manejo da acidez do solo a curto e a longo prazos1

ENCARTE TÉCNICO
INFORMAÇÕES AGRONÔMICAS Nº 104 – DEZEMBRO/2003
MANEJO DA ACIDEZ DO SOLO
A CURTO E A LONGO PRAZOS1
Keith Helyar2
INTRODUÇÃO
O
Os sistemas vegetais usam, portanto, a energia acumulada através da fotossíntese para contrabalançar a lixiviação
de nutrientes e para criar um pool de nutrientes retidos na
matéria orgânica do solo. A mesma energia, porém, comanda
os ciclos do C e do N orgânicos, que podem ser a fonte da
adição líquida de H+ ao solo se alguns compostos, especialmente
nitratos e ânions orgânicos, são perdidos nas ciclagens.
objetivo a curto prazo do manejo da acidez
do solo é lidar com o pH da superfície do solo
de modo a interromper a acumulação de
quantidades de Al, Mn e H+ capazes de causar significativas
perdas econômicas na produção de plantas ou de animais. A
longo prazo, o assunto é mais amplo. É preciso responder: o
Nos últimos 20 anos vem sendo desenvolvida uma
sistema de manejo está favorecendo o desenvolvimento e a melhor compreensão sobre as fontes do balanço positivo de
manutenção de um solo fértil ou está
H+ aos solos através dos ciclos bioló+
causando a acidificação progressiva do
gicos do C e do N e do ácido carbônico
O balanço positivo de H nos
perfil do solo e a perda da fertilidade?
formado quando CO 2(g) reage com
ecossistemas agrícola e florestal
A redução no pH do solo está
água, conforme as reações CO2 + H2O
origina-se do ácido carbônico em
associada com a perda da alcalinidade
Û H2CO3 Û H+ + HCO3- (HELYAR
ou da capacidade de neutralização de
pH > 6,0 e de ácidos produzidos e PORTER, 1989; VERBURG et al.,
ácidos, perda das reservas de nutrien2003). O balanço de H+ é zero em ciclos
pelos ciclos de C e N a qualquer
tes minerais e menor capacidade de
fechados, mas a acumulação, a depH de solo.
troca de cátions e, conseqüentemente,
pleção ou o transporte para dentro ou
com menor habilidade em reter cátions
para fora de um sistema das formas
arrastados pela lixiviação. Num sistema solo-planta ideal, do elemento participante do ciclo através de reações que conteores alto ou ótimo de nutrientes seriam mantidos em todas somem ou produzem H+ levam ao balanço positivo ou negativo
as profundidades na zona radicular, e o pH em valores nos de H+. Os saldos positivos de H+ resultantes dos ciclos do C,
quais seriam evitados problemas de pH baixo (toxidez de Al, do N e do ácido carbônico-CO2(g) não se acumulam significaMn e H+) ou de pH alto (deficiência de Zn, Cu, B, Fe e P e tivamente no solo (VLAMIS, 1953), porque o H+ é consumido
toxidez de bicarbonato). Em geral, esses problemas são evita- em reações de dissolução de minerais ou é adsorvido na forma
dos com pHCa (pH em uma proporção de 1:5 de solo:solução covalente em sítios CTC dependentes do pH na matéria
0,01 M CaCl2)1 na faixa de 5,0 a 7,0. Além disso, se o nível de orgânica, minerais de argila ou óxidos de ferro, alumínio e
fertilidade é baixo, o sistema ideal deve ter a capacidade de manganês. Esses processos de acidificação (intemperismo
acumular nutrientes que são adicionados por fertilizantes ou ácido) liberam cátions e ânions nutrientes para a solução.
chuvas ou que são mobilizados por intemperismo ácido dos Um sistema eficiente incorpora os íons liberados no ciclo
minerais do solo. Esses nutrientes podem ser armazenados biológico, mas em um sistema ineficiente, os íons podem ser
no pool de nutrientes que participam do ciclo biológico (matéria perdidos por lixiviação, deste modo diminuindo a fertilidade
orgânica, íons trocáveis, minerais fracamente solúveis). A do solo. A relação desses processos de ciclagem com o desenabsorção de nutrientes pelas plantas serve para contra- volvimento de solos férteis e inférteis é tratada com mais
balançar a lixiviação de nutrientes abaixo da zona radicular.
detalhes por Helyar (2001).
Esta medida de pH dá resultado quase idêntico ao utilizado no
Brasil, de 2,5 solo:1 solução CaCl2 0,01M.
1
1
2
A compreensão quantitativa dos ciclos orgânicos do C
e do N, do ciclo do ácido carbônico e dos processos de transporte associados a estes ciclos (como, por exemplo, a lixi-
Palestra apresentada no 4o Simpósio sobre Rotação Soja/Milho no Plantio Direto, em Piracicaba-SP, julho/2003.
Wagga Wagga Agricultural Institute, NSW Agriculture, PMB, Wagga Wagga, NSW, 2650, Austrália. Telefone: 61-2-6938-1854, e-mail:
[email protected]
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1
viação, a absorção e o transporte pelas plantas dos nutrientes
até a superfície do solo) está agora em um estádio que permite
simular o efeito das taxas de adição de ácido e de álcali na
fertilidade do solo ao longo do seu perfil. O presente trabalho
descreve os processos-chave e examina os efeitos de diferentes manejos de solo e de sistemas de produção agrícolas e
florestais sobre o pH e a fertilidade do solo.
CICLO DO NITROGÊNIO
Amonificação
R-NH2 + H+ ® NH4+ + R
(1)
Nitrificação
NH4+ + 2O2 ® NO3- + H2O + 2H+
(2)
Amonificação + Nitrificação
PRINCIPAIS FONTES DE ÁCIDO E REAÇÕES
DE INTEMPERISMO RESPONSÁVEIS POR
CONSUMIR H +
R-NH2 ® NO3- + H2O + R + H+
(3)
Redução do nitrato a proteína e desnitrificação
• Redução de nitrato (plantas e microrganismos)
1. Fontes de H+
As fontes de ácido já foram discutidas em detalhes em
publicações anteriores (HELYAR e PORTER, 1989; VERBURG et al., 2003). Em resumo, a mineralização e a nitrificação de N da matéria orgânica (e também dos fertilizantes
nitrogenados amoniacais) resultam na produção de ácido nítrico
no ciclo do N (Figura 1) e a produção de ácidos orgânicos em
plantas e em microrganismos (como, por exemplo, no ciclo do
ácido tricarboxílico durante o metabolismo dos carboidratos) é
a principal fonte de H+ no ciclo do C orgânico. Também ocorrem
processos alcalinos nesses ciclos (como a redução de nitratos
em plantas, a oxidação microbiana de ânions orgânicos em
solos ou a oxidação de ânions orgânicos pela queima de
matéria orgânica), de tal modo que os ciclos fechados são
neutros com relação à adição de H+. Já a adição líquida
de ácido pode ocorrer se os produtos das reações ácidas forem
removidos (ou acumulados) antes que ocorram as reações
de balanceamento alcalinas. As principais reações, que não
as de simples dissociação-associação, são dadas a seguir:
NO3- + R(COOH) + 4H2 ® NH30 + 3H2O + RCOO- (4)
• Desnitrificação
2NO3 + 2H
-
+
+ 4H2
- 5H2O
- H2O
N2
(5)
CICLO DO CARBONO
Síntese de ácidos orgânicos (ciclo de ácido tricarboxílico):
(CH2O)n + ¾ O2 ® (CH2O)n-1 COOH + ½ H2O
(6)
Oxidação de ânions orgânicos:
CH3(CH2)(x-2)COO- + K+ + (1½ x - 1)O2 ® K+ + OH- +
xCO2(g) + (x - 1)H2O
(7)
sendo x o número de átomos de carbono na molécula do ânion
orgânico.
N = nitrogênio
N-NO3- = N-nitrato
N-NH4+ = N-amônio
M.O. = matéria orgânica
remoção do
produto
(permanente)
adubo
nitrogenado
acidificante
(permanente)
N 2O
+ H2
leguminosas e trevo
fixam N
adubo
nitrogenado
amoniacal
erosão da superfície do
solo contendo M.O.
(permanente)
amônio é oxidado
a N-NO3-
plantas absorvem N-NO3-
nitrificação produz
N-NO3-
mineralização da M.O.
produz N-NH4+
lixiviação de N-NO3(permanente)
Figura 1. Representação dos processos de acidificação do solo. Os processos assinalados como “permanente” significam que a acidificação por
eles causada é permanente.
2
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Dissociação/associação de ácidos orgânicos:
(CH2O)n COOH Û (CH2O)n COO- + H+
(8)
é dissociado significativamente. O aumento de ácido carbônico ocorre pela reação da água com o CO2(g) proveniente do
ar do solo em resposta à redução das concentrações de bicarbonato e carbonato da solução do solo causada pela lixiviação
com água contendo baixo teor de carbonatos (como, por
exemplo, a água de chuva em equilíbrio com CO2(g) atmosférico e com pH normalmente próximo de 6,0). As reações
relevantes são:
Esses processos são quantitativamente relacionados
com a quantidade de C e de N ciclados biologicamente. Assim,
em geral, sua importância como fontes de ácido varia com o
pH do solo similarmente ao efeito do pH do solo sobre a taxa
de crescimento da planta. Esta generalização, no entanto, não
é verdadeira para valores muito baixos de pH onde a taxa de
CO2(g ar do solo) + H2O Û H2CO3
(9)
nitrificação (ciclo do N) cai muito mais rapidamente que a de
desenvolvimento das plantas (ciclo do C), embora os organisAdição líquida de H+
H2CO3 Û HCO3- + H+
proveniente de CO2(g)
mos responsáveis pela nitrificação (BRAMLEY e WHITE,
com pHCa entre 5,5 e 7,4
HCO3- Û CO32- + H+
(10)
1989) e as plantas variem na tolerância a solos ácidos. Além
+
disso, em sistemas agrícolas, as taxas de adição de H são
O equilíbrio entre essas reações depende do pH do
altas quando os ânions dos ácidos adicionados são removidos
do sistema (como, por exemplo, por lixiviação de nitrato ou solo e da pressão parcial do CO2(g) no ar do solo. Além disso,
a última varia bastante, desde CO2(g)
remoção de ânions orgânicos em proatmosférico até mais de 100 vezes a
dutos) ou acumulados no sistema (por
As diferentes reações ácidas de
pressão atmosférica parcial, dependenexemplo, aumentos na matéria orgânica
intemperismo consomem H + em
do principalmente da intensidade da
do solo em pastagens produtivas ou
respiração microbiana mais a respiração
aumentos na biomassa de uma floresta).
diferentes valores de pH
radicular no solo. A remoção de íons
As taxas normais de adição de ácido
dependendo da solubilidade dos
bicarbonato e carbonato por eluviante
através dos ciclos do C e do N estão
minerais
presente
nestes
pHs.
+
-1
-1
relativamente diluído resulta em adição
em torno de 2 a 5 kmol de H ha ano
líquida de H+ ao solo proporcionalmente
(equivalentes a 100 a 250 kg de CaCO3
-1
-1
ha ano ). Em casos extremos, com alto uso de fertilizantes à remoção líquida de íons carbonato. A quantidade de H+
nitrogenados, as taxas de adição de ácido podem atingir adicionada devido à eluviação, de acordo com a variação de
20 kmol de H+ ha-1 ano-1 ou o equivalente a 1.000 kg de pH do solo, é mostrada na Figura 2.
CaCO3 ha-1 ano-1 (HELYAR e PORTER, 1989; HELYAR et
Observe que acima de pHCa 7,4 não há adição de H+.
al., 1990). Convém notar que a acidificação dos solos
Isto ocorre porque acima desse pH presume-se que CaCO3
pelos fertilizantes nitrogenados está relacionada com a
esteja presente, de tal modo que em pHCa > 7,4 as reações 11
proporção do N aplicado que é perdido por lixiviação
e 12 mostradas abaixo se equilibram umas às outras. A eluapós a nitrificação (Tabela 1). Assim, os valores dos
viação estimula tanto a dissolução de CaCO3 como a reação
índices de acidez devem ser revistos para adequá-los
do CO2(g) com a água. O álcali proveniente da dissolução de
aos conhecimentos modernos dos processos de acidifiCaCO3 e da hidratação do íon carbonato equilibra o ácido
cação do solo.
gerado pela dissociação de ácido carbônico. Assim, o equilíbrio
Tabela 1. Índice de acidez de alguns fertilizantes e da FBN em entre CO2(g) do ar do solo e CaCO3 da fase sólida mantém o
função da lixiviação do N-NO3-.
pH constante.
}
kg CaCO3/kg N
Fertilizantes
Sulfato de amônio
Fixação biológica de N
NH3(g), Aqua amônia
Nitrato de amônio
Uréia
Nitratos de Na, Ca e K
DAP
MAP
lixiviação de N-NO3 (%)
CaCO3 Û CO32- + Ca2+
(11)
0
100
CO32- + H2O Û HCO3- + OH-
3,4
0
0
0
0
- 3,4
1,7
3,4
7,6
3,4
3,4
3,4
3,4
0
5,9
7,6
CO2(g) + H2O Û HCO + H
A adição líquida de ácido carbônico ao solo pode ser
significativa entre o pH no qual CaCO3 está saturado (próximo
de pHCa 7,4) e pHCa 5,5, abaixo do qual o ácido carbônico não
3
+
}
As reações se equilibram
acima de pHCa 7,4
(12)
2. Reações de intemperismo ácido
O H+ de qualquer fonte não se acumula significativamente no solo. O H+ adsorvido nas argilas como íon trocável
as altera pela dissolução em espaços de tempo muito curtos
(de segundos a minutos) em argilas Al (VLAMIS, 1953).
Assim, o H+ não se acumula no solo em uma quantidade
significativa. O H+ reage com os minerais do solo ou é
adsorvido na forma covalente em sítios de troca de cátions
dependentes do pH na matéria orgânica do solo, minerais de
argila ou óxidos de alumínio, ferro e manganês. Abaixo são
mostradas reações que ocorrem normalmente.
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(> Fe)
(> Fe)
> Al O K
-
+
(tr)
(> Mn)
+ H Û > Al - OH + K+(sol)
(> Mn)
(18)
+
Outras reações de intemperismo, além daquelas dos minerais de
argilas e carbonatos, também ocorrem
em solos nos quais esses minerais estão presentes. Elas podem ser importantes para tamponar o pH do solo em
valores abaixo do pH no qual os carbonatos se dissolvem e acima do pH
no qual as argilas de aluminossilicatos
secundárias se dissolvem. Exemplos
de minerais que são mais facilmente
intemperizados do que os minerais de
argilas secundárias são:
• a hornblenda:
[Ca 3 Na 2( Mg,Fe) 8 (Al,Fe) 4 Si 14 O 44
(OH)4],
• a augita:
[CaO.2(Mg,Fe)O(Al, Fe)2 O3. 3SiO2]
e
Figura 2. Efeitos do pH e da lixiviação sobre a adição de ácido carbônico em diferentes pressões
parciais de CO 2(g) no ar do solo (— - — = 1 x, = 5 x, = 10 x e = 25 x a pressão
atmosférica CO2(g) de 0,0003 atm) e sobre as taxas de remoção de íons Al + H+ (——) das
camadas do solo comparadas com as taxas de adição de H+ proveniente dos ciclos do C
orgânico e do N orgânico (- - - -) para um sistema de cultura/pasto com 550 mm de
chuva.
(1) Exemplos de intemperismo ácido de minerais
do solo:
· Carbonato de cálcio
CaCO3 + 2H+ Û Ca2+ + CO2(g) + H2O
(13)
· Illita
K0,6Mg0,25Al2,3Si3,5O10(OH)2 + 8H+ + 2H2O Û 0,6K+ +
0,25Mg2+ + 2,3Al3+ + 3,5H4SiO40
(14)
· Caulinita
Al2Si2O5(OH)4 + 6H+ Û 2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O (15)
· Hidróxido de alumínio
Al(OH)3 + 3H+ Û Al3+ + 3H2O
(16)
(2) Adsorção específica de H+ em sítios de CTC
dependentes do pH:
· Matéria orgânica
RCOO-K+(tr) + H+ Û RCOOH + K+(sol)
(17)
· Minerais de argila e arestas dos cristais de óxidos de
alumínio, ferro e manganês
4
• a olivina:
(2FeO.SiO2; 2MgO.SiO2).
Esses e outros minerais mais
básicos ocorrem em maiores concentrações em materiais parentais básicos do que em ácidos (FITZPATRICK,
1980) e são mais solúveis do que os minerais de argilas
secundárias (LINDSAY, 1979; BARMAN et al., 1992).
INTERAÇÕES ENTRE pH, TAXAS DE
ADIÇÃO DE H +, LIXIVIAÇÃO E REAÇÕES
DE INTEMPERIZAÇÃO ÁCIDA
As interações entre lixiviação, taxas de adição de H+,
consumo de H+ nas reações de intemperização ácida e pH
atual do solo determinam o modo como o pH do solo e a
composição do solo mudam ao longo do tempo.
1. O poder tampão do pH
A soma de todas as reações com ganho de H+ resulta
numa curva tampão normal, com assíntotas nos extremos mais
baixos e mais altos e uma inclinação aproximadamente linear
entre as assíntotas, que descreve o tamponamento característico do solo quanto ao pH (MAGDOFF e BARTLETT, 1985).
Esta curva pode ser definida no laboratório. As reações
envolvidas no estabelecimento da curva (Equações 13 a 18)
são razoavelmente bem compreendidas (CONYERS et al.,
2000). A curva geralmente tem uma assíntota em pH baixo,
entre 3,5 e 4,0, no qual os minerais de alumínio tamponam
fortemente o pH do solo (Equações 14 a 16). A assíntota em
pH alto ocorre em pHCa 7,4, no qual o carbonato de cálcio
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tampona o pH fortemente (Equações 11 e 12). Na faixa de
pH entre 3,5 e 7,4 também ocorre a reação de H + com sítios
pH dependentes da CTC (Equações 17 e 18).
As taxas de adição líquida de ácido proveniente dos
ciclos do C e do N neste sistema agrícola têm valor médio de
3 kmol H+ ha-1 ano-1 (Figura 2). Antes de discutir os processos
de lixiviação e de adição de ácido é preciso considerar a
interação entre a dissolução de minerais e a solução lixiviada.
A CTC varia quase linearmente para um dado solo
com a mudança de pH. A tendência linear reflete a dissociação
e a associação de muitos grupos de ácidos fracos na matéria
2. Reestabelecimento do equilíbrio químico duorgânica e nos minerais com valores de pK (o pH no qual
rante e entre fluxos de lixiviação
metade do H está dissociada e metade permanece ligada de
O efeito da lixiviação sobre o intemperismo é afetado
forma covalente) distribuídos ao longo de toda a variação de
pH. As irregularidades na tendência linear têm probabilidade se as concentrações de equilíbrio dos íons são mantidas ou
de representar a dominância de um grupo específico de ácidos não na solução do solo durante a lixiviação. O modelo utiliza
fracos naquele pH, ou a ausência de grupos de ácidos fracos um fator de diluição que leva em consideração a proporção
do volume total de solução do solo que
com valores de pK no pH no qual a
+
linearidade é perturbada. A taxa real
As quantidades de H adicionadas não restabelece completamente o equilíbrio com os minerais do solo e com o
de mudança da CTC com o pH (a incliaos ecossistemas variam
CO2(g) do ar do solo, entre as alíquotas
nação da relação linear) varia entre
principalmente com a taxa de
solos de acordo com a densidade ou a
seqüenciais de lixiviação. A taxa de disconcentração dos sítios de carga delixiviação e o pH do solo (ácido
solução de diferentes minerais durante
pendentes do pH no solo. As principais
o restabelecimento de uma solução
carbônico), com a exportação ou
variáveis com respeito a isso são a masaturada próximo da superfície do miacumulação de ânions orgânicos
téria orgânica do solo, as concentrações
neral depende de fatores tais como:
(ácidos
do
ciclo
do
C
orgânico)
e
de argila e de óxidos de alumínio e ferro
taxa de difusão de íons para fora da
no solo e, conseqüentemente, o número
superfície do mineral, propriedades de
com a quantidade de nitrato
de sítios nos quais as Equações 17 e
adsorção dos íons envolvidos e quanperdida por lixiviação e por erosão
18, respectivamente, operam.
tidade de mineral, sua área de supersuperficial.
fície e a uniformidade de distribuição
A curva tampão de pH é uma
do mineral no solo. O tempo necessário
+
expressão estática do modo como as reações com H variam
para
atingir
o
equilíbrio
em um solo úmido é provavelmente
através da escala de pH. O modo como duas reações que
controlam as assíntotas do pH da curva tampão interagem de dias,+ mais do que de segundos ou de minutos (como ocorre
com a lixiviação em diferentes valores de pH do solo é para H ), mas não de semanas ou de meses (BARMAN et
mostrado na Figura 2. As reações são a dissolução de minerais al., 1992; GRINSVEN et al., 1992).
de aluminossilicato e óxidos de alumínio (Equações 14 a 16)
e a reação de CO2(g) com água para produzir ácido carbônico
e seus produtos de dissociação (Equações 9 e 10). Os dados
são para os 10 cm superficiais de um solo do tipo Kandosol
(ISBELL, 1996; Alfisol na taxonomia norte-americana) em
Wagga Wagga (Austrália), onde a precipitação pluviométrica
anual é de 550 mm, em média, dos quais 210 mm descem
abaixo da camada de 10 cm de profundidade a cada ano.
O modelo utilizado para produzir as curvas (HELYAR,
2002) é aplicado a um sistema de pastagem dominado pela
gramínea perene Phalaris aquatica, o trevo subterrâneo
(Trifolium subterraneum) e o azevém anual (Lolium rigidum).
São mostradas estimativas do total de Al3+ e H+ removidos
da camada do solo pelo eluviante que passa à camada de
10 cm e o total transportado de OH-, HCO3- e CO32-. Esses
cálculos levam em consideração o volume de lixiviado, a
solubilidade de vários minerais e o nível de equilíbrio mantido
entre as superfícies dos minerais e a solução eluviante. A
faixa de pH (3,5 a 7,5) engloba o pH da maioria dos solos
usados para a agricultura e a silvicultura. Acima de pHCa de
cerca de 7,4, o CaCO3 interage com adições de H+ e OH(Equações 11 e 12) para tamponar o pH entre 7,4 e 8,2, dependendo da força iônica da solução, da concentração de Ca2+
na solução e da concentração de CO2(g) no ar do solo.
O tamponamento da concentração de cátions na solução
através da troca de cátions é muito rápido, de tal modo que as
concentrações de equilíbrio serão aproximadas, mas não
alcançadas, em um período de tempo muito curto. Esta taxa
de equilíbrio provavelmente é muito lenta para manter o
equilíbrio entre a maior parte da solução do solo e as superfícies
do mineral durante a lixiviação e, portanto, para um dado fluxo
de lixiviação, a concentração dos íons removidos será maior
na primeira alíquota de solução do solo deslocada do que em
alíquotas subseqüentes. No entanto, se decorrerem alguns
dias antes que ocorra o próximo fluxo de lixiviação, a solução
do solo provavelmente terá restabelecido o equilíbrio com as
superfícies do mineral (desde que haja uma distribuição
razoavelmente homogênea dos minerais no solo), maximizando
deste modo o efeito da lixiviação sobre a taxa de intemperismo
no início do próximo fluxo de lixiviação. Portanto, em áreas
com altas precipitações pluviométricas o fator de diluição é
para ser menor do que nos locais onde os fluxos de lixiviação
são menores e separados por longos períodos sem lixiviação.
Os dados na Figura 2 são para taxa média de 210 mm
de lixiviado por ano em 10 cm, com pressão parcial de CO2(g)
a 5, 10 e 25x as pressões atmosféricas parciais (0,0003 atm),
e presumindo-se que, na média, os produtos dos íons para os
vários equilíbrios na solução lixiviada foram mantidos na
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5
metade das concentrações saturadas (isto é, um fator de
diluição de 0,5). O fator de diluição de 0,5 pode ser muito
pequeno para os cátions trocáveis e o valor para o equilíbrio
de CO2(g) precisa de mais pesquisas. A pressão parcial do
CO2(g) do ar do solo aumenta com a profundidade, inversamente ao que ocorre com a pressão parcial de O2(g), que
diminui (GLINSKI e STEPNIEWSKI, 1984), de tal modo
que é normalmente máxima na base da zona radicular. As
pressões parciais de CO2(g) de 100 vezes o CO2(g) atmosférico
(0,03 atm) foram estabelecidas para o nível inferior da zona
radicular no modelo aqui mostrado. Um gradiente com a
profundidade foi sobreposto à pressão parcial de CO2(g)
máxima que reduziu a concentração a valores relativos de
0,02, 0,25, 0,8 e 1,0 a 1, 15, 50 e > 70 cm de profundidade,
respectivamente.
as adições de ácido à superfície do solo provenientes dos ciclos
do C e do N e do ácido carbônico, além da manutenção de
atividade biológica alta o suficiente para sustentar as taxas de
lixiviação de OH-, HCO3- e CO32- para neutralizar os solos
ácidos em subsuperfície e qualquer adição líquida de ácido nas
camadas mais inferiores do perfil do solo.
4. Lixiviação em pHCa < 5,0
O resultado da dissolução de aluminossilicatos ou de
óxidos de alumínio é alcalino e não ácido, porque é consumido
H+ no processo de dissolução (Equações 14 a 16). Então, se
a dissolução for estimulada somente pela lixiviação dos íons
dissolvidos na superfície dos minerais, o pH subiria para
valores próximos de pHCa 5,0 a 6,0, com baixas taxas de
intemperismo de minerais de alumínio. Já com adição líquida
de H+ proveniente dos ciclos do C e do N orgânicos, o sistema
3. Lixiviação em pHCa > 6,0
se equilibrará em valores de pHCa abaixo de 5,0, onde a taxa
Entre pHCa 6,0 e 7,4 as taxas de adição de ácido de lixiviação dos íons Al mais H+ é igual à taxa de adição de
proveniente dos ciclos do C e do N são
H+ proveniente dos ciclos do C e do N.
da mesma ordem da taxa de adição do
O manejo do pH do perfil do solo
Em muitos casos, as taxas líquiácido carbônico ao solo após a lixiviação
das de adição de ácido proveniente dos
envolve o gerenciamento das
por 210 mm de eluviante pobre em íons
ciclos do C e do N (2 a 5 kmol ha-1
interações
entre
as
taxas
de
adição
carbonato (como, por exemplo, a água
ano-1, Figura 2) são semelhantes às
+
de H , as reações de
de chuva). Neste caso, a perda líquida
taxas de perda dos íons Al mais H+ em
de íons carbonato e de íons hidroxila é
valores de pH próximos de 4,0 e 4,25
intemperismo, pH do solo e os
igual ao H+ adicionado à medida que a
processos de transporte (lixiviação, (isto é, o efeito alcalino do intempesolução do solo se reequilibra com o
rismo dos minerais de alumínio é igual
erosão laminar, absorção e excreção à taxa de adição de H+, como mostrado
CO2(g) do ar do solo (Equações 9 e 10).
Assim, neste intervalo de pH, as taxas
de nutrientes pelas plantas em
na intersecção das curvas na Figura 2).
totais de adição de ácido podem ser altas
Portanto, a dissolução de minerais de
diferentes profundidades).
porque a adição de H+ proveniente do
alumínio tampona as taxas normais de
ciclo do ácido carbônico se acrescenta
adição de ácido proveniente dos ciclos
ao H+ obtido a partir dos ciclos do C e do N orgânicos.
do C e do N neste intervalo de pH. Os dados obtidos através
Observe que a taxa de adição do ácido carbônico é de um experimento de longa duração com rotação de culturas
altamente afetada pela concentração de CO2(g) no ar do solo no solo do tipo Kandosol utilizado na Figura 3 propiciam um
e, conseqüentemente, com a respiração microbiana e radicu- bom exemplo de tal processo de equilíbrio.
lar do solo. Uma segunda característica a ser observada é
Neste experimento, os diferentes tratamentos de rotaque, embora a perda de OH-, HCO3- e CO32- da camada ção foram caracterizados por diferentes taxas de adição de
superficial deixe esta camada mais ácida, a adição desses ácido. Estas diferentes taxas resultaram de diferentes produíons à camada abaixo representa um acréscimo alcalino. tividades das plantas, diferentes condições de teores de N no
Portanto, a concentração de CO2(g) no ar do solo também solo e de fornecimento de N (fixação de N por leguminosas
determina a taxa na qual o álcali é transportado no lixiviado ou fertilizante nitrogenado) e diferentes proporções entre culpara a camada de solo imediatamente abaixo. Conseqüen- turas ou pastagens leguminosas e culturas não-leguminosas.
temente, esses íons são importantes contribuintes neste As taxas de acidificação semelhantes em todos os tratamentos
intervalo de pH para melhorar a acidez subsuperficial dos ao longo dos 10 primeiros anos parecem ter ocorrido devido
solos. Assim, fica claro que o pH e o CO2(g) afetam as taxas ao efeito dominante da adição de ácido proveniente do ciclo
de transporte dos efeitos de álcali e de ácido para as camadas do N orgânico. O local inicialmente apresentava alto teor de
inferiores.
N (0,15%), com uma história anterior de 17 anos de pastaA mensagem prática é que a manutenção do pH gem de trevo subterrâneo consorciado com gramínea anual
em valor igual ou acima de 6,0 e a manutenção de um (HEENAN et al., 1994).
alto nível de atividade biológica na superfície do solo
A mensagem prática é que espécies tolerantes
são necessárias para melhorar, aos poucos, os subsolos podem ser usadas para obter produtividades próximas
ácidos (isto é, alcançar o transporte de álcali para as dos limites do potencial de produtividade impostos por
camadas inferiores de cerca de 2 a 3 kmol OH- ha-1 ano-1, fatores não manejáveis como clima e profundidade do
equivalente a 100-150 kg CaCO3 ha-1 ano-1). Isto envolve solo. Porém, a lixiviação líquida de íons Al e H + em
o uso de calcário, ou de corretivos equivalentes, para neutralizar profundidade no perfil do solo leva à adição líquida de
6
ENCARTE DO INFORMAÇÕES AGRONÔMICAS Nº 104 – DEZEMBRO/2003
A mensagem prática é
que deve ser aplicada calagem
suficiente para neutralizar a
adição de ácido à zona radicular
proveniente dos ciclos do C e
do N, de tal modo que o pH do
perfil do solo permaneça entre
5,0 e 6,0. Este intervalo de pH
é ótimo tanto para permitir o
cultivo de uma ampla gama de
espécies de plantas quanto para
minimizar a intemperização líquida dos minerais do solo.
Figura 3. pH da camada de 0-10 cm de um solo do tipo Kandosol com quatro tratamentos [— trigo
contínuo, cultivo convencional, queima dos restos culturais, fertilizante nitrogenado 0
( ) ou 100 kg N ha-1 ano-1 ( ); - - - ( ) trigo/trevo pastejado, cultivo convencional; ( ) trigo/
lupinus, cultivo convencional, queima dos restos culturais] (HEENAN et al., 1994).
ácido às camadas mais profundas do solo se elas estavam inicialmente em um pH mais alto do que o da superfície do solo (reverso das Equações 14 a 16). Portanto, a
utilização da combinação de tolerância da planta ao Al
da solução, para manter a produção da planta, e a dissolução de aluminossilicatos e óxidos de alumínio, para
manter o pH do solo, resulta em acidificação do subsolo
a longo prazo.
Um atributo positivo da tolerância ao Al é que ela
permite grandes e rentáveis taxas de crescimento da planta
em perfis de solo com camadas altamente ácidas em subsuperfície durante o período necessário para o transporte
líquido de OH-, HCO3- e CO32- provenientes das camadas
superficiais que receberam calagem para neutralizar a acidez
em subsuperfície e no subsolo. Para sistemas de produção
nos quais o custo da calagem proíbe seu uso, devem ser feitos
todos os esforços para reduzir a adição líquida de ácido proveniente dos ciclos do C e do N orgânicos, de tal modo que a
taxa de transporte de ácido ao longo do perfil seja minimizada.
5. Lixiviação entre pHCa 5,0 e 6,0
As taxas de lixiviação de íons Al e H+ e de íons OH-,
HCO3 e CO32- são muito baixas neste intervalo de pHCa entre
5,0 e 6,0 (Figura 2); portanto, tanto a dissolução de aluminossilicatos e de óxidos de alumínio como a adição de ácido
carbônico são pequenas. É um intervalo de pH caracterizado
por uma baixa taxa de intemperismo. Nestes valores de pH
as concentrações de Al em solução não afetam o crescimento
das plantas, mesmo as altamente sensíveis à toxidez de alumínio. O intemperismo ou a dissolução de aluminossilicatos e
de óxidos de alumínio neste intervalo de pHCa são conduzidos
por adições líquidas de H+ através da ciclagem biológica de
C e de N; portanto, a dissolução líquida desses minerais pode
ser praticamente interrompida pela aplicação de calagem
suficiente para reduzir as adições líquidas de H+ a zero.
-
6. pH e adição de ácidos
através da ciclagem biológica
do C e do N
Os ecossistemas naturais são caracterizados pelo uso
eficiente do N, com restrita lixiviação de nitrato e mínima adição líquida de ácido no
ciclo do N orgânico (supondo que o N seja adicionado
aos sistemas naturais pela fixação biológica de N2(g)).
Os sistemas naturais são também caracterizados pela
remoção limitada de matéria orgânica contendo ânions
orgânicos, de modo que a adição de ácido relacionada
com ela é mínima. Portanto, em sistemas naturais, a principal
fonte de adição de ácido proveniente da ciclagem orgânica
de C e de N está relacionada com a acumulação de ânions
orgânicos na biomassa, na matéria orgânica do solo e na
serapilheira. Uma vez que esses pools tenham atingido o ponto
de equilíbrio (steady-state) em um dado ecossistema, a adição
de ácido proveniente da ciclagem orgânica do C e do N fica
então limitada a valores pequenos, proporcionais à perda de
ânions orgânicos e de nitrato do sistema. Os sistemas naturais, portanto, usam ácidos provenientes dos ciclos do C e
do N para acumular um pool de nutrientes que são ciclados
no sistema biológico (entre a biomassa e a matéria orgânica
do solo), minimizando as adições posteriores de ácido. Da
maior ou menor capacidade de reciclar nutrientes resultará
na formação de subsolo ácido ou alcalino, respectivamente,
nos ecossistemas naturais com muito pouca ou nenhuma
adição de ácido (Figuras 4 e 5).
Nos ecossistemas agrícolas, porém, ocorrem taxas mais elevadas de adição de ácidos provenientes
dos ciclos do C e do N orgânicos devido às maiores de
perdas de nitrato por lixiviação e por erosão laminar e
de remoção de ânions orgânicos em produtos e restos
de produtos (Tabela 2). As taxas normais de adição em
sistemas agrícolas, como mencionado anteriormente,
são de 2 a 5 kmol de H+ ha-1 ano-1, equivalentes a 100 a
250 kg de CaCO3 ha-1 ano-1. Em situações extremas, já
chegaram a ser medidas taxas de até 20 kmol ha-1 ano-1,
equivalentes a 1.000 kg de CaCO3 ha-1 ano-1, associadas com
altas taxas de fertilizantes nitrogenados, especialmente fertilizantes amoniacais (Equação 2) (HELYAR et al., 1990).
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7
Tabela 2. Necessidade de calcário para neutralização da acidez
causada pela remoção do produto colhido (SLATTERY et
al., 1991).
Produto
Necessidade de calcário
(kg ton-1 de M.S. de produto)
Milho e trigo
Soja
Silagem de milho
Feno de capim
Feno de trevo
Feno de alfafa
Carne
A taxa de adição de
ácido proveniente dos ciclos do
C e do N é afetada pelo pH
através do efeito deste sobre
as taxas de nitrificação e sobre
a produtividade da planta, absorção de nitrato e quantidade
de ânions orgânicos removida
nos produtos e restos de produtos. Em geral, tanto as taxas
de nitrificação (BRAMLEY e
WHITE, 1989) quanto as taxas de crescimento da planta
(SUMNER, 2001) são restritas
à medida que o pH cai abaixo
de 5,0 e as concentrações de
H+, Al e Mn na solução do solo
tornam-se tóxicas (Figura 6).
Em valores de pH
maiores que 7,5, o crescimento
da planta e os processos microbianos também são freqüentemente inibidos (ROBSON e ABBOTT, 1989). No
entanto, tanto as plantas como
os microrganismos desenvolveram espécies e cepas que
toleram extremos de acidez e
alcalinidade, havendo, portanto, um amplo intervalo de pH
(4,5 a 7,5) no qual podem
ocorrer altas taxas de crescimento de plantas e de processos microbiológicos, tal
como a nitrificação. Espécies
e cepas tolerantes substituem
organismos menos tolerantes
à medida que os extremos do
intervalo de pH são alcançados. Desse modo, uma curva
8
9
20
40
25
40
70
17
conceitual, baseada na adição líquida de 3 kmol de H+ ha-1
ano-1 na variação ótima de pH, está incluída na Figura 2 para
ilustrar o modo como a adição líquida de ácido proveniente
dos ciclos do C e do N normalmente variam com o pH. A
taxa de 3 kmol de H+ ha-1 ano-1 é equivalente à remoção de
2,5, 30 ou 7,5 t ha-1 ano-1, respectivamente de feno de alfafa,
grãos de trigo ou grãos de lupinus contendo ânions orgânicos
em concentrações de cerca de 1.500, 100 e 400 mmol de
ânions orgânicos kg-1, respectivamente (PIERRE e BANWART, 1973; SLATTERY et al., 1991). Por outro lado, a
taxa de adição de ácido de 3 kmol H+ ha-1 ano-1 é equivalente
à perda do sistema por lixiviação de 42 kg de N na forma de
nitrato ha-1 ano-1.
Vegetação de Eucalyptus
com baixa capacidade de
reciclar nutrientes e álcalis
Camada
superficial
Adição
ácida
líquida
Lixiviação
Pastagens ou árvores com
alta capacidade de reciclar
nutrientes e álcalis
LIXIVIAÇÃO
• restaura o balanço
• agrava o problema
Adição
alcalina
líquida
Lixiviação
RESULTADO
Subsolo
Adição
alcalina
líquida
• Solo solódico, com
superfície ácida e
subsolo muito argiloso
Adição
ácida
líquida
• Solo bem estruturado
e sem camada ácida
superficial
Figura 4. Efeito do tipo de vegetação no desenvolvimento da acidez no perfil do solo, em ecossistemas
naturais.
Figura 5. As florestas de eucalipto seriam responsáveis pela ocorrência geral de solos de camada dupla
na Austrália com excesso de adição ácida à superfície e excesso de alcalinidade no subsolo?
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Figura 6. Limites da tolerância da planta ao alumínio.
MANEJO DO pH DO PERFIL DO SOLO EM
SISTEMAS AGRÍCOLAS E FLORESTAIS
Na natureza, as plantas usam energia fornecida pela
fixação de C através da fotossíntese para acumular um pool
de nutrientes que são ciclados entre as plantas e os microrganismos, a matéria orgânica do solo, os nutrientes em formas
inorgânicas rapidamente disponíveis (íons em solução ou
adsorvidos em formas rapidamente trocáveis na matéria
orgânica ou na superfície dos minerais do solo) e os nutrientes
em formas minerais que podem se dissolver rápido o suficiente
(minerais fracamente solúveis) para participar significativamente no ciclo biológico.
Os ácidos produzidos nos ciclos do C e do N, como já
observado, são usados durante períodos de acumulação de
biomassa, matéria orgânica do solo e serapilheira, para
mobilizar nutrientes provenientes dos minerais para incorporação no pool de nutrientes envolvidos no ciclo biológico.
Portanto, as fontes de ácido adicionais ao ácido carbônico
são usadas parcimoniosamente pela natureza para acumular
um pool de nutrientes disponíveis que é proporcional à
capacidade do ecossistema de acumular biomassa e matéria
orgânica no solo (controlada principalmente pela disponibilidade de umidade, temperatura e luz). Uma vez acidificado a
valores de pHCa entre 5,0 e 6,0, os acréscimos inevitáveis de
ácido através da adição de ácido carbônico durante a lixiviação
são baixos e os minerais mais instáveis já terão sido perdidos
por intemperismo. A intemperização posterior provocada pela
lixiviação é lenta, pois os minerais restantes são muito fracamente solúveis neste intervalo de pH (Figura 2). Além disso,
se ocorrer uma incomum adição de ácido (como, por exemplo,
após uma perda excepcional de nitrato por lixiviação), o pH
do solo tenderá a se reverter para o intervalo de pH entre 5,0
e 6,0, pois a lixiviação remove os produtos de dissolução de
aluminossilicatos e óxidos, fazendo com que as Equações 14
a 16 ocorram para a direita, consumindo H+ no processo.
Assim, em ecossistemas naturais, as camadas de solo com baixas adições de ácidos
provenientes dos ciclos do C e do N e uma
taxa positiva de lixiviação, apresentam uma
tendência de que o pH “centralize-se” no
intervalo entre 5,0 e 6,0 ao longo do tempo.
Isto ocorre porque a lixiviação dos ânions
do ácido carbônico reduz o pH se este estiver acima de 6,0, e a dissolução de minerais
de alumínio, para restabelecer o equilíbrio
após a lixiviação, aumenta o pH se este está
abaixo de 5,0.
Se a taxa de lixiviação for bastante
baixa para que ocorra acumulação líquida
de OH-, HCO3- e CO32- em uma camada, o
pH aumentará devido à remoção dos gases
(volatilização de CO2(g) através da ocorrência das Equações 9 e 10 para a esquerda).
Se o produto de solubilidade de CaCO3 for
atingido, este composto precipitará (Equação 11). Daí a relação
entre profundidade das camadas secundárias de carbonato
nos solos e precipitação anual (ARKLEY, 1963), com formação de carbonatos na camada onde há acumulação de íons
alcalinos (OH-, HCO3- e CO32-), à medida que a lixiviação se
aproxima de zero.
Os sistemas florestais e agrícolas diferem dos
ecossistemas naturais principalmente porque ocorrem
mais oportunidades para a remoção dos produtos (Tabela 2) e lixiviação de nitrato. As perdas de nutrientes
e de alcalinidade podem ser particularmente grandes,
refletindo a adição de ácido através dos ciclos do C e
do N. Com a adição contínua de ácido proveniente dessas fontes, valores de pH estáveis (steady state) abaixo
de 5,0 serão estabelecidos, refletindo o balanço entre
os processos de dissolução mineral e adição de ácido.
O modelo delineado por Helyar (2002) distribui os efeitos
dos processos alcalinos e ácidos através do perfil do solo. Ele
usa entradas tais como crescimento da planta e teor de
nutriente, remoção de produto, retorno nos resíduos, perda de
nitrato por lixiviação e erosão laminar e adição de N ao sistema
na forma de fertilizantes e através da fixação de N2(g) por
leguminosas. As reações ácidas e alcalinas nos ciclos do C e
do N orgânicos, a absorção de cátions e ânions e a excreção
de H+ e OH- e seus equivalentes (como, por exemplo, HCO3-)
são levados em consideração. A lixiviação de íons para as
camadas inferiores do perfil do solo e o sistema de reações
CO2(g)/H2CO3/CaCO3 também estão no modelo. O modelo
permite prever as conseqüências a longo e a curto prazos das
diferentes práticas de manejo no pH do perfil do solo.
De forma ideal, o objetivo é manter o pH Ca de
todo o perfil acima de 5,0, de modo que nenhuma
camada na zona radicular seja suficientemente ácida
para reduzir o crescimento das raízes. O modelo foi aplicado em sistemas agrícolas estudados em detalhes. Ele produz
resultados que apresentam padrão semelhante aos padrões
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9
medidos, mas que podem ser deslocados no espaço ou no
tempo. Por exemplo, um dado sistema de manejo pode
produzir uma camada de ácido no perfil, a 25 cm, no modelo,
mas de fato a 15 cm. Esses efeitos refletem a simplicidade
das funções usadas (como, por exemplo, todos os processos
são distribuídos no modelo usando funções exponenciais
simples; RUSSEL e MOORE, 1968) e a dificuldade de especificar sua distribuição média real em um dado ecossistema.
No entanto, são expressões válidas dos efeitos das diferenças
em manejos dos ecossistemas. As aplicações do modelo a
ecossistemas específicos mostram que o pH do perfil do solo
é sensível ao manejo. Os principais efeitos realçados até o
momento são descritos a seguir.
1. Adições líquidas de ácido proveniente dos
ciclos do C e do N causam solos ácidos em profundidade
Quando o pH do solo estiver abaixo de 5,5, a adição de
ácido carbônico é desprezível; então, a adição líquida de ácido
proveniente dos ciclos do C e do N orgânicos é a principal
fonte de ácido. Com isto presume-se que a adição de ácido
proveniente do ciclo do enxofre também é desprezível, uma
presunção que não é válida em alguns sistemas (como, por
exemplo, locais do solo com sulfato ácido ou onde S elementar
é usado como fertilizante).
O modelo mostra que ecossistemas agrícolas e florestais com remoção significativa de ânions orgânicos nos
produtos, adição de fertilizantes com base de amônio (NH4)
ou perda de nitrato por lixiviação ou erosão laminar eventualmente desenvolverão perfis altamente ácidos em profundidades.
A taxa na qual a acidez se desenvolve depende
da taxa de adição de H+, da capacidade tampão de pH
do solo e da taxa de lixiviação. Os primeiros 1 cm a 2 cm
superficiais geralmente recebem adição líquida de álcali
proveniente da dominância da oxidação de resíduos de
plantas. Porém, as camadas de solo logo abaixo, até
cerca de 30 cm, geralmente recebem adição líquida de
ácido devido à dominância dos processos ácidos (da
nitrificação, da volatilização de NH3(g) a partir de NH4+
e excreção de H+ pelas raízes) sobre os processos alcalinos nesta zona. O efeito da adição contínua de excesso de
ácido nesta zona resulta no decréscimo de pH em direção ao
equilíbrio na intersecção das curvas para ácido adicionado
proveniente dos ciclos do C e do N com a taxa de lixiviação
de íons Al + H+ (Figura 2). As demais adições de ácido são
transportadas para as camadas inferiores através da lixiviação
dos íons Al e H+.
A mensagem prática é que a formação de perfis
de solo ácidos em profundidade em sistemas agrícolas
pode ser interrompida pela aplicação de calcário, ou
outros corretivos, para neutralizar as adições de ácido.
O uso de espécies tolerantes a alumínio ao invés do
calcário aumenta a acidificação do perfil, e a perda de
nutrientes (provenientes da maior intemperização) e
reduz as opções de diversificação. A tolerância é empre10
gada em ecossistemas naturais para lidar com um fator de
estresse existente. Em sistemas agrícolas, nos quais os lucros da aplicação de calagem são positivos, o calcário pode
ser aplicado para evitar a acidificação do solo e preservar a
fertilidade do solo, a produtividade e a diversificação de
opções. Em tais sistemas, o papel da tolerância é sustentar
altas produções durante o longo período necessário para
melhorar a acidez subsuperficial através da manutenção do
pHCa na camada arável no intervalo entre 5,0 e 6,0.
2. Taxas mínimas de intemperização ocorrem no
intervalo de pHCa entre 5,0 e 6,0
Neste intervalo de pH, as concentrações de íons (Al +
H ), ácido silícico (H4SiO4) e (OH- + HCO-3 + CO3-2) em
solução estão nas faixas de 10-5,2 a -4,5, 10-3,5 a -3,3 e 10-5,1 a -4,0
molar, respectivamente. Assim, o transporte desses íons por
100 mm de eluviante ano-1 está nas faixas de 0,030 a 0,007,
0,50 a 0,32 e 0,008 a 0,104 (kmol + ou – ha -1 ano -1 ),
respectivamente para pH entre 5,0 e 6,0. Para o ácido silícico,
essas taxas de lixiviação são cerca de um décimo, e para os
íons ácidos e alcalinos são duas ordens de magnitude mais
baixas que as das taxas de adição de ácido a sistemas
agrícolas dos ciclos do C e do N. As taxas de lixiviação do
ácido silícico são baseadas em solos contendo minerais de
argila de três camadas. Em solos com dominância de
caulinita-óxido de alumínio, as concentrações de ácido silícico
são cerca de 10 vezes mais baixas novamente. O balanço
de Si no solo também é afetado pelas taxas de retorno de Si
à superfície do solo nos resíduos de planta. No sistema de
pastagem estudado em experimentos de calagem em Wagga
Wagga (Austrália), as taxas de retorno de Si à superfície
em resíduos de planta são iguais ou pouco maiores que a
taxa de lixiviação a 10 cm.
Esses números realçam o valor da manutenção do
pHCa do solo neste intervalo de 5,0 a 6,0 para minimizar as taxas de intemperização causadas por lixiviação.
+
3. Lixiviação de nitrato dentro da zona radicular
leva ao desenvolvimento de camadas ácidas em subsuperfície
Mesmo onde há pouca ou nenhuma adição líquida de
ácido, a lixiviação de nitrato dentro da zona radicular pode
levar ao desenvolvimento de uma camada ácida localizada
entre 5 cm e 30 cm de profundidade, porque o efeito ácido da
nitrificação nos primeiros 10-15 cm superficiais é separado
dos efeitos alcalinos da desnitrificação e da absorção de nitrato
na zona radicular mais abaixo (efeito alcalino da absorção de
nitrato pelas raízes em que um excesso de absorção de ânions
leva à excreção de OH- ou HCO3- pelas raízes).
Na prática, esse balanço de processos significa que a
quantidade de calcário necessária para interromper o desenvolvimento de uma camada em subsuperfície com pHCa < 5,0
é maior do que a quantidade de ácido adicionada a partir dos
ciclos do C e do N. A Tabela 3 mostra os resultados de um
modelo utilizando três padrões diferentes de absorção de
nitrato pelas plantas: a) absorção de nitrato pelas plantas em
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Tabela 3. Simulação de equilíbrio de pH do perfil do solo para área pastejada de grama perene com trevo forrageiro com 650 mm de
precipitação pluviométrica anual presumindo-se diferentes quantidades de lixiviação de nitrato abaixo da zona de nitrificação
antes da absorção de nitrato pelas plantas.
Perfil de absorção de nitrato
a. Mesma da nitrificação
b. Mais profunda do que
o sistema radicular*
0
5 (5)
0,1
71
83
120-150
89 (179)
229 (225)
15-25 (70-90)
70
92
120-150
7,3
7,1
6,9
6,3
5,0
7,4 (7,4)
5,0 (7,1)
6,9 (5,0)
6,8 (5,4)
6,8 (6,0)
7,3
7,0
6,9
6,2
5,0
Nitrato lixiviado abaixo da zona radicular (kg ha-1)
Ácido adicionado proveniente dos ciclos do C e do N orgânicos
e do CO2(g) (kg CaCO3 equivalentes ha-1 ano-1)
Calcário necessário para pH mínimo de 5,0 (kg ha-1 ano-1)
Profundidade na qual ocorre pH mínimo (cm)
pH
0-10 cm
15-25 cm
70-90 cm
90-120 cm
120-150 cm
c. Metade entre a. e b.
* Os números entre parênteses são para pastagem de alfafa com resíduos altos em ânions orgânicos (150 cmol kg-1) devolvidos para a superfície comparada
com a mistura de grama perene/trevo forrageiro com 60 cmol kg-1.
profundidade igual a da nitrificação; b) a absorção de nitrato
se estendendo em profundidade maior do que o sistema
radicular, resultando em alguma lixiviação abaixo do sistema
radicular; e c) a absorção de nitrato ocorrendo em profundidades de cerca da metade entre esses dois extremos anteriores.
A primeira característica dos resultados é que o ponto
de pH mais baixo no perfil do solo sobe da parte inferior da
zona radicular (120-150 cm) para a camada a 25-35 cm, à
medida que a profundidade de lixiviação de nitrato aumenta.
A segunda é que a maior lixiviação de nitrato aumenta tanto
a quantidade de ácido adicionada através dos ciclos de C e
de N como também a quantidade de calcário necessária
para prevenir que se desenvolva uma camada com pH < 5,0
(Tabela 3).
Por último, a absorção de nitrato pelas plantas na zona
de nitrificação, ou não muito abaixo dela (colunas 2 e 4 da
Tabela 3), produz um perfil de pH do solo com o valor mais
baixo de pH, na base da zona radicular. Isto pode ser vantajoso,
especialmente para espécies que são capazes de tolerar
toxicidades de Al e Mn, porque esta é a zona mais próxima
do material parental e, portanto, é uma zona na qual os
nutrientes podem ser mobilizados para incorporação no ciclo
biológico de modo a aumentar a fertilidade do solo ou repor
perdas de nutrientes.
4. A capacidade da planta de contrabalançar a
lixiviação dos nutrientes afeta o perfil do pH
As plantas que retornam para a superfície do solo
resíduos com baixos teores de ânions orgânicos e cátions
associados têm capacidade proporcionalmente mais baixa de
contrabalançar a lixiviação de nutrientes e álcalis em
profundidade no perfil do solo. O efeito pode ser visto nos
números entre parênteses na coluna 3 da Tabela 3 para a
pastagem de alfafa com 150 cmol kg-1 de ânions orgânicos
kg-1 de resíduos, com os valores adjacentes para a pastagem
de grama perene com trevo forrageiro com 60 cmol kg -1 de
ânions orgânicos kg-1 de resíduos de pastagem.
A alfafa, planta com capacidade relativamente alta de
contrabalançar a lixiviação, tem o pH mais baixo no perfil do
solo em profundidade maior que a da mistura grama perene/
trevo forrageiro para a quase mesma necessidade de calcário
para atingir um pH mínimo de 5,0. A taxa absoluta de adição
de ácido proveniente dos ciclos do C e do N é maior para o
sistema da alfafa devido às maiores taxas de remoção de
ânions orgânicos nos resíduos dos produtos (remoção de
esterco dos locais de abrigo de animais).
CONCLUSÕES
O manejo do perfil de pH do solo para interromper o
desenvolvimento de acidez em qualquer camada dentro da
zona radicular das plantas requer a compreensão dos efeitos
dos ácidos e dos álcalis e sua distribuição no tempo e no
espaço. Algumas diretrizes principais de manejo que integram
esses processos são:
• Plantas que absorvem altas concentrações de cátions
não-N em relação aos ânions e, portanto, contêm altas
concentrações de ânions orgânicos, têm maior capacidade
de contrabalançar a lixiviação de cátions e alcalinidade, deste
modo reduzindo a acidificação dos solos superficiais;
• As taxas de intemperização devido à lixiviação são
minimizadas no intervalo de pHCa entre 5,0 e 6,0; portanto,
este é um intervalo de pH desejável para a sustentabilidade
da fertilidade do solo a longo prazo;
• Os ecossistemas agrícolas e florestais são caracterizados por remoção de produtos e, em níveis variados, pela
lixiviação de nitrato. Esses processos significam que é necessária a aplicação de compostos alcalinos (calcário) para
equilibrar a adição líquida de H+ proveniente dos ciclos do C
e do N;
• São necessárias quantidades de calcário que excedam o balanço de H+ em alguns sistemas para interromper o
desenvolvimento de uma camada de solo com pH < 5,0 em
ENCARTE DO INFORMAÇÕES AGRONÔMICAS Nº 104 – DEZEMBRO/2003
11
profundidade. Esses sistemas normalmente são aqueles nos
quais ocorre a lixiviação de nitrato abaixo da zona de nitrificação antes da absorção, e/ou sistemas dominados por plantas
com capacidade limitada de retornar cátions e alcalinidade
para a superfície do solo;
• Taxas significativas de adição de H+ aos solos
proveniente da dissociação de ácido carbônico ocorrem em
pHCa > 6,0. A lixiviação do solo com água de chuva causa
intemperização ácida dos minerais do solo que se dissolvem
neste intervalo de pH, mesmo que a adição de H+ proveniente
dos ciclos do C e do N orgânicos não seja significativa.
Por último, mas não menos importante, é preciso que
as tabelas com os índices de acidez dos fertilizantes sejam
revistas para adequá-las ao conhecimento moderno dos
processos de acidificação no manejo da fertilidade do solo.
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ENCARTE DO INFORMAÇÕES AGRONÔMICAS Nº 104 – DEZEMBRO/2003