Caracterização de plintitas e petroplintitas em solos da depressão central do Rio Grande do Sul

Plintites and petroplintites characterization in soils from central depression of the Rio Grande do Sul state, Brazil

ARTIGOS CIENTÍFICOS

CIÊNCIA DO SOLO

Caracterização de plintitas e petroplintitas em solos da depressão central do Rio Grande do Sul

Plintites and petroplintites characterization in soils from central depression of the Rio Grande do Sul state, Brazil

Pablo Miguel^{I, 1}; Ricardo Simão Diniz Dalmolin^II; Fabrício de Araújo Pedron^II; Jessé Rodrigo Fink^III; Jean Michel Moura-Bueno^I

^IPrograma de Pós-graduação em Ciência do Solo, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), 97105-900, Santa Maria RS, Brasil. E-mail: [e-mail]

^IIDepartamento de Solos, UFSM, RS, Brasil

^IIIDepartamento de Solos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), RS, Brasil

RESUMO

A presença, composição e distribuição de concreções ferruginosas no solo, denominadas de plintitas e petroplintitas, é condicionada às características ambientais da região, atribuindo propriedades intrínsecas ao solo. O objetivo do estudo foi caracterizar plintitas e petroplintitas de solos da Depressão Central do Rio Grande do Sul através da avaliação de características químicas e mineralógicas dessas feições. Para tanto, procedeu-se à caracterização química, morfológica e granulométrica de três perfis de solo. As concreções ferruginosas presentes em alguns horizontes foram separadas da matriz do solo e submetidas, separadamente, a sucessivos procedimentos de extrações seletivas de Fe e Al. Os horizontes dos solos apresentaram ampla variação de textura e atributos químicos como pH, S, V, m e Matéria Orgânica. Os teores de Feh, Fed e Feo seguiram a tendência: matriz do solo<plintitas<petroplintitas. Dentre os óxidos de Fe, verificou-se predomínio do mineral hematita em todas as amostras avaliadas.

Palavras-chave: argissolos, plintossolos, plintização, pedogênese, mineralogia.

ABSTRACT

The presence, composition and distribution of ferruginous concretions in the soil, called plinthite and petroplinthites, are conditioned to the environmental characteristics of the region, attributing intrinsic properties to the soil. The objective of this study was to understand the composition of plinthite and petroplinthites, of soils at the Central Depression of Rio Grande do Sul state, Brazil, by the evaluation of chemical and mineralogical characteristics of these features. For this, chemical, morphological and particle size characterization of three soil profiles, was performed. The ferruginous concretions present in some horizons were separated from the soil matrix and submitted, separately to successive procedures for selective extraction of Fe and Al. The horizons of the soils showed a wide variation of textures and chemical attributes such as pH, S, V, m and MO. The levels of Feh, Feo and Fed followed the trend of the soil matrix <plinthite <petroplinthites. Among the oxides of Fe, there was higher incidence of hematite mineral in all samples.

Key words: ultisols, plintosols, plintization, pedogenesis, mineralogy.

INTRODUÇÃO

A plintita é uma formação constituída da mistura de argila, pobre em C orgânico e rica em Fe, ou Fe e Al, com quartzo e outros materiais. A petroplintita é uma concreção resultante do endurecimento irreversível da plintita (EMBRAPA, 2006). Solos com presença dessas feições possuem uma gênese particular e ocorrem em grandes extensões no Brasil (ANJOS et al., 1995), sendo a sua variabilidade relacionada à hidrologia, litologia, clima e aspectos geomórficos (STOLT et al., 1993).

Segundo ANJOS et al. (2007), a gênese desses materiais ferruginosos está relacionada com a segregação, mobilização, transporte e concentração do ferro no perfil do solo, ocorrendo no terço inferior de vertentes e em planícies aluviais, associadas a períodos de elevada umidade. Na região da Depressão Central do Rio Grande do Sul (RS), plintitas e petroplintitas ocorrem associados à Plintossolos, Argissolos e Planossolos, principalmente, ocupando posições de transição entre várzeas e o início das coxilhas (STRECK et al., 2008), podendo caracterizar horizontes plíntico, concrecionário ou litoplíntico, conforme EMBRAPA (2006).

A concentração dos materiais ferruginosos pode condicionar a aptidão agrícola do solo devido à formação de camadas semipermeáveis que dificultam a penetração de raízes, movimentação vertical de água no perfil e, em alguns casos, impedimentos à mecanização. Dessa forma, o conhecimento da dinâmica de disposição, formação e evolução dessas feições pode beneficiar o manejo adequado dos solos e contribuir para o entendimento da sua gênese.

O objetivo do estudo foi caracterizar plintitas e petroplintitas de solos da Depressão Central do Rio Grande do Sul através da avaliação de características químicas e mineralógicas dessas feições.

MATERIAL E MÉTODOS

Foram selecionadas três áreas representativas da Depressão Central do RS, no município de Santa Maria, onde ocorre a presença de plintitas e petroplintitas no solo, sendo descritos três perfis de solo (P1-29°43'S/53°43'W, P2-29°43'S/53°44'W, P3-29°43'S/53°42'W), conforme SANTOS et al. (2005), e classificados segundo EMBRAPA (2006). A geologia presente é a Formação Santa Maria, constituída por siltitos argilosos maciços, de cor vermelha, com níveis esbranquiçados de concreções calcárias, sub­horizontais de ambiente continental (SARTORI, 2009).

O regime pluvial anual médio é de 1708mm, com temperatura média anual de 19,2°C (MALUF, 2000). Os três perfis se encontram em condição de terço médio de encosta com altitude de 100m e imperfeitamente drenados. O P1 apresenta uso atual com lavoura anual de grãos e o P2 e P3 campo nativo. Foram coletadas amostras de solos de cada horizonte dos perfis selecionados e do material de origem. As amostras que apresentaram plintitas ou petroplintitas foram submetidas à separação manual realizada com o auxílio de artefatos pontiagudos de polietileno, com o solo ainda úmido. Após a separação dos materiais ferruginosos da matriz do solo, todas as amostras foram secas ao ar, peneiradas (malha 2mm) e moídas em almofariz para posterior análise.

Os teores de Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ foram determinados segundo metodologia preconizada por EMBRAPA (1997). A partir dos dados analíticos, foram calculadas a soma de bases (S), capacidade de troca de cátions (CTC_{pH 7,0}), saturação por bases (V) e saturação por alumínio (m). A determinação de carbono orgânico no solo foi realizada via combustão úmida, pelo método Mébius modificado (NELSON & SOMMERS, 1996). Para determinação dos teores de ferro (Fe_d) e alumínio (Al_d) dos óxidos pedogênicos, foram realizadas duas extrações sequenciais com ditionito-citrato-bicarbonato de sódio a 80°C (MEHRA & JACKSON, 1960). O teor de ferro (Fe_o) e alumínio (Al_o) oriundos de minerais de baixa cristalinidade foi obtido pela extração em solução ácida (pH 3,0) de oxalato de amônio no escuro (SCHWERTMANN, 1964). O teor de Fe (Fe_h), considerado o teor total da fração argila, foi extraído por HCl 6mol L^-1 (DICK et al., 1988). A concentração de Fe e Al dos extratos foi quantificada em espectrofotômetro de absorção atômica.

Amostras da fração terra fina e de plintitas e petroplintitas de cada horizonte foram moídas e passadas em peneira de malha 0,05mm para difração de raios X em pó. O equipamento utilizado foi um difratômetro de raios X operando com ânodo de cobre (Cu Kα 0,154nm) e filtro de níquel, velocidade de varredura de 1,2° 2θmin-1, faixa de varredura de 3° a 45° 2θ, com tensão de aceleração de 40kV e corrente de 40mA.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O relevo dos locais de estudo é semelhante, variando de plano a suave ondulado com solos derivados de rochas sedimentares da Formação Santa Maria. A classe textural dos solos, principalmente dos horizontes mais superficiais, é predominantemente arenosa, variando de franca a franco-arenosa (Tabela 1). Devido aos processos de eluviação e iluviação (FANNING & FANNING, 1989), ocorre gradiente textural nos perfis em estudo, com acúmulo de argila no horizonte subsuperficial.

O P3 apresenta grande quantidade de material ferruginoso consolidado na forma de petroplintita, o que não ocorre nos perfis P1 e P2. Isso pode ser atribuído a um rebaixamento do lençol freático, condicionando melhor drenagem ao ambiente, que é confirmado pela presença de matiz mais avermelhado (2,5YR) em relação aos demais perfis, a partir de 128cm da superfície (Tabela 1).

Em relação aos dados da tabela 1, observa-se que, nos horizontes A e AB do P1, tem-se ausência de Al trocável e valores de pH maiores que os demais perfis. Isso também reflete nos maiores valores saturação por bases na camada de 0-45cm, possivelmente, devido à correção da acidez promovida pelo manejo da pastagem plantada. Já no P2 e P3, verifica-se uma situação típica de campo nativo, com acidez pronunciada, valores mais elevados de Al trocável e saturação por Al e baixa saturação por bases. A CTC_pH7, normalmente é relacionada com o teor de matéria orgânica (MO), teor e tipo de argila. No P2, a presença de argila de atividade alta conferiu valores altos de CTC_pH7, que variaram de 26,6 a 62,5cmol_c kg^-1. Já nos demais perfis, possivelmente, a CTC tem maior relação com a interação entre teor de MO e de argila, do que com o tipo de minerais presentes nesta fração. Horizontes que têm presença de materiais ferruginosos (ANJOS et al., 2007) sofreram processo de ferrólise (ANDRADE et al., 1997) ou estão sujeitos à redução sazonal em períodos chuvosos (COELHO & VIDAL-TORRADO, 2003), geralmente apresentam teor de Al trocável superior a 4cmol_c kg^-1, associado à saturação por Al acima de 50% e saturação por bases inferior a 50%. No entanto, embora a maioria dos horizontes associados a plintitas e/ou petroplintitas neste estudo apresentem Al trocável superior a 4cmol_c kg^-1, somente o horizonte BC do P1 apresentou saturação por Al acima de 50% e saturação por bases inferior a 50%.

As concentrações de Fe (em todos os métodos de extração) no material de origem apresentam variações, apesar do material de origem desses solos ser o mesmo. Isso pode ser um indicativo de maior disponibilidade de Fe na solução do solo após o intemperismo e consequentemente formação de petroplitintas com maior concentração desse elemento no P1 (Tabela 2). Já para o P3, em que as concentrações de Fe nas petroplintitas são elevadas e o material de origem apresenta baixos valores, o rebaixamento do lençol freático e consequente drenagem fizeram com que o Fe migrasse do perfil, ora sendo perdido do sistema, ora sendo remobilizado na forma de concreções ferruginosas ou petroplintita, explicando os altos teores de Fe nas petroplintitas concomitante com os baixos teores no material de origem.

Os maiores teores de Fe foram extraídos com HCl (Fe_h). As amostras de petroplintitas apresentaram teores superiores, comparado com as demais. Os valores de Fe_h variam de 7,2 a 353,8g kg^-1 (Tabela 2). Em todos os perfis, os valores aumentam em profundidade, sendo os valores mais elevados observados nas petroplintitas do horizonte BC e C do P1, semelhante ao encontrado por COELHO & VIDAL-TORRADO (2003).

Os três perfis de solo possuem um acréscimo dos teores de Fed em profundidade, revelando que a maior parte do Fe está na forma de óxidos de Fe pedogênicos. Nos horizontes em que não houve separação dos materiais ferruginosos, o maior teor de Fe_d foi encontrado no horizonte BC do P2 (25,0g kg^-1) e o menor valor no horizonte Ec do P3 (5,5g kg^-1). Este último, por ser um horizonte em que os processos de perdas são intensos, associados à translocação e acumulação de materiais ricos em ferro em horizontes mais profundos ou ainda neste mesmo horizonte, a concentração de Fe ocorre na forma de petroplintitas. Nas amostras que sofreram separação, o maior conteúdo de Fe_d foi encontrado nas petroplintitas do horizonte C do perfil P1 (108,0g kg^-1). Em solos na Amazônia Ocidental, LIMA et al. (2006) também verificaram maiores teores de Fe_d em Argissolos do que em Plintossolos e, comumente, os teores de Fe_d nas petroplintitas são maiores (COELHO & VIDAL-TORRADO, 2003) do que nas demais amostras ou horizontes, principalmente em se tratando de amostras de Argissolos.

Os menores valores de Fe_d nos três perfis estudados são observados na matriz de solo, principalmente nos horizontes superficiais. Isso está relacionado à textura mais arenosa e ao maior conteúdo de matéria orgânica (SCHWERTMANN & TAYLOR, 1989) nos horizontes superficiais que facilitam a perda do ferro e podem inibir a cristalização dos óxidos de ferro (LOVLEY, 1995), favorecendo, assim, a formação de compostos de baixa cristalinidade (SILVA NETO et al., 2008; ANJOS et al., 2007; DICK et al., 2005). O caso do P3 com os menores teores de Fe_d e de matéria orgânica em relação ao P1 e P2, é um exemplo da ação conjunta da textura e matéria orgânica na translocação de coloides para a subsuperfície e inibição da cristalização dos óxidos de Fe, respectivamente.

Os valores mais altos da concentração de Feo foram encontrados nos horizontes A e AB (2g kg^-1) do P1 e no horizonte A (2,3g kg^-1) do P2 devido ao maior conteúdo de matéria orgânica nesses horizontes, que favorece a formação de óxidos de Fe de baixa cristalinidade. Já nas plintitas, o valor mais alto se encontra no horizonte B2-N (3,7g kg^-1) do P2. De acordo com COELHO & VIDAL-TORRADO (2003), o aumento de óxidos de ferro de baixa cristalinidade (Fe_o) nas plintitas é proveniente da mobilização recente e deposição de Fe durante a formação das plintitas e que não tiveram tempo ou condições bioclimáticas favoráveis para a formação e cristalização de óxidos de Fe (Fe_d). Por outro lado, nas petroplintitas, os maiores valores são observados nos horizontes Ec-P (1,6g kg^-1), Bc1-P (1,5g kg^-1) do P3 e BC-P (1,8g kg^-1), C-P (1,7g kg^-1) do P1. Conforme COELHO & VIDAL-TORRADO (2003), altos valores de Fe nas formas de baixa cristalinidade (Fe_o) presentes em petroplintitas podem ser entendidos como um novo ciclo de formação de óxidos de ferro. Os autores acreditam que formas de Fe cristalinas (hematita e goethita) que se encontram no interior das petroplintitas podem ser dissolvidas e formar uma nova geração de óxidos de Fe de baixa cristalinidade, como, por exemplo, a ferrihidrita. Ainda ocorre a redução de Fe⁺³ para Fe²⁺ que pode percolar e acumular-se nos poros dos saprolitos e rochas (SCHWERTMANN & KÄMPF, 1983) pela mobilidade que possuem no solo (BLUME & SCHWERTMANN, 1969).

Os maiores teores de Al_d encontram-se nos horizontes AB do P1 (6,8g kg^-1) e BA do P2 (6,7g kg^-1). Os teores de Al_d podem ser considerados altos se comparados com os valores encontrados por LIMA et al. (2006), já que os teores variaram de 3,4 a 5,5g kg^-1 para um Argissolo. Altos valores de Al_d podem sugerir dissoluções de materiais aluminossilicatados de pequeno tamanho (FONTES & WEED, 1991), além da presença de óxidos de Fe com substituição isomórfica por Al (CORREA et al., 2008). Para o Al_o os maiores teores são encontrados nos horizontes B1 (1,9g kg^-1) e C-N (2,0g kg^-1) do P1. Observa-se que, no material de origem do P2, o teor de Al_o é maior que o de Al_d, isso pode estar relacionado com o maior conteúdo de minerais aluminossilicatados de baixa cristalinidade (principalmente caulinita), tal como sugerido por McKEAGUE & DAY (1966) e verificado nos difratogramas de raios X (Figura 1).

A relação Fe_o/Fe_d variou de 0,01 a 0,13, indicando o predomínio de óxidos de Fe cristalinos (INDA & KÄMPF, 2003), o que é confirmado pelos difratogramas de raios X (Figura 1). Os maiores valores da relação Fe_o/Fe_d são observados nos horizontes em que não há presença de plintita e petroplintita, ou seja, na matriz do solo. HUANG et al. (2008) encontram valores de Fe_o/Fe_d mais elevados nas concreções, porém, os solos estudados por esses autores são da região subtropical da China e que apresentam altos teores de Fe_o, contrapondo-se aos deste estudo.

A matriz do solo apresentou composição mineralógica distinta das amostras de plintita e petroplintita analisadas por difratometria de raios X (Figura 1). Na matriz do solo de ambos os perfis, foram identificados reflexos intensos de caulinita e quartzo e reflexos de menor intensidade de esmectita e hematita, único óxido de Fe identificado. Nos difratogramas de raios X das plintitas do P1 (horizonte BC), os reflexos da hematita foram mais intensos que os da matriz do solo. Tais reflexos ainda aumentam a intensidade nas petroplintitas dos dois perfis, enquanto que os reflexos referentes à caulinita praticamente desaparecem. O maior teor de Fe_d e a predominância de óxidos de Fe cristalinos (Fe_o/Fe_d) nas petroplintitas no Bc2 (P3) em relação à matriz do solo foi o que proporcionou os reflexos intensos referentes à hematita. Já no P1, a relação entre óxidos de Fe cristalinos e de baixa cristalinidade é semelhante para todas as amostras analisadas, sendo os reflexos afetados somente pelo teor de Fed.

CONCLUSÃO

Os horizontes dos solos apresentaram ampla variação de texturas e atributos químicos como pH, S, V, m e MO, nos quais essas variações estão associadas, principalmente, à ação antrópica. Processos de iluviação de compostos de ferro, dissoluções de materiais aluminossilicatados, dissolução de Fe_d no interior das petroplintitas, indicam ser os principais processos pedogenéticos atuantes nos perfis, influenciando sobremaneira na morfologia, nos atributos químicos e mineralógicos das plintitas, petroplintitas e dos horizontes dos perfis. As concentrações de Fe_h, Fe_d e Fe_o seguiram a tendência: matriz do solo<plintitas<petroplintitas. A relação Fe_o/Fe_d evidencia a predominância de óxidos Fe cristalinos nos perfis estudados. Dentre os óxidos de Fe, verificou-se predomínio do tipo hematita em todas as amostras avaliadas.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo suporte financeiro e pela bolsa de produtividade em pesquisa do segundo autor.

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Recebido 17.11.11

Aprovado 03.10.12

Devolvido pelo autor 22.04.13

CR-6352

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Autor para correspondência.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  21 Maio 2013
• Data do Fascículo
  Jun 2013