Lixiviação de íons em colunas de solo deformado e indeformado

Ions leaching in deformed and undeformed soil columns

ARTIGOS CIENTÍFICOS

SANEAMENTO E CONTROLE AMBIENTAL

Lixiviação de íons em colunas de solo deformado e indeformado

Ions leaching in deformed and undeformed soil columns

Silvio C. Sampaio^I; Francielle A. Caovilla^II; Miguel A. U. Opazo^III; Lúcia H. P. Nóbrega^IV; Morgana Suszek^V; Adriana Smanhotto^VI

^IPesquisador em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental. UNIOESTE/CASCAVEL/CCET/PGEAGRI/RHESA, Cascavel -PR, Fone: (0XX45) 3220.3262, [e-mail]

^IIDoutoranda em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, UNIOESTE/CASCAVEL/CCET/PGEAGRI/RHESA, Cascavel -PR, Fone: (0XX45) 3220.3262, [e-mail]

^IIIPesquisador em Engenharia de Sistemas Agroindustriais, UNIOESTE/CASCAVEL/CCET/PGEAGRI/ESA, Cascavel -PR, Fone: (0XX45) 3220.3228, [e-mail]

^IVPesquisadora em Engenharia de Sistemas Agroindustriais. UNIOESTE/CASCAVEL/CCET/PGEAGRI/ESA, Cascavel -PR, Fone: (0XX45) 3220.3195, [e-mail]

^VDoutoranda em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, UNIOESTE/CASCAVEL/CCET/PGEAGRI/RHESA, Cascavel -PR, Fone: (0XX45) 3220.3262, [e-mail]

^VIPesquisadora em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, PUC, Toledo -PR, Fone: (0XX45) 3277.8600, [e-mail]

RESUMO

Neste trabalho, foi avaliada a dinâmica da lixiviação de íons em colunas de solo deformado e indeformado. O solo utilizado era proveniente de área fertirrigada com água residuária da suinocultura diluída em 0%, 25%, 50%, 75% e cultivada com soja. Foram construídas curvas de eluição para nitrato, potássio e condutividade elétrica. De acordo com os resultados obtidos nas colunas de solo deformado, e proporcionalmente aos tratamentos, o nitrato apresentou maior mobilidade, seguido pela concentração de sais totais e do potássio. A metodologia de colunas de solo indeformado não se mostrou adequada, devido, possivelmente, à compactação do solo durante a amostragem e à dificuldade no bloqueio de caminhos preferenciais ao longo de toda a coluna.

Palavras-chave: água residuária, meio ambiente, dinâmica de íons.

ABSTRACT

In this work it was evaluated the dynamics of ions leaching in deformed and undeformed soil columns. The used soil proceeded from an area irrigated with swine wastewater in different dilutions (0%, 25%, 50% and 75%) and cultivated with soybean. Breakthrough curves for nitrate, potassium and electric conductivity were constructed. According to the results, in the deformed and undeformed soil columns, the nitrate presented greater mobility, followed by the total salts and the potassium, proportional to the treatments. The methodology of undeformed soil columns was not adequate, possibly due to the compacting during the sampling and the difficulty in the blockade of preferential ways throughout all columns.

Keywords: wastewater, environmental, ions dynamics.

INTRODUÇÃO

A suinocultura representa para o Brasil uma importante atividade econômica, sendo o Estado do Paraná responsável pelo abate de cerca de 5,1 milhões de cabeças de suínos por ano (EMBRAPA, 2006). Entretanto, a preocupação com a poluição ambiental é uma das maiores ameaças à sobrevivência e à expansão da suinocultura nos grandes centros produtores, devido à geração de elevada quantidade de dejetos.

Por se tratar de técnica de disposição que reduz os custos de tratamento e traz benefícios à agricultura, o aproveitamento de águas residuárias da suinocultura na fertirrigação das culturas tem despertado o interesse dos agricultores. Porém, essa água, quando aplicada acima da capacidade de suporte do solo, pode provocar contaminação do solo e das águas subterrâneas através da lixiviação de nutrientes (PELISSARI et al., 2009; ANAMI et al., 2008; DAL BOSCO et al., 2008; ANAMI et al., 2007; BAUMGARNTER et al., 2007; SAMPAIO et al., 2007; FRIGO et al., 2006; CAOVILLA et al., 2005; SUSZEK et al., 2005; GOMES et al., 2004).

Para COSTA et al. (1999), os íons disponibilizados na solução do solo podem ser adsorvidos ao solo, absorvidos pelas plantas ou lixiviados das camadas superficiais do solo. As perdas de nutrientes causadas pelo fenômeno da lixiviação são importantes pelo fato de significar baixas eficiências de utilização de nutrientes pelas culturas e, por consequência, menores rendimentos. Quando lixiviados, os nutrientes incorporam-se ao lençol freático pelo processo de drenagem interna e, assim, são transportados a grandes distâncias, contaminando o lençol freático e também os mananciais de água potável (KONRAD, 2002).

Segundo SANTOS et al. (2002), a lixiviação de íons varia com os atributos físicos do solo, como textura, estrutura, profundidade do perfil e, principalmente, porosidade. Entre os atributos químicos que afetam a lixiviação, estão a capacidade de retenção de íons e o pH.

Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de lixiviação de nitrato, potássio e sais (a partir da condutividade elétrica) em colunas de solo deformado e indeformado, de um Latossolo Vermelho distroférrico típico, provindo de área cultivada com soja e submetida à fertirrigação com água residuária da suinocultura.

MATERIAL E MÉTODOS

A semeadura da soja foi realizada em ambiente protegido em Latossolo Vermelho distroférrico típico (EMBRAPA, 1999). Realizou-se a fertirrigação da cultura, via gotejamento, com água residuária da suinocultura (ARS), durante 60 dias, com lâmina média de 4,28 mm dia^-1 , seguindo metodologia de LONGO et al. (2006). Os tratamentos foram considerados de acordo com a concentração de ARS na água de irrigação, em níveis de 0; 25; 50 e 75%, correspondendo aos tratamentos T1, T2, T3 e T4, respectivamente. Os resultados dos parâmetros físico-químicos determinados na água utilizada em cada tratamento são apresentados na Tabela 1.

Após a colheita da cultura, para cada tratamento, retiraram-se amostras de solo indeformado e deformado. As colunas de solo indeformado foram amostradas conforme BREDA (2003), a partir de um penetrômetro de placa de aço acoplado a um trator, o qual manteve velocidade de penetração de 0,005 m s^-1; foi utilizada parafina fundida para o preenchimento entre as paredes da coluna e o solo, com o intuito de bloquear possíveis caminhos preferenciais.

Para a montagem das colunas de solo deformado, coletaram-se amostras com o auxílio de um trado, tendo como referência as camadas de 0-0,20 m, 0,20-0,40 m e 0,40-0,60 m de profundidade.

As colunas foram montadas considerando-se o perfil do solo retirado e as quantidades isotônicas de solo em todas as colunas (3 kg de solo por coluna).

As colunas eram constituídas de aço inox com 70 mm de diâmetro, permitindo acondicionar 50 cm³ de solo. A extremidade inferior de cada coluna foi revestida com tela de 100 mesh, para evitar perda de solo ou turvamento das amostras do material que seria coletado.

Na Tabela 2, são apresentadas algumas características físicas e hidrodinâmicas dos solos coletados dos tratamentos e condicionados nas colunas de solo deformado e indeformado.

Depois de as colunas serem fixadas verticalmente em uma estrutura de madeira, foram submetidas à aplicação de água destilada, utilizando-se de permeâmetro de carga constante, com 6 cm de carga hidráulica, alimentado por uma garrafa de Mariotte. A quantidade total de água destilada aplicada em cada coluna correspondeu acerca de 4,0 volumes de poros. Foram coletados 100 mL por amostra de percolado, correspondente a aproximadamente 45 amostras de percolado por coluna. Optou-se por determinar quatro a cinco pontos para a construção da curva, visando à transformação linear, haja vista que esses pontos são suficientes para a determinação da reta.

Nas amostras percoladas, determinaram-se os parâmetros nitrato (NO3), potássio (K) (APHA, AWWA, WEF, 1998) e a condutividade elétrica, usando condutivímetro de bancada.

A dinâmica da lixiviação dos íons nas colunas de solo deformado e indeformado, para os quatro tratamentos considerados, foi analisada a partir da construção de curvas de concentração relativa (C/C0) versus o tempo ou o número de volume de poros nos efluentes recolhidos (BEHERA et al., 2003).

Após a obtenção das curvas de distribuição em cada tratamento, para cada parâmetro, com amostras de solo deformado e indeformado, foi realizado o teste de comparação entre as duas curvas com a finalidade de verificar se as mesmas apresentavam o mesmo comportamento. Como as curvas eram exponenciais, fez-se a transformação ln no eixo x, visando a aplicar análises de regressão e testes estatísticos (“T de student”) entre os respectivos coeficientes angular e linear, de modo a verificar diferenças entre as curvas das amostras de solo deformado e indeformado.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Observa-se, na Figura 1, que praticamente todo o nitrato, em todos os tratamentos e para as duas metodologias utilizadas (colunas de solo deformado e indeformado), foi lixiviado em 1,0 volume de poros. Resultados semelhantes foram observados por GOMES (2002), utilizando colunas de solo deformado. Entretanto, o processo de lixiviação somente cessou a partir de 3,0 volumes de poros para os tratamentos T2, T3 e T4, nas colunas de solo deformado, e T1, nas colunas de solo indeformado.

Na Tabela 3, verificam-se os resultados obtidos por meio do teste de comparação das retas para os valores de nitrato lixiviados.

Observa-se, pela Tabela 3, que as amostras deformadas e indeformadas em cada tratamento obtiveram igualdade de variâncias pelo teste F (�²D =�²I) e T1, T3 e T4 apresentaram coeficientes angulares iguais pelo teste T, indicando que as duas retas são paralelas. Porém, foram diferentes quanto ao teste T para coeficiente linear, exceto para o T3. Dessa forma, as retas possuem interceptos diferentes, ou seja, não são coincidentes. Já para T2, nota-se que os resultados apresentaram igualdade, ou seja, as duas retas apresentaram interceptos e inclinações iguais.

De acordo com FEIGIN et al. (1991), o nitrato é facilmente lixiviado e aproximadamente 2,0 volumes de poros de água são suficientes para sua completa remoção do solo, sendo tendência observada apenas no comportamento da coluna deformada. Também ao observar a Figura 1, percebe-se que o comportamento dos dados da coluna deformada indicou coerência com o processo físico de lixiviação, ou seja, mostrou-se contínuo e decaiu mais uniformemente ao longo do teste.

Os dados da coluna indeformada, ao contrário, não seguem a tendência natural desse processo físico, com pontos que extrapolam a continuidade do processo. Fato esse comprovado pelo teste de comparação das retas, indicando que o comportamento de lixiviação do nitrato apresentou diferenças nas metodologias de amostra do solo deformado e indeformado. Esses resultados vão ao encontro dos estudos de ROSSI et al. (2007), que também observaram diferenças no transporte do íon nitrato em colunas de solo deformado e indeformado. Entretanto, os mesmos autores relataram que o preenchimento da coluna com amostra de solo deformado não foi representativo para o parâmetro de transporte do íon nitrato, considerando-se, assim, como situação ideal o solo estruturado.

Analisando-se as concentrações iniciais de nitrato nas águas residuárias (Tabela 1) e sua dinâmica de lixiviação nos tratamentos, percebe-se que esse não foi totalmente aproveitado pela cultura da soja. Portanto, devido a sua facilidade de deslocamento para maiores profundidades no solo (VITTI et al., 1994), podendo atingir lençóis freáticos, o nitrato apresenta-se como potencial poluente de águas subterrâneas. Embora o fósforo não seja o objetivo do trabalho, verificaram-se elevadas concentrações desse parâmetro nos diferentes tratamentos aplicados com águas residuárias, o que poderia provocar eutrofização das águas superficiais (CERETTA et al., 2003).

A lixiviação do potássio sofreu estabilização após 1,0 volume de poros nas colunas de solo deformado nos tratamentos T1, T2 e T3, e após 3,0 volumes de poros no tratamento T4 (Figura 2). Nas colunas de solo indeformado, houve estabilidade da concentração de K após aproximadamente 1,0; 0,4 e 0,5 volume de poros nos tratamentos T1, T3 e T4, respectivamente.

Na Tabela 4, verificam-se os resultados obtidos por meio do teste de comparação das retas para os valores de potássio lixiviados.

Verifica-se que tanto as amostras deformadas como as indeformadas para os tratamentos obtiveram igualdade de variâncias pelo teste F (σ²D =σ²I). Os tratamentos T1, T3 e T4 apresentaram coeficientes angulares diferentes pelo teste T do coeficiente angular, indicando que as duas retas não são paralelas e também foram diferentes quanto ao teste T para o coeficiente linear. Dessa forma, as retas possuem interceptos diferentes, ou seja, não são coincidentes. Entretanto, para T2, nota-se que os resultados apresentaram igualdade, ou seja, as duas retas apresentam interceptos e inclinações iguais.

As inclinações médias obtidas para todas as curvas de lixiviação do potássio são menores que as inclinações médias do nitrato, indicando menor mobilidade do potássio, devido às cargas negativas que retêm esse elemento presente no solo utilizado (ALCARDE et al., 2000). Essa maior capacidade adsortiva já era esperada, uma vez que o solo das colunas contém maiores teores de argila e de matéria orgânica, resultando em menor avanço do potássio no solo. Resultados semelhantes foram encontrados por ALCÂNTARA & CAMARGO (2001) para um Latossolo Vermelho eutroférrico do Estado de São Paulo.

Pode-se, ainda, constatar, por meio do teste de comparação das colunas de solo deformado e indeformado, que existiram diferenças no comportamento do potássio lixiviado, ou seja, houve instabilidade no cátion lixiviado para as duas metodologias.

A lixiviação de sais, representada pela condutividade elétrica (Figura 3), sofreu redução com o aumento do volume de poros em todos os tratamentos e para ambas as metodologias de amostragem de solo (deformado ou indeformado).

Apesar da fácil mobilidade dos sais, observou-se que sua concentração inicial lixiviada foi menor que a concentração da água residuária utilizada (Tabela 2).

De modo geral, o tratamento T4, que utilizou maior concentração de ARS na água de irrigação, apresentou, nos lixiviados, os maiores níveis de concentração de nitrato, potássio e concentração de sais, uma vez que apresentam alta solubilidade e, consequentemente, maior mobilidade, considerando-se as colunas de solo deformado.

Na Tabela 5, verificam-se os resultados obtidos por meio do teste de comparação das retas, para os valores de condutividade elétrica nos lixiviados.

Verifica-se que as variâncias das amostras deformadas e indeformadas de todos os tratamentos foram iguais pelo teste F (σ²_D =σ²_I). Observa-se, ainda, que T1, T2, T3 e T4 apresentaram coeficientes angulares iguais, indicando que as duas retas são paralelas pelo teste T do coeficiente angular e também foram iguais quanto ao teste T para coeficiente linear. Dessa forma, as retas possuem interceptos iguais, ou seja, são coincidentes.

Inicialmente, notam-se, a partir das Figuras 1; 2 e 3, relativas diferenças entre as colunas de solo deformado ou indeformado, principalmente em relação às concentrações iniciais de nitrato, potássio e condutividade elétrica em um mesmo tratamento. No entanto, as análises estatísticas (Tabelas 3; 4 e 5) indicaram que apenas a condutividade elétrica apresentou o mesmo comportamento para as duas metodologias aplicadas, embora, ao observar a Figura 3, nota-se tendência para o comportamento diferenciado entre as metodologias das amostras deformadas e indeformadas.

Teoricamente, as colunas de solo indeformado caracterizam melhor as condições reais de campo, buscando interferir o mínimo possível na estrutura do solo. Entretanto, durante a amostragem, pode ocorrer compactação do solo e, ainda, caso não seja realizado o perfeito isolamento entre a parede interna da coluna e o solo, pode ocorrer o aparecimento de caminhos preferenciais, interferindo nos resultados obtidos (BERTOL et al., 2005). Possivelmente, isso ocorreu na condução do experimento com as colunas de solo indeformado no tratamento T2. Fato esse também observado nas Tabelas 3 e 4, em que somente T2 apresentou comportamento igual nas amostras de solo deformado e indeformado.

CONCLUSÕES

A metodologia de amostragem de colunas de solo indeformado não foi adequada ao estudo da lixiviação de nitrato, potássio e concentração de sais.

Considerando-se os resultados obtidos nas colunas de solo deformado, o nitrato apresentou maior mobilidade no processo de lixiviação, seguido pela concentração de sais e do potássio, proporcionalmente aos níveis de diluição da água residuária de suinocultura nos tratamentos avaliados.

Recebido pelo Conselho Editorial em: 5-6-2008

Aprovado pelo Conselho Editorial em: 12-12-2009

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  14 Maio 2010
• Data do Fascículo
  Fev 2010

Histórico

• Recebido
  05 Jun 2008
• Aceito
  12 Dez 2009