série estudos e documentos sed - 72

SÉRIE ESTUDOS E DOCUMENTOS
SED - 72
Pó-de-Rocha como Fertilizante Alternativo para Sistemas
de Produção Sustentáveis em Solos Tropicais
Ricardo Melamed
José Carlos Gaspar
Norbert Miekeley
VERSÃO PROVISÓRIA
Presidência da República
LUIZ INÁCIO LULA DA SILVA
JOSÉ ALENCAR GOMES DA SILVA
Vice-Presidente
Ministério da Ciência e Tecnologia
SÉRGIO REZENDE
Ministro da Ciência e Tecnologia
LUÍS MANUEL REBELO FERNANDES
Secretário Executivo
AVÍLIO FRANCO
Secretário de Coordenação das Unidades de Pesquisa
CETEM – Centro de Tecnologia Mineral
ADÃO BENVINDO DA LUZ
Diretor do CETEM
RONALDO LUIZ CORREA DOS SANTOS
Coordenador de Processos Metalúrgicos e Ambientais
ZULEICA CARMEN CASTILHOS
Coordenadora de Planejamento, Acompanhamento e Avaliação
JOÃO ALVES SAMPAIO
Coordenador de Processos Minerais
ANTÔNIO RODRIGUES DE CAMPOS
Coordenador de Apoio à Micro e Pequena Empresa
ARNALDO ALCOVER NETO
Coordenador de Análises Minerais
JOSÉ PESSANHA
Coordenador de Administração
Série Estudos e Documentos
SED-72
ISSN 0103-6319
Pó-de-Rocha como Fertilizante Alternativo para Sistemas de Produção Sustentáveis em Solos
Tropicais
Ricardo Melamed
Centro de Tecnologia Mineral/Ministério da Ciência e Tecnologia
José Carlos Gaspar
IG/UNB - Instituto de Geociências/Universidade de Brasília
Norbert Miekeley
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro
ISBN 85-7227-
CETEM/MCT
2007
Série Estudos e Documentos
Carlos César Peiter
Editor
Zuleica Castilhos
Subeditora
Conselho Editorial
Francisco E. de Vries Lapido-Loureiro (CETEM), Francisco R. C. Fernandes (CETEM), Gilson
Ezequiel Ferreira (CETEM), Alfredo Ruy Barbosa (consultor), Gilberto Dias Calaes (ConDet), José
Mário Coelho (CPRM), Rupen Adamian (UFRJ), Saul Barisnik Susick (UNICAMP).
A Série Estudos e Documentos publica trabalhos que busquem divulgar estudos econômicos, sociais,
jurídicos e de gestão e planejamento em C&T, envolvendo aspectos tecnológicos e/ou científicos
relacionados à área mínero-metalúrgica.
O conteúdo deste trabalho é de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es).
Jackson de Figueiredo Neto COORDENAÇÃO EDITORIAL
Ana Sofia Mariz EDITORAÇÃO ELETRÔNICA
2
Sumário
Resumo
04
Abstract
05
1. Introdução
1.1. Aspectos econômicos
1.2. Aspectos fisiológicos dos macro-nutrientes
1.3. Mecanismos de absorção de nutrientes
1.4. Aspectos físico-químicos
1.5. Pó-de-rocha como fertilizante alternativo
06
06
07
08
09
10
2. Fontes de acidez dos solos e necessidades de calagem
12
3. Mecanismos físico-químicos do sistema rocha-solo-planta
14
4. Bio-geoquímica de elementos tóxicos
20
5. Agradecimentos
22
6. Bibliografia
23
3
Resumo
O Brasil é um dos maiores importadores mundiais de fertilizantes e o 4o maior consumidor.
Ainda assim, o consumo de fertilizantes no país ainda é muito baixo, se comparado ao consumo em
países desenvolvidos e também em alguns países em desenvolvimento. As perspectivas de um
crescimento da demanda por fertilizantes é grande, especialmente num cenário atual de incentivo ao
cultivo de oleaginosas para produção de bio-combustível.
A elevada demanda da agricultura brasileira por fertilizantes, a qual não consegue ser atendida
pela indústria nacional, poderia ser adicionalmente suprida pela utilização de pó-de-rocha, que é um
produto obtido a partir do beneficiamento simples de matérias-primas de ampla distribuição
geográfica, diminuindo-se os gastos com importação e ampliando as alternativas para o mercado
consumidor. A utilização de Pó de Rocha vem sendo pesquisada para avaliação do potencial
agronômico no suprimento de potássio em várias regiões do Brasil.
Nesse capítulo são abordados mecanismos fisiológicos e de absorção de nutrientes, assim como
mecanismos físico-químicos do sistema rocha-solo-planta. O foco desse capítulo foi a utilização de
carbonatito que tem uma aplicação interessante em solos tropicais pois essa rocha é formada por mais
de 50% de carbonatos, o que lhe atribui uma composição mineralógica próxima aos calcários e
mármores usados como corretivos de acidez destes tipos de solo. Adicionalmente, os carbonatitos
apresentam significativas vantagens em relação aos calcários, quais sejam, além do cálcio e magnésio
(presentes na calcita e dolomita), os carbonatitos freqüentemente contêm altos teores de potássio
(presente na flogopita e biotita), de fósforo (presente na apatita) e de micronutrientes.
Apesar desses atributos, os carbonatitos também contêm elevados teores de elementos terras
raras, e outros elementos tóxicos presentes tanto em minerais específicos (monazita, bastnaesita e
sinchisita), como na estrutura da apatita. Quanto aos elementos terras raras, existe uma certa polêmica,
sendo considerados por alguns como deletérios, e por outro lado, têm sido utilizados na agricultura
chinesa para aumento da produtividade e qualidade das culturas. Nesse aspecto, abordamos nesse
capítulo uma avaliação de sustentabilidade do carbonatito que deve atender aos preceitos ambientais
assim como aos preceitos econômicos.
Palavras-chave: solubilidade, cinética de dissolução, elementos tóxicos, absorção, adsorção,
nutrientes
4
Abstract
Brazil is one of the main importers of fertilizers and the forth biggest consumer. Nevertheless,
the consumption of fertilizers in the country is still very low as compared to the consumption in
developed and some developing countries. The perspectives of an increased demand for fertilizers is
high, especially in the actual scenario of government induced oleaginous cropping for bio-fuel
production.
The elevated demand of the Brazilian agriculture for fertilizers, which cannot be fulfilled by the
national industry, could be additionally incremented by the utilization of rock powder, which is a
product obtained via simple processing of raw materials with ample geographic distribution,
diminishing imports expenses and amplifying the alternatives for the consumer market. The utilization
of rock powder has been studied for its agronomic potential in the supply of potassium in various
regions of Brazil.
This chapter addresses physiological mechanisms and nutrient uptake, as well as physicochemical mechanisms at the rock-soil-plant system. This chapter focus on the utilization of carbonatite
rock powder which is of particular interest in tropical acid soils because this rock is constituted of
more than 50% de carbonates, with a mineralogical composition close to that of the calcareous rocks
utilized as liming materials. Additionally, the carbonatites present significant advantages over the
limestones, because in addition to calcium and magnesium (present in calcite and dolomite), the
carbonatites frequently contain high levels of potassium (present in flogopite and biotite), phosphorus
(present in apatite) and micronutrients.
In spite of these attributes, the carbonatites may contain high levels of rare earth elements and
other toxic elements present in specific minerals such as monazite, bastnaesite e sinchisite, as well as
in the apatite structure. With regards to rare earth elements, there is no consensus about their food
safety, being considered deleterious by some experts, but with ample application in the Chinese
agriculture to enhance crop quality and yield increase. This chapter also addresses an assessment of
carbonatite sustainability which should attend environmental guidelines as well as economic interests.
Keywords: solubility, dissolution kinetics, toxic elements, absorption, adsorption, nutrients
5
1. Introdução
1.1. Aspectos econômicos
A alternativa que impulsionou a atividade agrícola mundial a procurar satisfazer o grande
crescimento da demanda por alimentos foi o aumento do rendimento de produção, com cerca de 90%
nos últimos 35 anos, visto que a área cultivada aumentou somente 8% (Campora, 2003). Isso
aconteceu, em grande parte, devido ao uso intensivo de fertilizantes.
No Brasil o consumo de fertilizantes por área agricultável ainda é muito baixo, se comparado ao
consumo em países desenvolvidos e também em alguns países em desenvolvimento. Enquanto que a
Malásia, Holanda, Reino Unido, Japão, China, Egito, França, Vietnã, Alemanha, Itália aplicam 634,
604, 386, 376, 367, 349, 262, 248, 244, 202 kg/ha, respectivamente o Brasil aplica 120 kg/ha. Há,
portanto, perspectivas de aumento na intensidade de adubação na agricultura brasileira, principalmente
num cenário de indução de cultivo de oleaginosas para produção de biocombustível. Apesar desses
dados, o Brasil é um dos maiores importadores mundiais de fertilizantes e o 4o maior consumidor, atrás
da China, EUA e Índia e à frente de países como a França, a Alemanha e o Canadá. Isso se deve aos
seguintes fatores: i) à extensa área plantada refletindo na dimensão da produção agrícola brasileira (o
PIB agrícola brasileiro ultrapassou R$ 87 bilhões em 2001), ii) às características dos seus solos muito
pobres quanto aos macronutrientes potássio e fósforo e iii) à insuficiente produção doméstica de
potássio, de fosfatos, de compostos nitrogenados e de enxofre.
Em 2000, o Brasil importou 13 milhões de toneladas (13 Mt) de matérias primas e de produtos
intermediários para fabricação de fertilizantes, no valor de US$ 1,15 bilhões. Desse total, os insumos
potássicos foram responsáveis por US$ 580 milhões, equivalendo a aproximadamente 2,6 Mt de
produtos para fertilizantes (ANDA, 2001). A importação de produtos potássicos intermediários do ano
de 1999 para o ano de 2000, teve um aumento de 36%.
Em todo o hemisfério sul há apenas uma mina de K em operação, a de Taquari-Vassouras, em
Sergipe, com uma produção em 2002 de aproximadamente 340 mil toneladas de K2O, que satisfez
menos de 12% das necessidades do País em potássio: 2,9 Mt (DNPM, 2003). No Brasil, nos últimos 6
anos, o modesto aumento da produção de K2O tem ficado muito abaixo da forte progressão do
consumo de fertilizantes potássicos no país. A produção brasileira de potássio, nos últimos 5 anos,
satisfez apenas 14,4% em 1998, 15,4% em 1999, 11,9% em 2000, 11,5% em 2001 e 11,4% em 2002
do consumo aparente. As importações, foram provenientes, essencialmente, de apenas 4 países:
Canadá, Rússia , Alemanha e Israel (DNPM, 1999, 2000, 2001, e 2003).
Quanto aos fertilizantes fosfatados, a produção interna satisfez somente 52% das necessidades do
setor agrícola em 2004. Portanto, o Brasil importou aproximadamente 1,5 milhões de toneladas de
concentrados fosfáticos, 0,5 milhões de toneladas de ácido fosfórico e 5 milhões de toneladas de
6
produtos intermediários de fosfato, perfazendo um total de aproximadamente US$1,2 bilhões (DNPM,
2005). A rocha apatitica é a fonte para manufatura de ácido fosfórico, consumindo 90% of da apatita
processada. As características químicas, mineralógicas e texturais dos minérios ou dos concentrados
fosfáticos determinam: a melhor opção para processamento e remoção de impurezas. Em geral, 90%
dos fertilizantes fosfatados são obtidos através de rotas químicas enquanto que somente 2% são
obtidos através de rotas térmicas.
1.2. Aspectos fisiológicos dos macro-nutrientes
Dos elementos requeridos na nutrição de plantas o C, H, O, N, P e S formam as proteínas e
compõem o protoplasma. Os elementos considerados essenciais são: K, Ca, Mg, Fe, Mn, Mo, Cu, B,
Zn, Cl, Na, Co, V, Si.
O teor de P nas plantas é de 0.1-0.4%. As plantas podem absorvê-lo principalmente na forma
H2PO4- e secundariamente na forma HPO42-. Ainda assim pyrofosfatos e metafosfatos são
componentes de fertilizantes comerciais, pois essas formas são hidrolizadas a ortofosfato em soluções
aquosas. O P é prontamente mobilizado nas plantas. Quando uma deficiência ocorre o elemento
contido nos tecidos mais velhos são translocados para as ativas regiões meristemáticas.
O teor de K nas plantas é tipicamente de 1-5%. É absorvido pelas raízes na forma K+, embora
ocorra principalmente em várias outras formas no solo. O K é elemento móvel que é translocado aos
tecidos meristemáticos jovens caso ocorra deficiência. Ao contrário do N, S e P, o K não se combina
com outros elementos para formar protoplasma, gorduras e celulose, sendo sua função principal
catalítica por natureza. As principais funções do K são: ativação enzimática, regulação osmótica e
controle de abertura de stomata (importante papel na fotossíntese e de absorção de água pelas raízes),
regulação de energia (síntese de ATP), translocação de assimilados, absorção de N e síntese de
proteínas, síntese de amido (enchimento de grãos).
O teor de Ca (Ca2+) nas plantas é de 0,2-1%. O Ca é bastante imóvel, sendo pouco translocado
no floema, é abundante nas folhas, ocorrendo nos vacúolos na forma de oxalatos, carbonatos, fosfatos.
O teor de Mg (Mg2+) nas plantas é de 0,1-0,4%. O Mg é móvel, sendo translocado de regiões
mais velhas para regiões mais novas ocorrendo deficiência. É encontrado no centro clorofílico e na
estrutura dos ribossomos.
Ambos macronutrientes Ca e Mg competem com o K para absorção pelas plantas. Portanto, é
esperado que solos com altos níveis de Ca e Mg requerem altos níveis de K para uma nutrição
satisfatória das culturas. Assim, a disponibilidade de K é mais dependente de sua concentração relativa
às concentrações de Ca e Mg do que propriamente da quantidade de K presente no solo.
7
No caso de deficiência de outros elementos, quando ocorre um baixo nível de P, por exemplo, a
adição de N tem pouco efeito na absorção de K. Ao contrário, ocorre um grande acréscimo na
absorção de K quando o N é adicionado em combinação com P.
1.3. Mecanismos de absorção de nutrientes
Para que os íons dos nutrientes no solo sejam absorvidos por raízes eles devem entrar em contato
com a superfície da raiz. Existem três possibilidades nas quais os íons no solo podem alcançar a
superfície das raízes: i) interceptação de raízes (com troca por contato), ii) fluxo de massa com a
solução do solo e iii) difusão na solução do solo.
A via por interceptação de raízes aumenta com o crescimento do sistema radicular, explorando a
solução e a superfície do solo. A quantidade de nutrientes atingindo a esfera das raízes por fluxo de
massa é determinada pela taxa de consumo de água pela planta e a concentração do nutriente na água
do solo. A difusão de íons na solução do solo é influenciada principalmente por 3 fatores: a
concentração do nutriente, o seu coeficiente de difusão e a capacidade tampão da fase sólida para o
elemento na fase líquida. A difusão é lenta e por curta distância na vizinhança das raízes. Estima-se
que a difusão do K pode ocorrer até 0,2 cm e do P até 0,02 cm. A Tabela 1 mostra a significância
relativa das 3 vias de suprimento de nutrientes às raízes
Tabela 1. Significância relativa das principais formas, nas quais os íons dos nutrientes movemse do solo às raízes do milho.
ELEMENTO
Vias de suprimento (%)
INTERCEPTAÇÃO
FLUXO DE MASSA
DIFUSÃO
N
1
99
0
P
3
6
94
K
2
20
78
Ca
171
429
0
Mg
38
250
0
S
5
95
0
Cu
10
400
0
Zn
33
33
33
B
10
350
0
Fe
11
53
37
Mn
33
133
0
Mo
10
200
0
Fonte: Tisdale et al. (1985)
Alguns pesquisadores acreditam que troca iônica pode ocorrer entre os íons adsorvidos na
superfície do solo ou matéria orgânica e os íons de H+ adsorvidos na superfície das raízes
(principalmente de grupos carboxílicos de substâncias pépticas) sem a intermediação da fase líquida do
solo. Esse mecanismo pode ser importante pela ação de mucilagens e micorrizas. Essa Capacidade de
Troca Catiônica de raízes foi estimada em 10 a 100 cmolc/kg, sendo muito maior em plantas
8
leguminosas do que em gramíneas, Daí a tendência das plantas leguminosas de absorver
preferencialmente íons com carga bivalente do que íons com carga univalente, sendo que o reverso
ocorre com as gramíneas. Esse foi o motivo atribuído para a sobrevivência de gramíneas em pastos
com mistura de forrageiras com deficiência de K+.
1.4. Aspectos físico-químicos
Apesar da maior necessidade fisiológica das plantas por K do que pelo P, da comparável
carência dos solos brasileiros quanto aos dois elementos e da dependência externa ser muito maior
com relação ao K, maior atenção tem sido dispensada no Brasil ao suprimento de P do que ao
suprimento de K, provavelmente devido a maior complexidade na físico-química e manejo do P em
latossolos, solos estes que se estendem por uma área de aproximadamente 100 milhões de ha
(Malavolta e Kliemann, 1985), com um relevo que permite a mecanização agrícola, características
físicas que propiciam ótimas condições de drenagem, mas com pH ácido, baixo valor de saturação de
bases e alto teor de Al. Essa complexidade de manejo de P esta relacionada à fixação do P adicionado
pelos constituintes dos latossolos (óxidos e hidróxidos de Fe e Al), tornando esse elemento
indisponível para as plantas (Lopes, 1983). Dessa forma, o manejo adequado para produção agrícola
em latossolos requer um suprimento acumulativo de P, esgotando os sítios de imobilização desses
solos, e adubação localizada nas linhas de plantio (Novais e Smith, 1999). Em solos de carga variável,
como é o caso dos latossolos, o aumento do pH promove o aumento de carga superficial negativa, o
que diminui a sorção de fosfato. Portanto, a calagem, necessária em latossolos para elevação do pH e
imobilização do Al, contribui para o aumento da disponibilidade do P às plantas. No entanto, uma
calagem criteriosa deve ser conduzida para obter-se um manejo adequado, evitando assim a formação
de compostos insolúveis de P, a valores de pH acima de 6-6,5.
Os fertilizantes fosfatados comercializáveis são classificados como acidulados ou termoprocessados. Dentre os acidulados, que são os mais relevantes, tem-se o ácido fosfórico, os
superfosfatos, os fosfatos de amônio, os fosfatos nítricos dentre outros. O ácido fosfórico é
manufaturado pelo tratamento da rocha fosfática com ácido sulfúrico ou pela queima de fósforo
elementar a pentóxido de fósforo e reação com água. O ácido fosfórico com 24% de P (55% P2O5) é
usado para acidular rochas fosfáticas para produção de superfosfato triplo e é neutralizado com amônia
na manufatura de fosfatos de amônio, que são completamente solúveis em água.
As rochas fosfáticas não tratadas são relativamente estáveis e bastante insolúveis em água.
Fontes importantes comerciáveis contem 11-18% de P total. A efetividade da rocha fosfática como
fertilizante diretamente aplicado ao solo depende de sua reatividade química, que por sua vez depende
do grau de substituição do carbonato por fosfato na estrutura da apatita (Tisdale et al., 1985). Vários
testes de solubilidade podem ser aplicados para avaliação da reatividade da rocha fosfática. Estes
9
incluem: citrato de amônio neutro, 2% ácido cítrico, 2% ácido fórmico, citrato de amônio ácido. A
solubilidade por citrato neutro dessas fontes varia entre 5-17% do total de P, mas o valor residual das
rochas de baixa reatividade pode ser considerável.
1.5. Pó-de-rocha como fertilizante alternativo
Os fertilizantes industriais, de alta solubilidade, têm sido largamente empregados em áreas
agrícolas e estima-se que, no Brasil, as perspectivas são de uma maior demanda de fertilizantes. Nos
40 milhões de hectares cultivados com grãos (dados de 1997) predominam os latossolos, solos em
estágio avançado de intemperismo, e que se caracterizam pela presença de óxidos de ferro e alumínio.
Esses solos são ácidos, pobres em nutrientes minerais (P, K, Ca e Mg), baixa capacidade de adsorção
de cátions e de permeabilidade elevada. Os insumos aplicados na forma de sais solúveis são, em parte,
perdidos por lixiviação, que é mais elevada no período chuvoso, quando as atividades agrícolas são
mais intensas, visto que no Brasil predomina a agricultura de sequeiro. O processo de lixiviação
promove o carreamento desses sais solúveis pelas águas de drenagem e contribui para a eutrofização
de cursos de água. Assim, a agricultura tropical de sequeiro, fortemente dependente de fertilizantes,
devido às características naturais dos solos e do regime de chuvas, constitui atividade que causa
impactos de ordem econômica – perda de insumos por lixiviação – e ambientais – poluição de águas
subterrâneas e de superfície.
Uma alternativa atraente ao uso de fertilizantes industriais é a utilização de pós de rocha, pois,
por ter uma solubilidade mais lenta que os fertilizantes comerciais, o pó de rocha se constitui em fonte
de nutrientes para as plantas cultivadas durante longos períodos, promove o aumento da capacidade de
troca de cátions (CTC) dos solos, devido à formação de novos minerais de argila durante o processo de
alteração da rocha. A aplicação de pó-de-rocha (rochagem) é uma prática agrícola há muito utilizada,
sendo a calagem e a fosfatagem natural casos particulares dessa prática. A rochagem reduz os custos
de produção agrícola, por utilizar um produto alternativo ou servir como suplementação aos adubos
químicos solúveis industrializados. O emprego do modelo de remineralização do solo, através do uso
de pó de rocha constitui-se também numa alternativa viável em termos econômicos e ecológicos
devido ao baixo custo do processo de beneficiamento, que envolve apenas moagem das rochas usadas
na composição do produto, e devido à liberação gradual de nutrientes que diminui as perdas por
lixiviação e favorece uma ação de longo prazo do insumo aplicado. Além disso, a elevada demanda da
agricultura brasileira por fertilizantes, a qual não consegue ser atendida pela indústria nacional, poderia
ser adicionalmente suprido pela utilização de pó-de-rocha, que é um produto obtido a partir do
beneficiamento simples de matérias-primas de ampla distribuição geográfica, diminuindo-se os gastos
com importação e ampliando as alternativas para o mercado consumidor.
10
Entre os benefícios advindos da utilização de pó de rochas como fertilizante destacam-se: o
fornecimento lento de vários nutrientes (macro e micronutrientes) importantes para a nutrição mineral
de plantas cultivadas; aumento da disponibilidade desses nutrientes nos solos cultivados; aumento de
produção; reequilíbrio do pH do solo; aumento da atividade de microrganismos e de minhocas;
aumento da quantidade e da qualidade do húmus; controle da erosão do solo devido ao melhor
desenvolvimento das plantas cultivadas e ao aumento da matéria orgânica do solo; aumento da reserva
nutricional do solo; aumento da resistência das plantas à ação de pragas, doenças, secas e geadas,
devido à melhoria de seu estado nutricional; diminuição da dependência de fertilizantes, pesticidas e
herbicidas, cuja produção exige um elevado consumo de energia.
11
2. Fontes de acidez dos solos e necessidades de calagem
Em latossolos, as principais fontes de acidez são: i) a dissociação de prótons dos grupos de
hidroxilas componentes estruturais dos oxi-hidróxidos de Fe e Al e ii) a presença de Al trocável em
combinação com a falta de cátions básicos por lixiviação. Os íons Al3+ deslocados das argilas minerais
por outros cátions são hidrolizados de acordo com as seguintes reações:
Al(H2O)63+ + H2O = Al(OH)(H2O)52+ + H3O+
[1]
Al(OH)(H2O)52+ + H2O = Al(OH)2(H2O)4+ + H3O+
[2]
Al(OH)(H2O)4+ + H2O = Al(OH)3(H2O)30 + H3O+
[3]
Al(OH)(H2O)30 + H2O = Al(OH)4(H2O)2- + H3O+
[4]
Em cada reação acima ilustrada há a liberação de prótons e consequentemente o decréscimo do
pH. Para neutralizar esses prótons, os materiais geralmente adicionados são óxidos hidróxidos,
carbonatos e silicatos de Ca ou Ca +Mg. No caso dos calcários que contem CaCO3 ocorre a provisão
de OH-, que neutralizam a acidez e aumentam o pH do solo, além de fornecer Ca:
CaCO3 + H2O = Ca2+ + HCO3- + OH-
[5]
O aumento do pH controla a disponibilidade do Al que é tóxico às plantas, pela precipitação de
Al(OH)30 na faixa de pH entre 6,0 e 8,0.
Para neutralização do Al tóxico, diminuindo sua saturação no complexo de troca onde é
substituído por Ca e Mg, e eliminar o excesso de Mn, o critério mais seguro para recomendação de
calagem é o que eleva a porcentagem de saturação de bases (V%) a um valor adequado para a cultura,
de acordo com a equação desenvolvida por Quaggio (1983) e modificada por Malavolta (1984):
NC= (T(V2-V1)/PRNT).P
[6]
onde:
NC = necessidade de calcário (t/ha)
T = soma de bases (H+Al+K+Ca+Mg)
V2 = saturação de bases desejadas (50-60)
V1 = S/Tx100, (S=K+Ca+Mg)
P = 1 (quando incorporado a 20cm de profundidade e 1,5 a 30 cm de incorporação)
Estudos conduzidos por Melamed et al. (2005), para verificar a eficiência de Pó-de-Rocha no
suprimento de nutrientes durante uma seqüência de cultivos, mostraram a eficiência relativa de um
12
calcário dolomítico e de um carbonatito na correção de dois solos tropicais: um latossolo e um
gleissolo, do Planalto Central do Brasil. De modo geral, a correção do pH pelas rochas foi mais
eficiente no latossolo do que no gleissolo. No latossolo, os efeitos das rochas na elevação do pH dos
solos foram similares. No gleissolo, o calcário foi mais eficiente do que o carbonatito na correção da
acidez. Nas unidades controle, o decréscimo no pH foi atribuído à liberação de ácidos orgânicos pelas
plantas com a seqüência de cultivos.
13
3. Mecanismos físico-químicos do sistema rocha-solo-planta
No Brasil, dentre as rochas ígneas disponíveis com potencial para utilização em sistemas de
produção agrícola em latossolos destacam-se os carbonatitos, que são formados por mais de 50% de
carbonatos, o que lhes atribui uma composição mineralógica próxima aos calcários e mármores usados
como corretivos de acidez desse tipo de solo. Adicionalmente, os carbonatitos apresentam
significativas vantagens em relação aos calcários, quais sejam, além do cálcio e magnésio (presentes
na calcita e dolomita), os carbonatitos freqüentemente contêm altos teores de potássio (presente na
flogopita e biotita), de fósforo (presente na apatita) e de micronutrientes.
Além disso, os carbonatitos também contêm elevados teores de elementos terras raras, presentes
tanto em minerais específicos (monazita, bastnaesita e sinchisita), como na estrutura da apatita. Os
elementos terras raras, que são considerados por alguns como deletérios, têm sido, atualmente,
utilizados na agricultura chinesa com índice de sucesso muito elevado. Na mina da Ultrafértil, em
Catalão, além do minério de terras raras (monazita), têm-se apatita com cerca de 1% de elementos
terras raras na sua estrutura. A maior parte da produção mundial de rocha fosfática provém de
depósitos sedimentares. No entanto, no Brasil, os depósitos associados a complexos carbonatíticos são
responsáveis pela maior parte da produção brasileira de concentrados apatíticos, enquanto que os
fosfatos sedimentares formam reservas pequenas e de difícil explotação.
Entretanto, enquanto que os fosfatos e calcários, originários de rochas sedimentares, são mais
facilmente intemperizáveis, e, portanto, mais aceitos como fertilizantes e corretivos na agricultura,
uma dificuldade na utilização de pó de rochas ígneas e metamórficas como fertilizante do solo é o
longo tempo necessário para que os nutrientes sejam disponibilizados. Por exemplo, as características
morfológicas, químicas e físicas das apatitas contidas nos carbonatitos, determinam seu
comportamento no solo e, conseqüentemente, estabelecem o tempo necessário para sua
desestabilização e disponibilização do fósforo, podendo favorecer ou comprometer o potencial
agronômico e econômico de carbonatitos.
Nesse contexto, vários experimentos foram conduzidos (Costa Junior, 2002; Gaspar, 2005)
visando investigar o potencial agronômico de carbonatitos, como fonte alternativa de nutrientes para
plantas cultivadas. Nessa etapa prospectiva do tema, três grandes tópicos foram abordados: o estado do
conhecimento sobre os complexos carbonatíticos existentes no Brasil; a caracterização química e
mineralógica de pó de rocha proveniente do Complexo Carbonatítico Catalão I, com ênfase nas
apatitas; a cinética de dissolução do carbonatito e a avaliação do potencial agronômico e da
disponibilização de nutrientes por misturas de pó de rocha e latossolos, tendo como base o calcário
comercial ou o carbonato de cálcio e suprimento de fertilizantes solúveis. Os resultados dessas ações
mostraram que: a) a dissolução da apatita do carbonatito é incongruente havendo evidência de
dissolução bioquímica dos grãos de apatita. Adicionalmente, as raízes das culturas e as colônias de
14
bactérias parecem desempenhar papel importante na dissolução da apatita; b) o carbonatito apresentou
eficiência igual à do calcário comercial na elevação do pH do solo, na insolubilização do alumínio
trocável e, conseqüentemente, na neutralização da acidez do solo; c) o teor de Ca trocável foi menor
nos tratamentos com carbonatito do que nos outros tratamentos, resultado este atribuído aos diferentes
teores de CaO dos materiais; d) o carbonatito liberou menos da metade de magnésio em relação ao
calcário, diferença esta possivelmente causada pela mineralogia do material de origem, já que o
conteúdo de MgO dos materiais é similar; e) apesar da menor eficiência do carbonatito como fonte de
P na fase de estabelecimento de pastagem de braquiária, é necessário verificar, ao longo do tempo, o
seu efeito residual. O uso simultâneo de fonte solúvel de P com o carbonatito pode ser uma estratégia a
ser utilizada na formação da pastagem, pois enquanto a primeira fonte se mostrou necessária ao
estabelecimento, a viabilidade da segunda, na sua manutenção, deve ser ainda avaliada.
A complexidade dos mecanismos envolvidos no sistema solo-rocha-planta requer estudos de
especiação geoquímica, em adição aos dados agronômicos geralmente coletados nesse tipo de
avaliação. Essa complexidade tem no seu âmago as várias interações entre os parâmetros físicoquímicos do sistema que são possíveis de ocorrer. Essas interações, que estão resumidas no Diagrama
1 (Novais e Smith, 1999), se constituem no racional para a compreensão dos mecanismos envolvidos
no sistema rocha-solo-planta:
PLANTA
água
Carbonatito
flogopita
apatita
1
solução do solo
K+
Ca 2+
H2PO4-
2
SOLO
complexação
esfera interna
esfera externa
lixiviação
Diagrama 1. Interações rocha-solo-planta
Observa-se que para pós de rocha pouco solúveis a reação 1 terá seu equilíbrio deslocado para a
direita com a adição de H+. Esse fornecimento de prótons já é favorecido pelo pH ácido desses
latossolos. A complexidade envolvida no sistema pode ser ilustrada pelo fato de que apesar da maior
15
acidez proporcionar a solubilização da rocha, essa acidez pode promover uma complexação de esfera
interna do fosfato com o solo, tornando o fosfato menos disponível para a planta. Por outro lado, um
pH mais elevado, favoreceria uma maior disponibilização do fosfato fixado ao solo para a planta,
embora a solubilização da rocha seja menor. Um pH mais elevado também favoreceria uma maior
CTC, visto que esses solos se caracterizam por carga variável dependente do pH, o que contribuiria
para retirar K e Ca da solução do solo, via reação 2, promovendo a dissolução do carbonatito.
O diagrama acima também indica que o consumo dos produtos da reação 1, quer seja via
absorção pela planta, ou pela complexação com o solo (reação 2) ou até pela lixiviação, promoverá
também o deslocamento do equilíbrio da reação 1 para a direita, contribuindo para a dissolução da
rocha. Obviamente, é de interesse que esse consumo seja preferencialmente via absorção pelas plantas
ou numa possível complexação de esfera externa para posterior deslocamento via reação 2, que pode
depender da cinética envolvida no sistema.
Outra estratégia importante, na captação de nutrientes, é a escolha da cultura a ser cultivada nos
ensaios. O efeito acidificante da rizosfera de algumas plantas pode efetivamente favorecer a dissolução
do carbonatito. Outros fatores de importância no aproveitamento do carbonatito são a atividade
microbiana dos solos e a quantidade de matéria orgânica, que também deve contribuir para dissolução
do carbonatito pela produção de ácidos orgânicos.
Melamed et al. (2005) conduziram estudos em casa de vegetação envolvendo um delineamento
fatorial para avaliação da eficiência agronômica de carbonatito com relação a um calcário dolomítico
aplicados a um latossolo vermelho e um gleissolo gibsítico. Essa eficiência foi avaliada durante uma
seqüência de cultivos: soja-tomate-soja-milho. As Figuras 1 e 2 mostram o crescimento da soja no
primeiro cultivo e do milho no último cultivo, respectivamente.
Figura 1. Crescimento e desenvolvimento da soja, 15 dias após a emergência.
16
Figura 2. Crescimento e desenvolvimento do milho antes da colheita
Os resultados desse estudo mostraram os efeitos da aplicação do carbonatito quanto ao
suprimento de:
a) potássio
- os teores de K tanto na parte aérea como no sistema radicular da soja1 (1º. cultivo) foram mais altos
quando o carbonatito foi utilizado em comparação com o calcário. A análise estatística dos teores
totais de K extraídos pela soja1 confirma a maior bio-disponibilidade relativa de K quando o
carbonatito foi aplicado. O teor de K no sistema radicular da soja2 também respondeu positivamente à
aplicação do carbonatito, enquanto que não houve efeito do carbonatito no teor de K do milho. À
exceção desses resultados, o teor de K no tomate foi relativamente maior quando o calcário foi
utilizado.
- o carbonatito foi eficiente no suprimento de K quando este elemento estava menos disponível no
solo. Quando não foi adicionado K solúvel, a concentração de K na parte aérea da soja1 foi de 7 mg/g
na presença do calcário e de aproximadamente 9 mg/g na presença do carbonatito. Com a aplicação de
40 mg K/kg solo, a concentração de K na parte aérea da soja1 foi praticamente a mesma.
17
- no primeiro cultivo com soja, a eficiência biogeoquímica do carbonatito variou de 8,9% a 27,3%, no
gleissolo, enquanto que no latossolo variou de 2,4% to 18,4%. A eficiência agronômica foi de 36,2%
no gleissolo e 11,7% no latossolo.
b) fósforo
- apesar de atribuída uma cinética relativamente baixa e lenta de dissolução da apatita do carbonatito
os teores de P no sistema radicular da soja1 (já no primeiro cultivo) foram mais altos quando o
carbonatito foi utilizado em comparação com o calcário, sendo que essa diferença foi altamente
significativa. O mesmo foi observado no terceiro cultivo (soja2). Embora esses resultados sejam
bastante animadores, os teores de P extraídos pela soja1 e soja2 não foram diferentes para as duas
rochas. Já no segundo cultivo (com tomate), o teor de P extraído foi maior quando o calcário foi
aplicado.
- com a adição de 50 mg P/kg de fertilizante solúvel, a extração de P pela soja2 foi maior nos solos
tratados com carbonatito do que com calcário. Porém, o inverso ocorreu com a adição de 100 mg P/kg
de fertilizante solúvel.
- ao final dos 4 cultivos, a extração de P foi maior nos tratamentos onde foi aplicado carbonatito, sendo
que as extrações no gleissolo foram maiores que no latossolo.
- no latossolo, a eficiência das rochas na calagem é semelhante, resultando em valores de pH similares.
Nesse solo, o carbonatito proporcionou uma maior disponibilidade relativa de P, do período de
incubação ao final do primeiro cultivo. Com o tempo, as diferenças entre as rochas se anulam,
sugerindo que o P antes disponível é imobilizado nos processos de sorção. No gleissolo, a eficiência de
calagem do calcário é relativamente maior, promovendo valores de pH mais elevados do que no
tratamento com o carbonatito. Nesse solo, até o final do primeiro cultivo, as diferenças entre as rochas
quanto à disponibilidade de P são minimizadas. A partir do segundo cultivo, a disponibilidade de P do
gleissolo tratado com carbonatito é maior do que a do gleissolo tratado com calcário, refletindo mais
claramente a cinética de dissolução da apatita do carbonatito num solo com menor capacidade de
sorção de P.
- a eficiência bio-geoquímica variou de 1,4% to 23,1% e de 1,1% to 4,8%, estimadas pelo citrato de
amônio e pela resina de troca iônica, respectivamente, quando aplicadas ao gleissolo, ao passo que, no
latossolo variou de 1,1% a 21,6% e de 1,0% a 7,0%. A eficiência agronômica do carbonatito para
fornecer P no primeiro cultivo com soja foi de 3.8% no latossolo e de 14.4% no gleissolo.
18
c) cálcio e magnésio
- em praticamente todos os cultivos, os teores de Ca e Mg das plantas foram mais elevados nos
tratamentos com calcário do que com o carbonatito, apesar das semelhanças dessas duas rochas nas
concentrações desses elementos. Esses resultados confirmam a solubilidade diferenciada dos minerais
constituintes das duas rochas que contem esses elementos.
d) zinco e manganês
- os teores de Zn e Mn absorvidos foram maiores em essencialmente todas as culturas quando tratadas
com carbonatito, refletindo os teores totais desses elementos nessa rocha que são em média de 1500
mg Mn/kg e 80 mg Zn/kg.
19
4. Bio-geoquímica de elementos tóxicos
Recentemente, uma crescente preocupação com o uso de insumos na agricultura, tanto calcários
como fertilizantes, é que muitos desses insumos podem conter elementos tóxicos, dependendo da
natureza dos minérios dos quais estes originam, constituindo-se numa ameaça ao meio ambiente e ao
homem. Na maioria dos países, a legislação que regula insumos agrícolas refere-se somente à
idoneidade das informações contidas nas etiquetas. Essa preocupação com a contaminação de solos e
águas subterrâneas levou alguns países, de forma que pode ser considerada ainda incipiente, a
estabelecer limites toleráveis para certos elementos contidos nos insumos agrícolas (Canadian Food
Inspection Agency, 1997). Os limites para elementos considerados deletérios à saúde humana tem sido
discutidos no Brazil (CONAMA, 2006) com o objetivo de estabelecer-se uma legislação que regule o
uso de diferentes materiais na agricultura.
Enquanto alguns elementos são extremamente tóxicos, outros como o B, Cu e Mo tem uma
margem estreita entre essencialidade e toxicidade (Adriano, 1986). No caso dos elementos terras raras,
enquanto efeitos adversos à saúde humana foram relatados (Sax, 1989; Sabbioni et al., 1982), esses
elementos tem sido amplamente usados na China para aumentar a produtividade e a qualidade das
culturas. Dessa forma, em vista dessa contradição, a necessidade de estabelecimento de limites para
elementos terras raras se torna polêmico.
Vários metais, radionuclideos e elementos terras raras estão geralmente associados à apatita
(Lapido-Loureiro & Melamed, 2006; Fernandes et al., 2004), que é fonte de fósforo(Lapido-Loureiro
& Melamed, 2006; Fernandes, Rio & Franklin, 2004). Estudos conduzidos por Otero et al. (2005)
caracterizaram vários fertilizantes quanto aos níveis de elementos traço e terras raras que foram usados
para identificar a fonte de PO4 em fertilizantes e a relação entre as diferentes fontes de fosfato e metais
pesados.
Os principais elementos considerados não metabólicos, encontrados no carbonatito estudado
por Melamed et al. (no prelo) foram Sr (~0.8%) e Ba (~0.3%). Os níveis de Ni e Cu estão na faixa de
70-80 mg/kg, Rb e Zr na faixa de 50-60 mg/kg, Zn, Co e Y na faixa de 30-40 mg/kg e Pb, Nb, Pd e Ga
na faixa de 10-20 mg/kg. A concentração de Th no carbonatito é de aproximadamente 15 mg/kg e a de
U esta abaixo de 5 mg/kg. Como era de se esperar as concentrações de elementos terras raras no
carbonatito são relativamente altas. Nesse estudo, em geral, a aplicação de carbonatito não resultou em
níveis de elementos não metabólicos nas plantas acima dos limites estabelecidos na legislação. No
entanto, apesar de não terem sido encontrados limites estabelecidos para Sr e Ba, a aplicação de
carbonatito resultou em níveis bastante elevados desses elementos absorvidos em todos os cultivos. As
concentrações de Sr e de Ba nas plantas chegaram a atingir níveis iguais a 650 mg/kg e 160 mg/kg,
respectivamente, e com taxas de translocação das raízes para as partes aéreas na faixa de 70-80%.
20
Quanto aos elementos terras raras a absorção somente foi maior no último cultivo com o milho que foi
atribuído a lenta cinética de dissolução da apatita.
21
5. Agradecimentos
Ao CNPq pela bolsa de Pós-Doutorado concedida ao primeiro autor e auxílio na forma de taxa
de bancada.
22
6. Bibliografia
Adriano, D.C. 1986. Trace Elements in the Terrestrial Environment . Springer-Verlag, New York.
ANDA. 2001. Anuário Estatístico Setor de Fertilizantes, ANDA, S. Paulo
Anders, E. and Grevesse, N. 1989. Abundance of the elements: Meteoritic and Solar. Geochim.
Chosmochim. Acta 53, 197-214
Bakken A K, Gautneb H and Mihr K 1997 The potential of crushed rocks and mine tailings as showreleasing K fertilizers assessed by intensive cropping with Italian ryegrass in different soil types.
Nutrient Cycling in Agroecosystems 47:41-48
Campora, A. 2003. “Situación del potasio en el mundo y sus perspectivas”, Em: NIELSON H.,
Sarudiansky., Fertilizantes Y Enmiendras de origen mineral, Buenos Aires, Argentina, 283p.
Canadian Food Inspection Agency 1997. Trade Memorandum, T-4-93, Standards for metals in
fertilisers and supplements
CONAMA, 2006. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Ministério do Meio Ambiente do Brasil.
Costa Junior, C.N. 2002. Dissolução química e biogeoquímica de apatita magmática. Tese de
doutorado. Universidade de Brasília.
DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral. 1999. Sumário Mineral.
DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral. 2000. Sumário Mineral.
DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral. 2001. Sumário Mineral.
Fernandes, H.M., Rio, M.A. P. do & Franklin, M.R.. 2004. Impactos radiológicos da indústria dos
fosfatos. [www.cetem.gov.br]
DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral. 2003. Sumário Mineral.
Fernandes, H.M., Rio, M.A.P. & Franklin, M.R. Impactos radiológicos da indústria dos fosfatos,
[www.cetem.gov.br./publicação/CETEM_SED_56.pdf]
Fyfe W S, Leonardus O H and Olorunfemi N 1983 Global techtonics and agriculture: A geochemical
perspective . Agriculture, Ecosystems and Environment 9:383-399.
Gaspar J C 2005 Projeto pó de rocha: uma alternativa à importação de K para uso na agricultura
brasileira. Relatório Técnico Final. CNPq/EMBRAPA/UNB.
Hinsinger P, Bolland M D A and Gilkes R J 1996 Silicate rock powder: effect on selected chemical
properties of a range of soils from Western Australia and on plant growth as assessed in a glasshouse
experiment. Fertilizer Research 45:69-79.
Lapido-Loureiro, F.E. e Melamed, R. 2006 O fósforo na agricultura brasileira: uma abordagem
minero-metalúrgica [www.cetem.gov.br/publicação/cetem_sed_70_pdf]]
Lopes, A.S. 1983. Solos sob cerrado. Inst. Potassa e fosfato.
23
Malavolta, E. 1984. A prática da calagem. 3ª. Edição. Bol.Técnico 2, Indústria Mineradora Pagliato
Ltda, Sorocaba.
Malavolta, E. e Kliemann, H.J. 1985. Desordens nutricionais no cerrado. Associação Brasileira para
pesquisa da potassa e do fosfato.
Melamed, R. and Gaspar, C. 2006. Carbonatite Powder Application for Sustainable Production
Systems in Tropical Soils: I. Potassium Geochemistry and Bioavailability. Prelo
Melamed, R. and Gaspar, C. 2006. Carbonatite Powder Application for Sustainable Production
Systems in Tropical Soils: II. Phosphorus Geochemistry and Bioavailability. Prelo
Mengel K 1994 Exploitation of potassium by various crop species from primary minerals in soils rich
in micas. Biol. Fertil. Soils 17: 75-79.
Novais, R.F. e Smith, T.J. 1999. Fósforo em solo e planta em condições tropicais. Universidade
Federal de Viçosa, MG.
Otero, N., Vitòria, L. Soler, A., and Canals, A. 2005. Fertiliser characterisation: Major, trace and rare
earth elements. Applied Geochem 20, 1473-1488.
Quaggio, J.A. 1983. Métodos de laboratório para a determinação da necessidade de calagem. Em:
Acidez e Calagem no Brasil. B. van Raij. O.C.Bataglia e N.M. Silva, coordenadores. Soc. Bras. Ci.
Solo, Campinas.
Sabbioni, E., Pietra, R., Gaglione, P. 1982. Long-term occupational risk of rare-earth pneumoconiosis.
A case report as investigated by neutronactivation analysis. Sci. Total Environ. 26, 19-32.
Sax, N.I. 1989. Dangerous properties of industrial materials. Van Nostrand Reinhold, New York,
p3527
Scovino J L S and Rowell D L 1988 The use of feldspars as potassium fertilizers in the savannah of
Colombia. Fertilizer Research 17; 71-83
Tisdale, S.L., Nelson, W.L. e Beaton, J.D. 1985. Soil Fertility and Fertilizers. Fourth Edition.
Macmillan Publishing Company. New York
US-EPA, 1999. Background report on fertiliser use, contaminants and regulations, EPA 747-R-98-003,
Office of Pollution Prevention and Toxics, Washington, DC.
Weerasuriya T J, Pushpakumara S and Cooray P I 1993 Acidulated pegmatite mica: A promisisng
new multi-nutrient mineral fertilizer. Fertilizer Research 34: 67-77.
24