted oil shale increases carbon retention of plant residues in the soil

Ricardo Elso Leão 1  

Sandro José Giacomini 1  

Marciel Redin 1  

Eduardo Lorensi Souza 1  

Carlos Augusto Posser Silveira 2  

(1) Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Ciências Rurais, Departamento de Solos, CEP 97105-900 Santa Maria, RS, Brasil. E-mail: ricardoleao6@yahoo.com.br, sjgiacomini@gmail.com, marcielredin@gmail.com, elorensi@yahoo.com.br

(2) Embrapa Clima Temperado, Rodovia BR 392, Km 78, Caixa Postal 403, CEP 96010-971 Pelotas, RS, Brasil. E-mail: augusto.posser@embrapa.br


RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de curto prazo e o residual de doses de xisto retortado (XR) sobre a retenção do C de resíduos culturais no solo. Foram avaliadas a mineralização e a retenção de C de folhas e talos de soja enriquecidos com 13C, em solo com e sem histórico de aplicação de XR e na presença e na ausência de doses crescentes de XR. Houve efeito de curto prazo do XR sobre a retenção de C no solo. Esse efeito ocorreu somente com a mistura de folhas + 3 Mg ha-1 de XR, em que a retenção de C no solo superou em 21% aquela observada com a aplicação isolada das folhas. O XR apresenta potencial de reter C no solo.

Palavras-Chave: estoque de carbono; fracionamento físico; isótopo 13C; mineralização do C; resíduos culturais.

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate the short-term and the residual effect of retorted oil shale (ROS) rates on the C retention of crop residues in the soil. The mineralization and C retention of soybean leaves and stems enriched with 13C were evaluated, in soil with and without history of ROS application and in the presence and absence of increasing ROS rates. There was a short-term effect of ROS on C retention in the soil. This effect only occurred with the mixture of leaves + 3 Mg ha-1 ROS, in which C retention in the soil surpassed by 21% the one observed with the sole application of leaves. ROS has the potential to retain C in the soil.

Key words: carbon stock; physical fractionation; 13C isotope; C mineralization; crop residues.

O xisto é uma rocha de origem sedimentar da qual é possível extrair diversos produtos, como óleo e gás combustíveis (Pimentel et al., 2006). O Brasil tem a segunda maior reserva mundial e utiliza alta tecnologia - Processo Petrosix, desenvolvido pela Petrobras - para extrair óleo a partir do xisto. Durante esse processo, gera-se um rejeito sólido, denominado xisto retortado, que representa 80 a 90% da matéria-prima de alimentação do processo (Pimentel et al., 2006). Esse rejeito apresenta considerável teor de matéria orgânica (15%) e elevado teor de silício (50%), além de cálcio, magnésio, enxofre e micronutrientes (Pereira & Vitti, 2004; Doumer et al., 2011).

Por suas características, o xisto retortado vem sendo estudado como possível condicionador de solos, para uso na agricultura. Em trabalho recente, Doumer et al. (2011) encontraram menores emissões de CO2 após adição desse rejeito ao solo. Esses autores atribuíram esse efeito às características do xisto retortado, como estrutura lamelar e área superficial específica de 65 m2 g-1 (Pimentel et al., 2006), as quais podem ter provocado a proteção física e química da matéria orgânica do solo (MOS) e a adsorção do C lábil, o que limita a degradação desses compostos orgânicos pela biomassa microbiana do solo. No entanto, essa hipótese deve ser avaliada para melhorar o conhecimento sobre os possíveis efeitos de curto prazo e a aplicação residual do xisto retortado na estabilização de C no solo.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de curto prazo e o residual de doses de xisto retortado sobre a retenção do C de resíduos culturais no solo.

Foram realizados dois experimentos em laboratório. O solo utilizado foi um Argissolo Vermelho distrófico arênico (100 g kg-1 de argila, 10 g kg-1 de C e CTC a pH 7 de 9,1 cmolc dm-3), coletado na camada de 0-5 cm de um experimento instalado em janeiro de 2010. Foi avaliado o efeito da aplicação de doses crescentes de xisto retortado, em sistema plantio direto, sobre as características biológicas indicadoras de qualidade do solo (Doumer et al., 2011). A coleta do solo foi realizada em novembro de 2012, após terem sido realizadas cinco aplicações de xisto retortado nas doses de 0, 1,5 e 3 Mg ha-1. No experimento 1, foi testado o efeito residual da aplicação do xisto retortado, em que os tratamentos foram compostos por amostras de solo de parcelas que receberam 0, 7,5 e 15 Mg ha-1. Já no experimento 2, foi avaliado o efeito de curto prazo da aplicação de xisto retortado, em que os tratamentos foram constituídos com solo somente da parcela sem histórico de aplicação de xisto retortado (0 kg ha-1), que recebeu, no laboratório, três doses de XR equivalentes a 0, 1,5 e 3 Mg ha-1. O xisto retortado aplicado no campo e o utilizado no experimento 2 foram provenientes da Superintendência de Industrialização do Xisto (SIX), da Petrobras, localizada em São Mateus do Sul, PR. Após a coleta do xisto retortado, o material foi moído (<0,3 mm) e armazenado em sacos de ráfia, mantidos secos e protegidos de sol e chuva.

Em ambos os experimentos, os tratamentos foram avaliados na presença e na ausência de folhas e de talos de soja [Glycine max (L.) Merr.] marcados com 13C. Os resíduos foram enriquecidos com 13C, em condições de campo, por meio de aplicações semanais de 13CO2, conforme metodologia descrita em Sangster et al. (2010). Em cada aplicação do 13CO2, as plantas foram cobertas por câmara confeccionada com chapas de acrílico (polimetilmetacrilato), com 100% de transmitância da luz solar, sem proteção UV. O 13CO2 foi gerado com uso de solução de NaH13CO3 (99% de átomos 13C), a qual foi colocada no interior da câmara, dentro de frasco contendo HCl (2 mol L-1), através do septo contido na parte superior da câmara. A concentração de CO2 no interior da câmara foi monitorada com registrador de dados de CO2, umidade e temperatura, modelo SD800 (Extech Instruments Corporation, Nashua, NH, EUA). Sempre que as leituras de CO2 estiveram abaixo de 250 ppm, uma nova solução de NaH13CO3 foi adicionada, tendo-se mantido uma concentração total de CO2, na atmosfera interna da câmara, entre 250 e 450 ppm. Os pulsos de 13CO2 foram aplicados por um período de 1-1,5 hora entre as 10 horas da manhã e as 13 horas da tarde.

Nos resíduos secos e moídos, foram determinados os teores de C e N por combustão seca, e o excesso isotópico em 13C, em espectrômetro de massas, modelo Delta V Advantage (Thermo Fisher Scientific Inc., Bremen, Alemanha). Os talos apresentaram teor de C, N e δ13C de 43,5%, 0,61% (C/N=72) e 61,8‰, respectivamente. Já as folhas apresentaram 41,4% de C, 1,85% de N (C/N=22) e 57,1‰ de δ13C. Os resíduos moídos foram incorporados ao solo isoladamente ou em conjunto com o xisto retortado, em quantidade equivalente a 3 Mg ha-1.

Cada unidade experimental foi montada separadamente em recipientes de acrílico (6 cm de altura e 5,3 cm de diâmetro interno), onde foram colocados 114,4 g de solo úmido (100 g de solo seco a 105ºC), de acordo com Doumer et al. (2011). Utilizou-se o delineamento experimental de blocos inteiramente casualizados com quatro repetições, o que totalizou nove tratamentos em cada incubação. As unidades experimentais foram mantidas em câmara de incubação, em condições aeróbicas, na ausência de luminosidade, a 25oC, e o solo, na umidade de 80% da capacidade de campo.

Nos dois experimentos, as unidades experimentais foram acondicionadas individualmente em frascos de vidro com capacidade de 800 mL. A avaliação da emissão de CO2, durante os 80 dias de incubação, foi realizada sempre nas mesmas unidades experimentais, conforme Doumer et al. (2011). Ao final da incubação, nos tratamentos com uso isolado de talos e folhas e combinados com 3 Mg ha-1 de xisto retortado, foi realizado o fracionamento físico da MOS, de acordo com Cambardella & Elliot (1992). Os teores de C e o excesso isotópico em 13C das frações matéria orgânica particulada (MOP) e matéria orgânica associada aos minerais (MOM) foram determinados em espectrômetro de massa, modelo Delta V Advantage (Thermo Fisher Scientific Inc., Bremen, Alemanha).

A mineralização do C foi calculada tendo-se considerado as quantidades emitidas de C-CO2 em cada tratamento, bem como as quantidades de C adicionadas ao solo pelos talos e pelas folhas de soja, conforme Aita et al. (2006). Nesse cálculo, assume-se que os resíduos culturais de soja não influem na taxa de decomposição da MOS (efeito "priming"). Assim, o valor resultante é chamado de mineralização aparente do C dos resíduos. A fração de C nas frações MOP e MOM proveniente dos talos e das folhas de soja foi calculada a partir da seguinte equação (Liang et al., 2010): fC novo = (δ13C amostra - δ13C controle)/(δ13C adicionado - δ13C controle), em que: δ13C amostra é o 13C medido nas frações MOP e MOM; δ13C controle é o 13C nas frações MOP e MOM do solo sem a adição dos resíduos culturais; e δ13C adicionado é o 13C nos talos e nas folhas. A quantidade de C novo retido em cada fração (MOP e MOM) no solo, ao final da incubação, foi obtida ao se multiplicar o teor de C em cada fração pelo fC novo.

Os resultados foram submetidos à análise de variância, e as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste Tukey, a 5% de probabilidade.

Houve aumento da liberação de CO2 com a adição dos talos e das folhas de soja ao solo, em comparação ao solo sem resíduos (Tabela 1). Os resultados de mineralização aparente do C são indicativos de maior mineralização dos talos do que das folhas (50% vs. 44,6% no experimento 1 e 52,9 vs. 43,4% no experimento 2). No solo com histórico de adição de xisto retortado, a liberação de CO2 e a mineralização aparente do C dos talos e das folhas de soja não foram inferiores àquelas observadas no solo que nunca recebeu o rejeito. Já a aplicação conjunta de talos + 3 Mg ha-1 de xisto retortado no solo sem histórico de adição do rejeito provocou redução na liberação de CO2 e na mineralização aparente do C, quando comparado ao tratamento com talos sem o uso do subproduto. Na literatura consultada, não foram encontrados resultados sobre a emissão de CO2 após a adição de xisto retortado ao solo, na presença de resíduos vegetais. Alguns estudos com biocarvão, que também apresenta estrutura lamelar, porosidade e elevada área superficial, mostraram que a aplicação conjunta de biocarvão e resíduos vegetais ao solo provoca redução na mineralização aparente do C dos resíduos vegetais (Prayogo et al., 2014). Essa redução na mineralização do C causada pelo biocarvão pode estar relacionada à liberação de compostos fenólicos que se ligam e inibem as enzimas degradativas, à sorção de enzimas extracelulares na matriz do biocarvão e à sorção de C solúvel no biocarvão, o que o torna indisponível para a decomposição (Jones et al., 2011). É possível que, no presente trabalho, esses mecanismos também estejam envolvidos na redução da mineralização do C provocada pelo xisto retortado.

Tabela 1.   Liberação de C-CO2 e C mineralizado de folhas e talos de soja (Glycine max) em solo com (Experimento 1) e sem histórico (Experimento 2) de aplicação de xisto retortado(1)

(1) Médias seguidas de letras iguais, nas colunas, não diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

(2) XR, xisto retortado, em que XR 0, XR 1,5, XR 3, XR 7,5 e XR 15 representam as doses de 0, 1,5, 3, 7,5 e 15 Mg ha-1 de XR, respectivamente; FS, folha de soja; TS, talo de soja.

Os teores de C nas frações MOP e MOM não foram alterados pela adição do xisto retortado e dos resíduos culturais de soja (Tabela 2). Entretanto, a adição dos resíduos no solo provocou alteração nos valores de δ13C, o que indicou a incorporação do C presente nos talos e nas folhas de soja nas frações MOP e MOM do solo. No experimento com histórico de aplicação de xisto retortado, não foi observado efeito desse subproduto sobre a retenção do C no solo (Tabela 2). Constatou-se que, no experimento realizado com solo sem histórico de aplicação de xisto retortado, a sua aplicação conjunta com os resíduos promoveu maior retenção de C no solo do que o tratamento composto pelas folhas de soja. Nesse tratamento, a retenção de C no solo superou em 21% (26,1% vs. 31,7%) aquela do tratamento com a aplicação isolada das folhas. Esse aumento da retenção do C no solo esteve relacionado, principalmente, ao aumento do C na fração MOP (12,3% vs. 17,5%). Esses resultados podem explicar, em parte, a menor mineralização do C das folhas, em comparação à dos talos (Tabela 1).

Tabela 2.   Teor de C, δ13C e C retido dos resíduos culturais de soja (Glycine max) presente nas frações matéria orgânica particulada (MOP) e matéria orgânica associada aos minerais (MOM), em solo com (Experimento 1) e sem histórico (Experimento 2) de aplicação de xisto retortado(1).  

(1) Médias seguidas de letras iguais, nas colunas, não diferem pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

(2) XR, xisto retortado, em que XR 0, XR 3 e XR 15 representam as doses de 0, 3 e 15 (cumulativa) Mg ha-1 de XR, respectivamente; FS, folha de soja; TS, talo de soja.

Não houve efeito residual do xisto retortado na redução da mineralização e no aumento da retenção do C de resíduos culturais adicionados ao solo, em condição de laboratório (Tabelas 1 e 2). Possivelmente, o xisto retortado aplicado anteriormente ao solo pode estar complexado aos minerais e à MOS, o que reduz sua reatividade e seu possível poder de estabilização do C recém adicionado ao solo. A reatividade do xisto retortado está ligada à presença, na sua composição, de argilominerais de camada dupla (2:1), como ilita e montmorilonita e grupos funcionais silanoides, hidroxílicos e carboxílicos (Pimentel et al., 2006). Essas propriedades devem favorecer as associações com compostos orgânicos e minerais do solo.

Quando aplicado conjuntamente com os resíduos, o efeito de curto prazo do xisto retortado ocorreu somente sobre a retenção do C das folhas no solo, o que indicou que esse efeito é dependente da fonte de C adicionada ao solo. Esse resultado pode estar em concordância com a hipótese de Cotrufo et al. (2013), de que resíduos com elevada qualidade química apresentam maior potencial para o acúmulo de C no solo. Liang et al. (2010) também verificaram que o biocarvão promoveu a estabilização de C recém adicionado ao solo. Os mecanismos envolvidos no aumento da retenção do C no solo pela adição do xisto retortado não são claros e podem envolver modificações na atividade da população microbiana ou características de superfície do xisto retortado (Liang et al., 2010; Doumer et al., 2011; Jones et al., 2011). Contudo, é importante destacar que os resultados do presente trabalho foram obtidos em laboratório, onde a decomposição dos materiais orgânicos ocorre em condições ótimas de temperatura e umidade. Por isso, é importante intensificar os estudos relativos à avaliação do potencial do xisto retortado em promover o sequestro de C no solo, em condições de campo e em diferentes tipos de solos.

Agradecimentos

À Unidade de Industrialização do Xisto (Petrobras-SIX), à Embrapa Clima Temperado e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (Fapeg), pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS

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Recebido: 27 de Fevereiro de 2014; Aceito: 22 de Setembro de 2014

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