Adsorção seletiva de fósforo nas frações orgânica e inorgânica de organossolo e cambissolo

Orientador: Prof. Dr. Volnei Pauletti

Coorientadores: Prof. Dr. Antônio Carlos Motta, Profa. Dra. Nerilde Favaretto

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa : Curitiba, 29/04/2024

Inclui referências

Área de concentração: Solo e Ambiente

Resumo: O fósforo (P) pode ser adsorvido no solo por vários mecanismos, reações de superfície com o componente mineral e orgânico e suas interações. O objetivo geral do trabalho foi estudar a adsorção do P na matriz de solos e a dinâmica de adsorção do nutriente quando seus componentes foram seletivamente removidos. O primeiro estudo foi conduzido com agregados (< 2 mm) de Organossolo e Cambissolo. Foi estimada a capacidade máxima de adsorção de P (CMAP) para ambos os solos (0-0,2 m). As amostras foram submetidas a extrações seletivas de compostos orgânicos e minerais com hidroxilamina (HH), ditionito de sódio (DS), hipoclorito de sódio (HS), hidróxido de sódio (NaOH), peróxido de hidrogênio (H2O2) e tratamento controle (CT). No segundo estudo, foram utilizadas seis amostras de Organossolos, com remoção da fração mineral com HF 10% para concentração da matéria orgânica do solo (MOS). Após teste preliminar, foram selecionados Ca2+, La3+, Al3+, Ce4+ e controle (C) para avaliar a eficiência de diferentes cátions na formação de pontes de cátions (MOS-cátion- P). A CMAP foi maior no Organossolo em relação ao Cambissolo, comportamento associado a seus maiores teores de minerais com baixo grau de cristalinidade, MOS e caulinita. Nas extrações seletivas, a remoção da MOS com H2O2 e HS resultou em diminuição na adsorção de P. Contudo, essa diminuição na adsorção de P foi compensada, em parte, pela abertura dos agregados e exposição de sítios de adsorção de minerais que estavam oclusos. A adsorção de P em uma matriz de solo não se dá simplesmente pelo efeito isolado de cada componente da fase sólida, mas sim por suas interações. A formação de pontes de cátions, para o Ca2+ foi através de complexação de esfera interna (MOS-Ca- P) em compostos aromáticos. O La3+, com elevado potencial de complexação e adsorção por esfera interna, possivelmente manteve o cátion "ocluso" para a formação de pontes (MOS-La-P), e quando estas ocorreram foram em compostos aromáticos e alquibenzenos. Para o Al apenas 12% estava na forma reativa Al3+, em pH 5,0, contribuindo pouco para a formação de pontes (MOS-Al- P), as quais ocorreram como complexação e adsorção por esfera interna em compostos nitrogenados. A formação de pontes de cátions foi mais efetiva para o cátion Ce4+ (MOS-Ce-P), observada nos seis Organossolos, com correlação para grupos fenólicos (r = 0,80) e compostos nitrogenados (r = 0,90). A MOS atuou positivamente na adsorção de P, porém essa capacidade de adsorção é mais bem compreendida na matriz do solo. Na formação das pontes de cátions com a MOS, deve-se avaliar as características químicas dos cátions polivalentes assim como a reatividades dos diferentes grupos orgânicos.

Abstract: Phosphorus (P) can be adsorbed in the soil by several mechanisms as surface reactions with minerals, organic matter, and its interactions. The general objective of the work was to study the adsorption of P in the soil matrix and the dynamics of nutrient adsorption when its components were selectively removed. The first study was conducted with aggregates (< 2 mm) of Histosol and Inceptisol. The maximum P adsorption capacity (MPAC) was estimated for both soils (0-0.2 m). The samples were subjected to selective extraction of organic and mineral compounds with hydroxylamine (HH), sodium diotinite (SH), sodium hypochlorite (SH), sodium hydroxide (NaOH), hydrogen peroxide (H2O2) and control treatment (CT). In the second study, six samples of Histosol were used, with the mineral fraction removed with 10% HF to concentrate soil organic matter (SOM). After preliminary testing, Ca2+, La3+, Al3+, Ce4+ and control (C) were selected to evaluate the efficiency of different cations in the formation of cation bridges (SOM-cation-P). The MPAC was higher in the Histosol compared to the Inceptisol, a behavior associated with its higher contents of minerals with a low degree of crystallinity, SOM and kaolinite. In selective extractions, the removal of SOM with H2O2 and SH resulted in a decrease in P adsorption. However, this decrease in P adsorption was compensated, in part, by the opening of the aggregates and exposure of mineral adsorption sites that were occluded. The adsorption of P in a soil matrix is not simply due to the isolated effect of each component of the solid phase, but rather to their interactions. In the formation of cation bridges, for Ca2+ it was through inner sphere complexation (SOM-Ca-P) in aromatic compounds. La3+ obtained high complexation and adsorption by the internal sphere, which kept the cation "occluded" for the formation of bridges (SOM-La-P), and when occurred they were in aromatic compounds and alkybenzenes. For Al, only 12% was in the reactive form Al3+, at pH 5.0, contributing little to the formation of bridges (SOM-Al-P), which occurred as complexation and adsorption by inner sphere in nitrogenous compounds. The formation of cation bridges was more effective for the Ce4+ (SOM-Ce-P), observed in the six Histosols, with a correlation for phenolic groups (r = 0.80) and nitrogenous compounds (r = 0.90). SOM acted positively on P adsorption, but P adsorption is better understood in the soil matrix. The formation of cation bridges, the chemical characteristics of polyvalent cations and the reactivity of organic groups must be evaluated.