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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
YORLENI CHANG CAMBRONERO
CARACTERIZAÇÃO DOS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO DE
REPELÊNCIA À ÁGUA EM SOLOS SOB PLANTIO DE Pinus taeda L. NO SUL
DO BRASIL
CURITIBA
2008
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YORLENI CHANG CAMBRONERO
CARACTERIZAÇÃO DOS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO DE
REPELÊNCIA À ÁGUA EM SOLOS SOB PLANTIO DE Pinus taeda L. NO SUL DO
BRASIL
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ciências do Solo, Área de
concentração em Pedologia e Física do Solo,
Departamento de Solos e Engenharia
Agrícola, Setor de Ciências Agrárias,
Universidade Federal do Paraná, como parte
das exigências para a obtenção do título de
Mestre em Ciências do Solo.
Orientador: Dr. Renato Antonio Dedecek
CURITIBA
2008
2
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A Deus por ser sempre meu
refúgio e minha fortaleza.
A meus pais Carlos e Cristina,
pelo seu trabalho incansável e luta
constante em pro da educação de
suas seis filhas.
3
AGRADECIMENTOS
À minha família: Marcelo por toda a paciência, amor, companheirismo e
incentivo em todos os momentos; a Victoria por ser essa menina especial,
compreensiva e carinhosa; minha sogra Eliana e minha comadre Maria pelo apoio.
À Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Floresta (Embrapa Floresta),
representada pelo Chefe Geral Dr. Moacir José Sales Medrado, pela colaboração
técnica e administrativa na realização deste trabalho.
À Universidade Federal do Paraná (UFPR), por meio do Programa de Pós-
Graduação em Ciências do Solo do Departamento de Solos e Engenharia Agrícola,
Setor de Ciências Agrárias, representado pela Dra. Nerilde Favaretto, por todo o
apoio acadêmico.
À Iguaçu Celulose e Papel, pela concessão das amostras de solo.
A CAPES como agencia financiadora pela concessão da bolsa de estudo.
Ao Dr. Renato Antonio Dedecek, pelo seu trabalho de orientação, confiança,
paciência e importantes aportes técnicos que culminaram na realização deste
trabalho.
À Dra. Cláudia M.B.F. Maia, pela confiança, paciência e importantes aportes
técnicos que culminaram na realização deste trabalho.
Ao Dr. Jéferson Dieckow pelos importantes aportes técnicos que culminaram
no aprimoramento do trabalho.
Ao Dr. Antonio Higa pelo incentivo e apoio
À Dra. Cristiane R. B. Fukamachi pela sua paciência e disposição no
ensinamento da química do solo.
Ao Dr. Antonio Sálvio Mangrich, diretor do LABPAM, Departamento de
Química da Universidade Federal do Paraná (UFPR) pelo apoio na realização das
análises químicas.
À Cristiana Tabuti Aoki, Dr. Fabrício A. Hansel, Ing. Gelson, Patrícia que
contribuíram de forma efetiva no desenvolvimento deste trabalho, fazendo no
trabalho, além do que eles chamam de obrigação.
Á Dr. Maria Luzia Simeoni, responsável pelo apoio administrativo referente
aos laboratórios da Embrapa Florestas, sempre disposta a colaborar na pesquisa.
4
Ao Dr. Edílson Batista de Oliveira pela sua contribuição na análise estatística
do trabalho.
À equipe do Laboratório de Solos e Nutrição de Plantas da Embrapa
Florestas.
À família Mochiutti por dar sentido a palavra amizade.
À família Cortázio, por ternos acolhido como parte de sua família, pela sua
amizade, amor, orações e apoio incondicional durante esta fase de nossas vidas.
5
RESUMO
O objetivo do trabalho foi avaliar a repelência à água em amostras de solos
constituídos em laboratório com diferentes teores de matéria orgânica. Para
caracterizar o grau de repelência do solo à água amostras de solo com diferentes
texturas e teores de matéria orgânica constituídos em laboratório foram tratadas com
2 concentrações de extrato hidrofóbico e uma testemunha, para medir a repelência
foi utilizado o método chamado de tempo de penetração de gotas de água (Water
Drops Penetration Time ou WDPT) que baseia-se no tempo gasto para que duas
gotas de água sobrepostas (40µL) levam para penetrar na amostra de terra. Os
testes de repelência foram realizados a 4 temperaturas, temperatura ambiente,
40ºC, 70ºC e 105ºC. Foi caracterizada a matéria orgânica de um neossolo litólico
sob plantio de Pinus taeda com caráter hidrofóbico através da caracterização dos
ácidos húmicos pelo método do IHSS e a extração de substancias hidrofóbicas. Os
compostos hidrofóbicos extraídos de um solo sob plantio de Pinus taeda induziram
em algum grau a repelência à água em solos constituídos em laboratório; estos
compostos hidrofóbicos possuíam características químicas similares às encontradas
em compostos de acículas e raízes de outras espécies do gênero de Pinus. O maior
caráter hidrofóbico em solos de Pinus taeda se encontra nos primeiros 10 cm do
perfil, profundidade que se caracterizo pela a presença de grupos alifáticos na fração
dos ácidos húmicos que comumente tem sido associados com o caráter hidrofóbico
dos solos. A incorporação do extrato hidrofóbico nos solos constituídos em
laboratório provoca repelência à água em diferentes graus, conforme a textura das
amostras, porém a repelência à água só foi apresentou diferença estatística
significativa (P<0,05) nas amostras com 100% de areia, sugerindo que os solos com
textura arenosa são mais propensos a ser recobertos pelas substâncias
hidrofóbicas. O teor de MO tem uma relação positiva com o grau de repelência.
Palavras-chave: hidrofobicidade, Pinus taeda, ácidos húmicos, extratos hidrofóbicos
6
ABSTRACT
The objective of this study was to evaluate the water repellency in samples of soil
formed in the laboratory with different levels of organic matter. To characterize the
degree of water repellency of the soil samples of soil with different textures and
levels of organic matter formed in the laboratory were treated with 2 concentrations
of hydrophobic and extract a witness, to measure repellency was used method called
the Water Drops Penetration Time (WDPT), which is based on time spent for two
drops of water overlapping (40 μ L) lead to penetrate the sample of soil. The tests
were conducted of repellence to 4 temperatures, room temperature, 40ºC, 70ºC and
105ºC. It characterized the organic matter of a lytholic dystrophic Neossolo (Brazilian
Soil Classification System) or an Entisol under loblolly pine (Pinus taeda) with
hydrophobic character through the characterization of humic acids by the method of
IHSS and extraction of hydrophobic compounds. The hydrophobic compounds
extracted from a soil under planting Pinus taeda induced in some degree the water
repellency in soils formed in the laboratory; hydrophobic compounds have chemical
characteristics similar to those found in compounds of needles and roots of other
species of the genus Pinus. Spectroscopic characterization of humic acids revelled
that with the increasing of soil depth these substances have a higher content of
conjugated organic structures, aromatic groups, free organic radicals, leading to
higher humification indexes. Aliphatic groups in these humic fractions are
concentrated at the superficial sample which, in these tree plantations. The higher
hydrophobic character of the superficial soil sample The incorporation of the extract
in the hydrophobic soil made in the laboratory leads to water repellency to varying
degrees, as the texture of the samples, but the water repellency was presented
statistical difference (P <0.05) in the samples with 100% of sand, suggesting that the
texture with sandy soils are more likely to be covered by hydrophobic compounds.
The content of organic matter has a positive relationship with the degree of
repellency.
Index terms: hydrophobicity, Pinus taeda, humic acids, hydrophobic compounds
7
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - REPELÊNCIA À ÁGUA......................................................................... 18
FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UMA MOLÉCULA
ANFIFÍLICA (I) E DAS MUDANÇAS NA ORIENTAÇÃO DE TAIS
MOLÉCULAS (II) SOBRE A SUPERFÍCIE MINERAL DO SOLO
QUANDO EM CONTATO COM UMA GOTA DE ÁGUA.......................
20
FIGURA 3 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA PREPARAÇÃO DAS
MISTURAS UTILIZADAS PARA OS DOIS EXPERIMENTOS, (A)
CLASSES TEXTURAIS APRESENTADAS NO QUADRO 6; (B)
ENRIQUECIMENTO DE CADA CLASSE TEXTURAL COM
DIFERENTES NIVEIS DE MO; (C) TRATAMENTOS COM O
EXTRATO HIDROFÓBICO (ITEM 3.2.6) E A TESTEMUNHA; (D)
REPETIÇÕES....................................................................................... 40
FIGURA 4 - ESPECTRO DE INFRAVERMELHO DAS AMOSTRAS DE ÁCIDO
HÚMICO A DIFERENTES PROFUNDIDADES.................................... 46
FIGURA 5 - DIFRATOGRAMAS DE RAIOS-X DOS ÁCIDOS HÚMICOS A
DIFERENTES PROFUNDIDADES....................................................... 46
FIGURA 6 – ESPECTROS DE EPR DOS ÁCIDOS HÚMICOS A DIFERENTES
PROFUNDIDADES................................................................................ 47
FIGURA 7 – DIAGRAMAS DE BARRAS REPRESENTATIVAS DOS ÍNDICES DE
HUMIFICAÇÃO OBTIDOS ATRAVÉS DA FLUORESCÊNCIA PELA
METODOLOGIAS: (A) MILORI, (B) ZSOLNAY E (C) KALBITZ............ 48
FIGURA 8 – CORRELAÇÃO DAS TÉCNICAS DE FLUORESCÊNCIA PELA
METODOLOGIA DE MILORI (2002) E EPR......................................... 49
FIGURA 9 - PRINCIPAIS GRUPOS QUÍMICOS ENCONTRADOS NOS
EXTRATOS HIDROFÓBICOS.............................................................. 52
8
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – GRAU DE REPELÊNCIA DE UM NEOSSOLO LITÓLICO ANTES E
DEPOIS DA EXTRAÇÃO COM CH CL
3
*
E IPA/NH
3
**
E MASSA
EXTRAÍDA............................................................................................. 51
TABELA 2 – ANÁLISE DE VARIANCIA DE TODAS AS VARIÁVEIS ESTUDADAS. 54
TABELA 3 – MÉDIA DA REPELÊNCIA À ÁGUA (s) PARA OS TRATAMENTOS
DO E1 A DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E CEH2... 56
TABELA 4 – ANÁLISE DE VARIANCIA DE TODAS AS VARIÁVEIS
ESTUDADAS........................................................................................ 61
TABELA 5 – MÉDIAS DA REPELÊNCIA À ÁGUA (s) PARA OS TRATAMENTOS
DO E2 A DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E
CEH2..................................................................................................... 64
9
LISTA DE QUADROS
QUADRO - 1 CARACTERÍSTICAS GRANULOMÉTRICAS E QUÍMICAS DE 5
AMOSTRAS DE SOLO COLETADAS EM PLANTIO DE Pinus
taeda, PIRAÍ DO SUL, PARANÁ......................................................... 31
QUADRO 2 - GRAU DE REPELÊNCIA DE 5 AMOSTRAS DE SOLO
COLETADAS EM PLANTIO DE Pinus taeda, PIRAÍ DO SUL,
PARANÁ.............................................................................................. 32
QUADRO 3 - CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS E GRANULOMÉTRICAS PARA
AS FRAÇÕES DE ARGILA AREIA UTILIZADAS NO
EXPERIMENTO................................................................................... 36
QUADRO 4 - COMPOSIÇÃO DOS TRATAMENTOS CORRESPONDENTES AO
E1......................................................................................................... 37
QUADRO 5 - COMPOSIÇÃO DOS TRATAMENTOS CORRESPONDENTES AO
E2......................................................................................................... 38
QUADRO 6 - QUANTIDADE DE AREIA E ARGILA UTILIZADA PARA OS
EXPERIMENTOS................................................................................ 39
QUADRO 7 - QUANTIDADE DE MO UTILIZADA PARA OS EXPERIMENTOS....... 41
QUADRO 8 - CLASSIFICAÇÃO DO GRAU DE REPELÊNCIA PELO MÉTODO
WDPT................................................................................................. 42
QUADRO 9 - GRAU DE REPELÊNCIA DE UM NEOSSOLO LITÓLICO A
DIFERENTES PROFUNDIDADES........................................................... 44
QUADRO 10 - RAZÕES DAS ABSORBÂNCIAS EM UV-VIS NOS COMPRIMENTOS
DE ONDA 270 E 407 NM (E
2
/E
4
) E 465 E 665 NM (E
4
/E
6
) DE ÁCIDOS
HÚMICOS DE SOLOS SOB PLANTIO DE PINUS A DIFERENTES
PROFUNDIDADES....................................................................................... 45
QUADRO 11 - VALORES DE SPIN/G E G (CORRIDO COM PADRÃO INTERNO
DE STRONG PITCH) PARA AMOSTRAS DE AH A DIFERENTES
PROFUNDIDADES.............................................................................. 47
CARACTERISTICAS QUÍMICAS E GRANULOMÉTRICAS DO
SOLO ONDE FORAM EXTRAIDAS AS SUBSTÂNCIAS
HIDROFÓBICAS.................................................................................. 50
MÉDIA DA UMIDADE (%) PARA OS TRATAMENTOS DO E1 NA
CEH1 E CEH2 NAS DIFERENTES TEMPERATURAS....................... 55
- MÉDIAS DA UMIDADE (%) PARA OS TRATAMENTOS DO E2 A
DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E CEH2................. 63
10
LISTA DE SIGLAS
EPR - Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica
FTIR - Espectrofotometria no Infravermelho com Transformada de Fourier
IHSS - IHSS International Humic Substances Society
RLO - Radical livre orgânico
SP - Padrão Bruker “strong pitch”
UFPR - Universidade Federal do Paraná
UV-Vis - Espectroscopia no Ultravioleta Visível
WDPT - Water Drops Penetration Time
(ω-Hac
16:0
) - Àcido ω-Hydroxyhexadecanóico
LISTA DE ABREVIATURAS
AH - Àcidos húmicos
AM - Amplitude de modulação
CEH0 - Sem extrato hidrofóbico; testemunha
CEH1 -Concentração de extrato hidrofóbico 1
CEH2 - Concentração de extrato hidrofóbico 2
E1 - Experimento 1
E2 - Experimento 2
MO - Matéria orgânica
SH - Substâncias húmicas
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................. 14
1.1 PROBLEMA.................................................................................................... 15
1.2 JUSTIFICATIVA.............................................................................................. 16
1.3 HIPÓTESES.................................................................................................... 17
1.4 OBJETIVO GERAL......................................................................................... 17
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................... 17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................. 18
2.1 Repelência à água em solos........................................................................... 18
2.2 Substâncias responsáveis pela repelência à água em solos.......................... 19
2.3 Origem das substâncias hidrofóbicas............................................................. 21
2.3.1 Vegetação.................................................................................................... 21
2.3.2 Fungos e microorganismos.......................................................................... 22
2.3.3 Influência da matéria orgânica e húmus...................................................... 23
2.4 Fatores abióticos que afetam à repelência à água......................................... 24
2.4.1 Temperatura do solo.................................................................................... 24
2.4.2 Textura do solo e conteúdo de argila........................................................... 24
2.4.3 Conteúdo de umidade.................................................................................. 26
2.5 Substâncias húmicas e seus aspectos químicos relacionados à repelência à
água em solos.................................................................................................. 27
2.5.1 Métodos Espectroscópicos.......................................................................... 28
2.5.1.1 Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR).......... 28
2.5.1.2 Espectrofotometria no Infravermelho com Transformada de Fourier
(FTlR)......................................................................................................... 29
2.5.1.3 Espectroscopia no Ultravioleta Visível (UV-Vis)....................................... 29
3. MATERIAL E MÉTODOS................................................................................. 31
3.1 Caracterização da variação nas estruturas químicas das substâncias
húmicas no perfil de um solo repelente à água.................................................... 31
3.1.1 Área de coleta e amostra de solo................................................................ 31
3.1.2 Procedimentos de extração dos ácidos húmicos......................................... 32
3.1.3 Caracterização espectroscópica dos ácidos húmicos................................. 32
3.2 Caracterização e modelagem da repelência à água em solos constituídos
em laboratório....................................................................................................... 33
3.2.1 Área de coleta e amostras de solo............................................................... 34
3.2.2 Extração de substancias hidrofóbicas.......................................................... 34
3.2.3 Cromatografia gasosa com espectrometria de massa................................ 35
3.2.4 Composição dos tratamentos...................................................................... 35
3.2.5 Delineamento experimental e tratamentos para avaliar a repelência à
água...................................................................................................................... 37
3.2.6 Preparação das misturas de solo para os tratamentos................................ 39
3.2.7 Aplicação do extrato hidrofóbico.................................................................. 41
3.2.8 Medida do grau de repelência 42
3.2.9 Umedecimento e ciclo de secagem 43
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES........................................................................ 44
4.1 Caracterização da variação nas estruturas químicas das substâncias
húmicas no perfil de um solo repelente à água..................................................... 44
4.2 Caracterização e modelagem da repelência à água em solos constituídos
12
em laboratório........................................................................................................ 49
4.2.1 Substâncias hidrofóbicas............................................................................. 49
4.2.2 Caracterização da repelência à água em solos constituídos em laboratório 53
4.2.2.1 Experimento 1 (E1) - Tratamentos com carvão representando a MO....... 53
4.2.2.2 Experimento 2 (E2) - Tratamentos com carvão e com diferentes doses
de ácido húmico (AH) de carvão representando a MO.......................................... 61
5 CONCLUSÕES................................................................................................... 67
6 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..................................... 69
REFERÊNCIAS...................................................................................................... 70
ANEXOS................................................................................................................ 75
13
1 INTRODUÇÃO
A repelência à água ou hidrofobicidade num determinado solo tem sido
reportada como um aspecto negativo quanto ao seu manejo e uso (KING, 1981;
DEKKER; RITSEMA, 2003; DOERR et al., 2000; BUCZKO; BENS; HÜTTL, 2005).
Baixo esta condição o solo se resiste a ser molhado pela água da chuva ou irrigação
por períodos que vão de uns poucos segundos a horas, dias ou semanas.
O efeito primário é a diminuição da taxa de infiltração da água no solo,
reduzindo a quantidade de água disponível e, consequentemente, prejudicando a
germinação de sementes e o crescimento vegetal. Além disso, pela menor
infiltração, pode ocorrer o aumento do escorrimento superficial da água em áreas
declivosas, aumentando a erosão.
A propriedade da repelência à água em solos vem sendo estudada desde
1917 em várias partes do mundo sob diversas condições climáticas e usos da terra,
como exemplo: Nova Zelândia (ROBERTS; CARBON, 1971), Japão (NAKAYA et al.,
1977), Estados Unidos (JEX et al., 1985), Itália (GIOVANNINI et al., 1983), Austrália
(CHANG, 1992), China (PENG et al., 2003) entre outros. A hipótese descrevendo
como surgia a repelência à água em solos foi desenvolvida durante a metade a
metade da década de sessenta (DeBANO, 2003, p. 194), as pesquisas foram
intensificadas, principalmente no estudo da influencia do fogo natural, caracterização
física usando uma metodologia de ângulo de contato, estudos sobre a natureza
química e técnicas de manejo. Na década de 80 foram realizados avanços
significativos relacionados ao efeito da repelência à água no ambiente, assim como
suas características e impactos hidro-geomorfológicos (DOERR et al., 2000, p. 35;
DeBANO, 2003, p. 4-21). Na década seguinte e atualmente um número considerável
de pesquisadores tem publicado ao respeito, aprofundando nas implicações da
repelência à água tanto em solos cultivados como ecosistemas naturais, visando
encontrar estratégias para diminuir os efeitos adversos da repelência à água.
No Brasil existem registros de solos hidrofóbicos no Espírito Santo, Rio de
Janeiro, Maranhão, Mato Grosso, Pará, Paraná (PEREZ et al., 1998; JOHNSON et
al., 2005, MAIA et al., 2006 e JANSEN et al., 2006) em solos com espécies de
palmeiras e gramíneas. Em solos florestais, a repelência é especialmente estudada
14
em regiões com clima semi-árido e subtropical, porém não foram encontrados
registros na literatura abordando este assunto no sul do país.
Os poucos estudos encontrados no país abordando a repelência à água e
dada sua importância no crescimento vegetal, sugere a necessidade de uma
caracterização desta propriedade para as condições climáticas e edáficas
brasileiras. A informação apresentada neste trabalho é uma base para o
desenvolvimento de novas pesquisas e o entendimento do comportamento da
repelência à água no solo.
Na primeira parte deste estudo estudou-se a variação da hidrofobicidade na
fração húmica de um Neossolo extremamente repelente à água sob plantio de Pinus
taeda ao longo do perfil do solo e foi caracterizada quimicamente a fração
hidrofóbica (não húmica) da superfície deste mesmo solo.
A segunda parte da pesquisa foi dedicada a medir a repelência à água de
solos constituídos em laboratório, com diferentes texturas e teores de matéria
orgânica, tratados com extrato hidrofóbico do solo, caracterizado na primeira seção
do estudo.
1.1PROBLEMA
No Brasil, poucos estudos têm abordando a repelência à água em solos
florestais, paralelamente Maia et al, 2006, p.1 encontraram repelência à água em
amostras de solo coletadas em diferentes plantios florestais de Pinus do Paraná e
São Paulo, onde os solos arenosos e com alto teor de matéria orgânica destacaram-
se como extremamente repelentes.
Considerando-se que a repelência à água no solo é tratada como uma
propriedade negativa em solos, com repercussões importantes para o crescimento
vegetal, na hidrologia da superfície e do subsolo e pode favorecer a erosão quando
combinada com outros eventos, tais como, por exemplo, o aumento na freqüência e
intensidade da chuva como conseqüência das alterações climáticas; e que espécies
do gênero Pinus, de grande importância comercial para o país, induzem níveis altos
de repelência à água em solos, surge um forte interesse por entender seu
15
comportamento, com a finalidade de avançar em técnicas que venham a minimizar
os efeitos negativos sobre os cultivos de interesse.
1.2JUSTIFICATIVA
O reflorestamento ou florestamento com essências florestais têm grande
importância na agricultura moderna como alternativa viável desde o ponto de vista
ecológico, econômico e social. A utilização de espécies do gênero Pinus na indústria
madeireira tem sido crescente nas últimas décadas. Recentes estimativas indicam
que cerca de 35% do volume de madeira serrada produzida é formada por madeira
deste gênero (THEODORO, 2006, p.1), sendo fundamental no fornecimento de
matéria prima, principalmente nas regiões sul e sudeste, com aproximadamente 1,8
milhões de hectares plantados (SOCIEDADE BRASILEIRA DE SILVICULTURA,
2008).
O Pinus taeda é a espécie que tem se destacado nas regiões sul e sudeste
pelo seu rápido crescimento, facilidade nos tratos culturais, maior produtividade,
resistência à geada e melhoramento genético.
A repelência à água ou hidrofobicidade de um solo é freqüentemente
observada sob diferentes condições climáticas e associada à vegetação existente no
local, sendo que dois gêneros onde comumente tem se observado este propriedade
são Pinus e Eucalyptus, devido presença de grande quantidade de resinas, cera ou
óleos aromáticos (DOERR, et al, 1996, p. 41-42; DOERR et al, 2000, p. 38);
coincidentemente estes gêneros são de grande importância econômica no
reflorestamento na região sul e sudeste do Brasil.
Tendo em conta que o caráter hidrofóbico em um determinado solo é,
geralmente, abordado nos estudos como um aspecto negativo ao seu uso e manejo,
pesquisas específicas que objetivem avançar no conhecimento das causas,
conseqüências e do comportamento desta propriedade ao longo do tempo são de
suma importância para prever a ocorrência deste problema em solos florestais e
determinar o melhor regime de manejo a ser implementado.
Para dar garantias ao adequado desenvolvimento de pesquisas neste setor,
necessita-se dar maior atenção a temas como: i) identificação das substâncias
16
hidrofóbicas que causam a repelência; ii) desenvolvimento de modelos que ajudem a
predizer esta propriedade; iii) comportamento temporal da repelência à água no
campo; e iv) conseqüências (positivas ou negativas) da repelência em plantações
florestais.
1.3 HIPÓTESES
o Solos com textura arenosa apresentam maior repelência à água de acordo com a
intensidade dos teores de matéria orgânica.
o A repelência à água está diretamente relacionada aos compostos orgânicos
húmicos presentes em solos arenosos hidrofóbicos.
1.4 OBJETIVO GERAL
o Avaliar a repelência à água em solos arenosos com diferentes teores de matéria
orgânica.
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Caracterizar as substâncias húmicas de um solo repelente à água sob plantio de
Pinus taeda quanto à hidrofobicidade em diferentes profundidades
o Avaliar a influência da concentração de componentes hidrofóbicos na repelência
à água de solos com diferentes texturas e teores de matéria orgânica.
o Quantificar e qualificar as características químicas dos componentes hidrofóbicos
de um solo florestal sob plantio de Pinus taeda.
17
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Repelência à água em solos
A maioria dos solos são hidrofílicos, o que significa que as gotas de água
penetram rapidamente nos espaços porosos pela ação da gravidade, auxiliada pelas
forças de sucção, quando os solos não estão saturados. Por outro lado, em solos
hidrofóbicos, que são o objeto deste estudo, à água forma gotas na superfície que
resistem à infiltração por um período de tempo que varia conforme o grau de
repelência à água do solo (DOERR et al., 1996, p 25; DOERR et al., 2000, p. 34;
BUCZKO et al., 2005, p. 318), evento ilustrado na FIGURA 1.
FIGURA 1 - REPELÊNCIA À ÁGUA.
FONTE - MAIA (2006)
A repelência à água está associada a muitos fatores, tais como: i) a
quantidade e qualidade da matéria orgânica; ii) a alternância de chuvas e estiagens;
iii) a umidade relativa do ar; iv) a textura do solo; v) o conteúdo de água do solo; vi) o
histórico de queimadas e, vii) o tipo de vegetação existente ( DeBANO, 2003, p.
195; BUCZKO et al, 2005, p. 318).
A dependência e a combinação destes fatores levam a uma variabilidade
espacial e temporal desta propriedade que podem resultar em problemas nos
processos de infiltração e percolação espacialmente localizados, resultando no
18
desenvolvimento de fluxos sub-superficiais desuniformes; efeitos sobre a distribuição
tridimensional e dinâmica da umidade do solo; aumento da erosão em sulcos devido
às enxurradas, etc. (FERREIRA et al., 2003, p.167).
A afinidade ou repelência entre à água e uma superfície sólida se origina de
forças de atração e repulsão entre as moléculas de água que atuam
simultaneamente. A molécula da água tem um átomo de oxigênio com uma carga
negativa e dois átomos de hidrogênio com carga positiva, com uma forte estrutura
bipolar, onde os cátions ao mesmo tempo em que são atraídos pela superfície
carregada negativamente tendem a se afastar dela (DOERR et al., 2000, p. 35).
A atração destas terminações negativas e positivas induz as moléculas de
água a formarem agregados, mantidos juntos por pontes de hidrogênio. À água se
adere a outras superfícies naturais desde que estas tenham íons carregados
negativa ou positivamente. Na parte interna de um líquido, a força de difusão sob
uma molécula individual é zero ao mesmo tempo em que está rodeada por outras
moléculas e suas forças. Na superfície de um líquido não existem moléculas
similares que se oponham a força de atração provocada pelas moléculas no interior
do líquido. Conseqüentemente, a superfície das moléculas experimenta uma força
de difusão próxima a do interior, provocando a redução da área superficial da água.
Como essas forças opostas são mínimas, o líquido pode assumir uma forma esférica
(PARKER, 1987 mencionado por DOERR et al., 2005, p. 35).
2.2 Substâncias responsáveis pela repelência à água em solos
É comumente aceito que a repelência à água do solo seja causada pelo
recobrimento de suas partículas por compostos orgânicos hidrofóbicos derivados da
atividade e da decomposição de plantas e microorganismos (FRANCO et al, 2000, p.
57; BUCZKO et al., 2005, p. 318; DOERR et al., 2005 p. 235;, MORLEY et al., 2005,
p. 239).
Os principais compostos identificados em solos com caráter hidrofóbico
podem ser divididos em dois grupos: o primeiro é formado por hidrocarbonetos de
cadeia longa com estrutura alifática. Estes compostos são apolares, ou seja, não
possuem carga positiva ou negativa no final da cadeia e são quase insolúveis em
19
água, apresentando caráter hidrofóbico. O segundo grupo é formado por
substâncias polares de estrutura anfifílica, com uma cadeia de hidrocarboneto
(hidrofóbica) tendo como grupo funcional terminal de carga positiva ou negativa, com
caráter hidrofílico (DOERR et al., 2000 p. 36).
Apesar de serem geralmente solúveis em água, as moléculas anfifílicas
podem ser muito efetivas na produção de um revestimento hidrofóbico, unindo sua
terminação polar à superfície do solo e expondo seu terminal apolar (FIGURA 2).
Tais moléculas são os principais constituintes da camada hidrofóbica em solos
arenosos repelentes à água (MA´SHUM et al., 1988, p. 102; FRANCO et al., 2000, p.
48).
FIGURA 2 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UMA MOLÉCULA ANFIFÍLICA (I) E DAS
MUDANÇAS NA ORIENTAÇÃO DE TAIS MOLÉCULAS (II) SOBRE A SUPERFÍCIE
MINERAL DO SOLO QUANDO EM CONTATO COM UMA GOTA DE ÁGUA
(ADAPTADO DE FIGURA MOSTRADA EM DOERR (2000), BASEADA EM
TSCHAPEK, 1984; MA’SHUM AND FARMER, 1985; VELMULAPALLI, 1993)
20
Segundo DOERR et al., 2000, p. 40 faltam mais pesquisas para caracterizar
quimicamente e de forma mais precisa os compostos que provocam a repelência à
água. Entretanto, os estudos realizados caracterizando as substâncias hidrofóbicas
confirmam que são moléculas orgânicas formadas por ácidos graxos de cadeia
longa, alcanos, ésteres e alcoóis todos alifáticos (DOERR et al, 2000, p. 40;
MORLEY et al., 2005, p. 247; PEREZ et al., 1998, p. 202).
2.3 Origem das substâncias hidrofóbicas
Várias podem ser as origens das substâncias orgânicas responsáveis pela
repelência. A vegetação local, em função de sua composição química, pode
contribuir com compostos orgânicos hidrofóbicos que vão recobrindo as partículas
do solo, via deposição, ou liberados pelas raízes criando o caráter de repelência à
água. Nesse sentido, os microorganismos também exercem um papel importante
(DOERR et al, 1996, p. 26; FRANCO et al, 2000, p. 57-58), já que são os principais
decompositores da matéria orgânica do solo.
O aquecimento do solo, provocado por incêndios, é outro fator importante na
geração do caráter hidrofóbico, principalmente através do mecanismo de
volatilização, com a migração e condensação de substâncias orgânicas hidrofóbicas
no perfil do solo (GIOVANNINI; LUCCHESI, 1983, p. 235).
2.3.1 Vegetação
Em muitos estudos, a ocorrência de repelência à água está associada à
vegetação que, em função da sua composição química, pode contribuir com
compostos orgânicos hidrofóbicos, através da deposição e decomposição.
Entretanto, os mecanismos de incorporação destes compostos no solo ainda não
são claros (DOERR et al, 2000, p. 38).
21
O material orgânico presente na superfície do solo, ou serapilheira, formado
por tecidos de plantas e animais não decompostos e produtos de sua decomposição
parcial, tem se mostrado, em vários estudos, uma fonte importante de substâncias
hidrofóbicas (MEURER, 2006, p. 64). Outros estudos têm mostrado que a repelência
à água está mais associada à atividade das raízes das plantas (DOERR et al, 2000,
p. 58), responsáveis por depósitos de lipídeos.
As plantas mais comumente associadas com a repelência à água são as
espécies de árvores sempre-verdes. Em particular, espécies com uma considerável
quantidade de resinas, cera ou óleos aromáticos, tais como espécies dos gêneros
Eucalyptus e Pinus, entre outros (DOERR, et al, 2000, p. 38, SCOTT, 2003, p.
89-90, DOERR, et al, 2005, 226). A repelência à água também tem sido encontrada
em pastagens (JOHNSON, et al, 2005, 319 p.; DOERR, et al, 2005, 226 p.) e dunas
arenosas (DOERR, et al, 2005, 226 p.; MORLEY, et al, 2005, p. 240) e está
fortemente associada a alguns cultivos como, por exemplo, em plantações da
leguminosa Lupinus cosentinii, de acordo com estudos na Austrália (DOERR, et al,
2000, p.39).
Scott, 1992; Moore e Blackwell, 1998, citados por Doerr et al, 2000, p. 39
sugerem que a produção de substâncias hidrofóbicas pode ser um propriedade
semelhante à alelopatia, mecanismo usado pelas plantas para eliminar a
germinação de outras espécies que venham a competir por nutrientes e, assim,
garantem a conservação da água, canalizando-a no perfil do solo, segundo padrões
de vazão preferencial, ao mesmo tempo em que a evapotranspiração da camada
superficial do solo é reduzida.
2.3.2 Fungos e microorganismos
A repelência à água está relacionada também à atividade de fungos e
microrganismos no solo, que por sua vez podem estar associados com alguns tipos
de vegetação como, por exemplo, espécies do gênero Basidiomycea, comuns em
pastagens e cultivos, onde participam da decomposição da liteira e principalmente
da lignina em solos (DOERR et al, 2000, p. 39).
22
Em estudos realizados por Franco, et al, 2000, p. 57 concluiu que a
contribuição direta dos microorganismos como componente das graxas polares, que
originam a repelência à água aparentemente é pouca, entretanto, a atividade
microbiana é essencial para o desenvolvimento destes materiais graxos, de forma
mais especifica durante o processo de degradação microbiana do material
vegetativo, como ligninas e suberinas, novos materiais polares são formados,
contribuindo com o aumento das graxas polares.
2.3.3 Influência da matéria orgânica e húmus
Como os compostos hidrofóbicos são de natureza orgânica, a relação entre a
matéria orgânica e a hidrofobicidade tem sido motivo de vários estudos (BUCSKO,
et al, 2005; HURRAB; SCHAUMANN, 2005; TÄUMER, et al., 2005, entre outros).
Porém os resultados não têm sido muito consistentes, principalmente quando se
fazem estudos comparativos entre amostras de solos diferentes (MATAIX-SOLERA;
DOERR, 2004, p. 84). Uma explicação simples para esta inconsistência pode ser
que a pequena quantidade de compostos hidrofóbicos necessários para causar a
repelência não é proporcional à quantidade de matéria orgânica presente no solo,
particularmente nos diferentes horizontes do solo ou ainda quando diferentes solos
são comparados (DOERR et al., 2000, p.40).
Com respeito ao tipo de material, foram encontradas relações positivas entre
a liteira e o tipo de húmus. Um solo com repelência mais severa é usualmente
encontrado sob uma camada de liteira mais profunda (SCOTT & VAN WYK, 1990).
Embora isto não signifique que o grau de repelência esteja relacionado com o
teor de matéria orgânica, Perez et al, 1998 citam trabalhos onde o maior grau de
repelência à água foi observado em solos com menores teores de carbono orgânico,
levando-se a conclusão que o caráter hidrofóbico está relacionado com a qualidade
e composição e não com a quantidade das substâncias orgânicas (DOERR et al,
2005a, p. 234).
23
2.4 Fatores abióticos que afetam à repelência à água
Os fatores abióticos que tem sido associados com a repelência à água são: i)
temperatura; ii) textura e iii) umidade.
2.4.1 Temperatura do solo
O efeito de altas temperaturas no solo com relação à repelência à água tem
sido amplamente estudado em laboratório. Depois do fogo a repelência à água é
encontrada tipicamente como uma discreta camada de grossura variável e contínua
sobre a superfície do solo ou uns centímetros abaixo e paralela à superfície do solo.
Algumas relações entre a repelência à água e a temperatura são mostradas por
Giovannini; Lucchesi (1987, p. 235); DeBano et al. (2003, p. 195): i) a repelência à
água sobre câmbios pequenos quando os solos são aquecidos a menos que 175ºC,
ii) em temperaturas entre 175-200ºC a repelência à água geralmente se vê
intensificada, iii). substâncias hidrofóbicas são fixadas às partículas do solo perto de
205ºC e iv) a repelência e quebrada acima de 270-300ºC.
O mecanismo de interferência do fogo na repelência à água mais aceito é
que, à altas temperaturas, as substâncias orgânicas hidrofóbicas presentes na
serapilheira e na superfície do solo começam a se volatilizar, mantendo uma relação
móvel descendente, segundo o gradiente de temperatura na serapilheira e no solo,
até se condensarem de forma concentrada (DeBANO, 2003, p. 196).
2.4.2 Textura do solo e conteúdo de argila
A textura do solo está representada pela proporção relativa das partículas de
areia, silte e argila que compõem o solo. Importantes processos e reações químicas
e físicas que ocorrem no solo estão relacionados a esta propriedade, uma vez que a
textura determina a área de superfície específica onde às reações devem ocorrer e
24
influenciar outras propriedades do solo, como a capacidade de troca de cátions, e a
capacidade de retenção de água (MEURER, 2006, p. 22).
A textura do solo e o teor de argila são fatores importantes na repelência e, de
modo geral, as pesquisas apontam que os casos mais extremos de repelência à
água foram constatados em solos com textura arenosa (DOERR et al., 2000; p. 42;
SCOTT, 2003, p. 78). Os mesmos autores explicam que isto acontece devido a
maior facilidade de recobrimento das partículas grossas por substâncias
hidrofóbicas, dada a menor superfície específica desses solos.
Entretanto, as pesquisas vêm demonstrando que apesar dos solos com
textura arenosa apresentarem maior susceptibilidade para desenvolver a repelência
à água, ocorreu muitos registros de hidrofobicidade em solos argilosos o com textura
fina. Por exemplo, Chan (1992) encontrou amostras de solo com 25% a mais de
40% de argila, apresentando grau de repelência extremo. Bisdom et al., 1993
explicam que isto pode ocorrer porque as partículas de argila formam agregados,
reduzindo assim a superfície específica a qual pode vir a ser coberta com uma fina
camada de substâncias hidrofóbicas; outros estudos apontam que em certos
ambientes o aporte de material hidrofóbico pode ser tão elevado, que além de cobrir
as partículas mais grosseiras, cobre também grande parte das partículas finas com
um revestimento orgânico (DOERR et al., 1996). Nesses casos, a partícula fina de
solo poderia ser mais repelente à água que uma de maior textura devido a formar
uma superfície hidrofóbica com área total maior dentro do solo.
DeBano (1991) concluiu que é mais provável que a hidrofobicidade se
desenvolva em solos com menos de 10% de teor de argila, porém Täumer;
Stoffregem; Wessolek (2005, p.110) não observaram mudanças texturais entre
amostras com repelência à água e amostras hidrofílicas.
Scott (2003, p. 89-91) analisando amostras de solos florestais de diferentes
gêneros de Pinus, Eucaliytus grandis e Acácia mearnsii, mostrou que a textura não
foi um fator determinante e que esta variável tem uma pequena contribuição na
repelência à água, sendo que solos de todas as classes texturais desenvolveram
repelência à água.
Lichner et al. (2006, p. 245) estabeleceram que a adição de argila pudesse
ser muito eficaz na redução da repelência à água no solo arenoso, sendo que, isto
depende da mineralogia da argila e do histórico de umidade dos solos. Por exemplo,
durante repetidas fases de umedecimento e secagem, as argilas dominadas por
25
caulinita, que é um argilomineral do tipo 1:1, com uma forte ligação entre camadas,
com um espaço entre camadas muito reduzido para a penetração de água ou íons;
foram muito mais eficazes em reduzir a repelência do que as são argilas do tipo 2:1,
neste caso, montmorilonita e ilita, que quando são umedecidas tendem a dilatar-se e
formar agregados, em tanto que a caulinita quando umedecida não se dilata e
permanece dispersa.
2.4.3 Conteúdo de umidade
O grau de repelência depende, principalmente, do conteúdo de água no solo
(TÄUMER; STOFFREGEM; WESSOLEK, 2005, p.108). Até recentemente, a
hidrofobicidade tinha sido considerada mais pronunciada em solos secos e sua
gravidade diminui conforme aumenta o teor de umidade (DOERR et al, 2000, p. 40,
SCOTT; 2003, p. 91).
Segundo Dekker e Ritsema (1994, p. 2008) existe uma zona de transição ou
zona crítica de umidade do solo, definida por dois conteúdos de umidade. O
primeiro, mais baixo, determina o conteúdo limite de água, abaixo do qual o solo é
repelente à água, e o segundo, mais alto determina o conteúdo de água acima do
qual o solo é molhável. Dentro desta zona, o solo pode ser hidrofóbico ou hidrofílico.
Como exemplo, Doerr; Thomas (2003, p. 141) encontraram valores para esta zona
de transição entre 0,14 – 0,22 g g
-1
, e Täumer; Stoffregem; Wessolek (2005,
p.110-112) mediram esta zona de transição em amostras de solo, ao longo de um
corte transversal de 3 m comprimento por 1 m de profundidade. Considerando todas
as amostras, o conteúdo de água de menor valor para uma amostra molhável foi de
0,03 g g
-1
até 0,18 g g
-1
para as amostras que apresentavam repelência. A maioria
das amostras repelentes se encontraram geralmente na zona de transição entre
0,04 a 0,1 g g
-1
representando estes valores num mapa que mostre o grau de
repelência, o autor comprovou que amostras com alto conteúdo de água
representam áreas molháveis, e as amostras que apresentavam maior repelência à
água foram aquelas com menor conteúdo de umidade.
26
2.5 Substâncias húmicas e seus aspectos químicos relacionados à repelência à
água em solos
Substâncias húmicas (SH) são os principais componentes da matéria
orgânica natural (MO) no solo. Presentes no processo de humificação, as SH são
misturas complexas e heterogêneas de materiais polidispersos formados por
reações bioquímicas e químicas que decompõem resíduos vegetais e microbianos
como lignina vegetal e seus produtos de transformação, polissacarídeos, melaninas,
cutinas, proteínas, lipídeos, ácidos nucléicos, partículas finas de carvão, etc. (IHSS,
2008). A influência das SH sobre as propriedades químicas e físicas do solo está
relacionada com seu alto poder complexante de íons metálicos (complexos em
solução e de superfície), o qual por sua vez, é governado principalmente pelo tipo e
abundância de grupos funcionais oxigenados e nitrogenados (SPOSITO, 1984, p.
48).
Estudos recentes têm mostrado que a interação das SH com os compostos
orgânicos antropogênicos pode ocorrer por meio do efeito hidrofóbico e de
interações do tipo pontes de Van der Waals, cujas intensidades são influenciadas
pela proporção entre a fração aromática e a fração alifática da SH (STUMM, 1992;
MURPHY et aI., 1994; ALMENDROS, 1995).
As SH são derivadas da decomposição e da reorganização da biomassa
vegetal (MEURER, 2006, p.67). A síntese e degradação das SH são processos
dinâmicos, de equilíbrio influenciado por mudanças ambientais, tais como, variações
de umidade e aeração.
Os graus de aromaticidade e alifaticidade são características químicas
tradicionalmente usadas na caracterização das SH, por considerar que estruturas
mais aromáticas são típicas de SH em estágio mais avançado de humificação
(JERZYKIEWICZ et al., 1999). A aromatização das estruturas das SH é
conseqüência de atividade microbiana (PEREIRA NETO et al., 1996) e, também,
das estruturas químicas do material de partida.
De modo geral, as SH são boas dispersantes e podem agir como agentes
oxidantes e redutores tendo inúmeras aplicações. A reatividade da matéria orgânica,
particularmente das SH, é causada pela presença de grupos funcionais oxigenados,
tais como hidroxilas, carboxilas, cetonas, ésteres, aldeídos, etc. Estes grupos
27
aumentam em quantidade durante a humificação e diminuem com a massa
molecular. Estruturas nitrogenadas porfirínicas são sintetizadas por actinomicetos no
processo de humificação.
2.5.1 Métodos Espectroscópicos
Os métodos espectroscópicos comumente usados na caracterização química
da MO e substâncias húmicas do solo, que foram utilizados neste trabalho são
descritos a continuação.
2.5.1.1 Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR)
Uma das principais informações a respeito das SH é o grau de humificação,
que está associado à estabilidade e à complexidade das moléculas das SH,
formando cadeias com maior quantidade de grupos aromáticos.
A EPR é uma técnica bastante sensível, não destrutiva, que detecta elétrons
desemparelhados de uma amostra, em fase líquida ou sólida, e caracteriza seu
ambiente químico (NAKAGAKI, et aI., 1997).
Além de identificar o radical livre orgânico (RLO) e metais de transição, a
espectroscopia de EPR fornece outros parâmetros espectroscópicos como
determinar o fator g, determinar a largura da linha e a saturação de potência do sinal
do radical livre (MARTIN-NETO et al., 1991, 1994, 1998).
A concentração de RLO tem especial importância no estudo das SH porque
estas espécies químicas podem influenciar muitas reações no solo nas quais as SH
estão sabidamente envolvidas, tais como a formação de complexos metálicos,
adsorção e alteração química de agroquímicos e atividade fisiológica radicular
(STEVENSON, 1982).
Em compostos contendo átomos leves, como RLO, o valor de g é próximo
ao g do elétron livre (g
e
= 2,0023), na faixa de 2,0020 a 2,0060. Em espécies
químicas constituídas por átomos paramagnéticos mais pesados, como os dos íons
28
dos metais de transição, esses acoplamentos são maiores e os valores de g sofrem
uma variação maior (GUIMARÃES, 1997).
A presença de radicais livres orgânicos nas frações húmicas é usualmente
explicada como originada de estruturas do tipo semiquinonas ou hidroquinonas,
derivadas de metabólitos primários e secundários das plantas (STEVENSON, 1982).
2.5.1.2 Espectrofotometria no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTlR)
As técnicas de FTIR têm sido usadas nos estudos de macromoléculas
orgânicas complexas como as SH (SCHNITZER, 1971; STEVENSON, 1982; INBAR
et aI., 1989) e para identificar grupos funcionais como, ácidos carboxílicos, aminas,
amidas, grupos alifáticos e grupos hidroxilas (PAIN, 1990).
Esta técnica tem sido usada também para avaliar os efeitos dos extratores
químicos e o grau de pureza alcançado através dos processos de purificação.
Outras aplicações da técnica espectroscópica estão relacionadas à investigação de
possíveis trocas nas estruturas químicas das SH e na indicação de interações com
pesticidas, metais e argilas nos ambientes aquáticos, terrestres e na investigação de
solos in situ (CHEN et al., 1977, p. 354).
2.5.1.3 Espectroscopia no Ultravioleta Visível (UV-Vis)
Apesar de seus espectros aparentemente simples, a espectroscopia de UV-
Vis é uma técnica útil para a caracterização das mais variadas substâncias. A
espectroscopia na região do UV-Vis permite a identificação de transições de elétrons
entre grupos adjacentes (transições eletrônicas). Por esta razão, a espectroscopia
de UV-Vis é também chamada de espectroscopia eletrônica.
Como as suas transições eletrônicas ocorrem, muitas vezes, na faixa do
visível, os físicos também costumam chamar-Ia de espectroscopia óptica. Os
elétrons de ligações químicas absorvem energia na faixa do ultravioleta - visível (190
- 800 nm), e os grupos que os contém são chamados cromóforos, grupos
29
insaturados covalentes, responsáveis pela absorção eletrônica, como, por exemplo,
C=C, C=O ou N0
2
ligados aos cromóforos estão os auxócromos, grupos saturados,
ou átomos, que alteram tanto o comprimento de onda como a intensidade da
absorção como, por exemplo, OH, NH
2
e CI (SILVERSTEIN et aI.,1979).
A espectroscopia de fluorescência por luz UV-Vis fornece informações que
podem ser usadas para diferençar e classificar a matéria orgânica natural de acordo
com a sua origem, gênese e natureza, também para identificar estruturas
moleculares e funcionalidades, sendo sensível à presença de metais pesados e
contaminantes orgânicos. As principais vantagens são a alta sensibilidade e a
seletividade, e somente os grupos funcionais que fluorescem podem ser
observados.
Os espectros de fluorescência das substâncias húmicas são constituídos pela
soma dos espectros dos diferentes tipos de fluoróforos presentes, conseqüência da
complexidade molecular e heterogeneidade, sendo possível propor a fluorescência
como técnica para estudar os processos de humificação.
A técnica de UV-Vis é utilizada para medidas da chamada razão E
4
/E
6
das SH
(CHEN et aI., 1977) ou seja a razão das absorbâncias entre 465 nm (E
4
) e 665nm
(E
6
). A razão E
4
/E
6
tem sido utilizada como parâmetro para medida do grau de
conjugação e/ou condensação dos anéis aromáticos das SH e logo do grau de
humificação complementarmente aos dados obtidos por EPR e FTIR (GUIMARÃES,
1997).
A baixa razão E
4
/E
6
está diretamente relacionada com o aumento da massa
molecular e condensação de grupos aromáticos e inversamente relacionada com a
quantidade de grupos alifáticos. Estudos evidenciaram que este dado independe da
concentração de material húmico, mas varia para materiais obtidos de diferentes
tipos de solos e sedimentos (SANTOS et aI., 1999).
A razão E
2
/E
4
(razão entre as absorbâncias em 270 e 407 nm) determinada,
então, por absorção no ultravioleta, tem sido usada para distinguir a origem da MO
do ambiente. A maior razão E
2
/E
4
implica maior participação de plantas terrestres
com altos níveis de estruturas de ligninas (absorção em 270 nm), na formação do
húmus.
Os difratogramas de raios-X para este tipo de amostra ajudam a evidenciar a
aromaticidade como um importante indicador de origem, estabilidade e reatividade
química de materiais húmicos em solos.
30
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Caracterização da variação nas estruturas químicas das substâncias húmicas no
perfil de um solo repelente à água
Os procedimentos para caracterização das substâncias húmicas e as análises
foram realizadas no LABPAM, Departamento de Química da Universidade Federal
do Paraná (UFPR) juntamente com a Embrapa Instrumentação Agropecuária, São
Carlos, SP.
3.1.1 Área de coleta e amostra de solo
A seleção da área de coleta foi em função do estudo de Maia et al., 2005 que
encontraram amostras de solo com alto grau de repelência à água em amostras de
solo sob plantio de Pinus taeda aos 16 anos, localizado no Município de Piraí do Sul,
Paraná, em área de propriedade da Companhia Iguaçu de Papel e Celulose Ltda.
Observam-se no QUADRO 1 algumas características químicas e
granulométricas para 5 amostras de solo coletadas nos primeiros 5 cm de
profundidade, na área de estudo e no QUADRO 2 são apresentados os resultados
de repelência à água obtida pelo método do tempo de penetração de gotas de água
ou Water Drops Penetration Time (WDPT) (SYMPOSIUM ON WATER-REPELLENT
SOILS, 1968, p. 43-47) procedimento descrito mais adiante no item 3.2.7.
Amostra
Areia Silte Argila Carbono orgânico
g kg
-1
(g dm
-3
)
pH
CaCl
2
1 640 160 200 44,82 3,82
2 760 68 172 24,21 4,61
3 764 76 160 36,55 5,03
4 774 86 140 41,67 3,74
5 805 75 120 19,41 4,10
QUADRO 1 - CARACTERÍSTICAS GRANULOMÉTRICAS E QUÍMICAS DE 5 AMOSTRAS
DE SOLO COLETADAS EM PLANTIO DE Pinus taeda, PIRAÍ DO SUL,
PARANÁ
Fonte: MAIA, et al. (2005)
31
Amostra Seca ao ar Seca a 110ºC
WDPT
(s)
Grau de repelência
WDPT
(s)
Grau de repelência
1 >3600 Extremamente hidrofóbico >3600 Extremamente hidrofóbico
2 01 Hidrofílico 01 Hidrofílico
3 295 Fortemente hidrofóbico 1057 Severamente hidrofóbico
4 430 Fortemente hidrofóbico 1513 Severamente hidrofóbico
5 01 Hidrofílico 01 Hidrofílico
QUADRO 2 - GRAU DE REPELÊNCIA DE 5 AMOSTRAS DE SOLO COLETADAS EM
PLANTIO DE Pinus taeda, PIRAÍ DO SUL, PARANÁ
Fonte: MAIA, et al. (2005)
Para a caracterização das substâncias húmicas foi utilizada uma amostra de
solo (amostra 4, QUADRO 1 e 2) coletada por Maia et al., 2005, à granel com pá em
três profundidades, de 0 a 4,9 cm; de 5 a 9,9 cm e de 10 a 30 cm.
3.1.2 Procedimentos de extração dos ácidos húmicos
Para a extração dos ácidos húmicos foi utilizada para cada profundidade uma
amostra pesando 200 gramas. Os ácidos húmicos (AH) foram extraídos pelo método
da International Humic Substances Society-IHSS (SWIFT, R.S., 2005) que consiste
na extração por solubilização em álcali e precipitação em ácido. Após a extração, os
AH foram secos em um liofilizador e macerados para a caracterização
espectroscópica.
3.1.3 Caracterização espectroscópica dos ácidos húmicos
As análises de espectrometria de ultravioleta-visível (UV-Vis) das amostras
sólidas foram feitas utilizando-se um espectrofotômetro Shimadzu UV-2401PC,
equipado com esfera de integração 240-52454-01.
Os espectros de infravermelho foram obtidos em Espectrofotômetro Bomen
FTIR MB 100 em pastilhas de KBr.
As análises de difração de raios-X das amostras de AH em pó foram
realizadas por difratômetro Shimadzu XRD-6000 utilizando radiação Cu Kα
32
(α=1,5418 Å) com parâmetros de 40 kV e 40 mA e ângulos de varredura variando de
10 a 60° (2θ).
Os espectros de EPR foram registrados em espectrofotômetro Bruker ESP
300E, a temperatura ambiente (~300 K), operando em banda -X (freqüência nominal
de 9,5 GHz), empregando 100 kHz de freqüência de modulação de campo
magnético e amplitude de modulação em função do material em análise. Cerca de
100 mg de amostra são colocados em tubo de quartzo de 3 mm de diâmetro interno.
A quantificação do número de radicais livres orgânicos (RLO) (número de
spins g
-1
de AH) é obtida pela área dos sinais de radical livre através da integral
dupla do espectro de RPE, usando o padrão Bruker “strong pitch” (SP). Para
obtenção do número de spin g
-1
das amostras registra-se o espectro em faixa de
campo magnético de 50 Gauss ao redor do campo magnético do sinal do RLO
(~3350G), com amplitude de modulação (AM) de 2 Gauss. Nesta AM, os sinais
largos devidos aos centros de Fe
3+
em domínios concentrados, que aparecem na
mesma região do espectro, são minimizados. Tanto as amostras de AH quanto o
padrão de SP são posicionados, da mesma forma (mesma altura) dentro da
cavidade do espectrômetro de EPR, para permitir a comparação e análise
quantitativa.
As análises de fluorescência foram realizados com soluções de NaHCO
3
0,05
mol L
-1
do AH em concentração de 20mgL
-1
e pH=8, utilizando-se espectrômetro de
luminescência Perkin Elmer LS-50B com abertura de fendas de entrada e saída de
10nm e a velocidade de aquisição de 500nm/min. O grau de humificação foi
determinado através das metodologias propostas por Kalbitz et al., 1999; Zsolnay et
al., 1999 e; Milori et al., 2002.
3.2 Caracterização e modelagem da repelência à água em solos constituídos em
laboratório
Os procedimentos para caracterização e modelagem da repelência à água em
solos constituídos em laboratório foram realizados Embrapa Florestas, Colombo,
PR.
33
3.2.1 Área de coleta e amostras de solo
Foram usados 10 kg de solo sob plantio de Pinus taeda com caráter
severamente hidrofóbico em área de propriedade da Companhia Iguaçu de Papel e
Celulose Ltda. localizado no Município de Piraí do Sul, Paraná. As amostras foram
coletadas de uma profundidade de 5 cm, à granel com pá, na mesma área onde foi
coletada a amostra para a extração dos ácidos húmicos.
3.2.2 Extração de substancias hidrofóbicas
As extrações das substâncias hidrofóbicas foram realizadas em aparelho
Soxhlet de 500 ml. O solo utilizado para a extração (200 g cada vez) foi fracionado
em peneira de 2 mm, pesado e colocado num funil de papel filtro. Uma solução de
clorofórmio: acetona (9:1, v/v) foi utilizada primeiramente para extrair a fração graxa
apolar, com tempo de refluxo de 12 horas, posterior a extração o solo ainda no funil
de papel filtro foi retirado do aparelho Soxhlet e seco a temperatura ambiente em
capela. Após a secagem uma parte da amostra de solo extraída foi colocada em
uma placa de Petri para realizar o teste de repelência (WDPT). Na solução com o
extrato os solventes foram removidos a vácuo em rotavapor, a uma temperatura de
45 ºC. O extrato foi seco em estufa a uma temperatura de 45 ºC.
Posteriormente, a amostra de solo no funil de papel filtro seco após a primeira
extração foi colocada novamente em aparelho Soxhlet e aplicada uma solução de
isopropanol:amônia 15.7M (7:3, v/v) com tempo de refluxo de 24 horas, para extrair
a fração graxa polar. Nesta fase foi necessário pré-umedecer as amostras com o
solvente por 15 minutos antes do iniciar o refluxo. Posterior a extração, o solo no
funil de papel filtro foi retirado do aparelho Soxhlet e colocado para secar a
temperatura ambiente em capela. Uma vez seca uma parte da amostra de solo
extraída foi colocada em uma placa de Petri e submetida ao teste de repelência
(WDPT), para verificar que foi retirado o caráter hidrofóbico das amostras. Na
solução com o extrato hidrofóbico os solventes foram removidos à vácuo em
34
rotavapor, à temperatura de 80ºC. O material extraído foi seco em liofilizador, por
quatro dias em média.
3.2.3 Cromatografia gasosa com espectrometria de massa
Os extratos foram analisados cromatograficamente em equipamento
Shimadzu GC-MS QP 2010, com coluna capilar Restek Rtx-5M (30 m x 0.25 mm,
0.25 mm de espessura da fase estacionária). Os extratos foram introduzidos via
injetor split/splitless injector (1:100). O forno do cromatógrafo foi programado de 40 a
150
o
C com incremento de 10
o
C min
-1
, em seguida de 150 a 310
o
C com 4
o
C min
-1
e
então mantido a 310 °C por 20 min. O gás carreador usado foi hélio à pressão
constante de 49.5 kPa. As temperaturas de interface e da fonte de íon foram de 300
°C e 200
o
C, respectivamente. O espectrômetro de massa foi operado em modo de
impacto eletrônico de 70 eV, com scan da faixa de 50 – 600 m/z em ciclo de 0.5 s.
As substâncias componentes do extrato foram identificadas através de livraria de
espectros de massa computadorizada (NIST 05); a interpretação dos fragmentos de
massa e a seqüência de eluição foi determinada com ajuda de padrão externo.
Somente as substâncias com uma concentração maior que 0,5% em todas as
repetições (3) foram incluídas na análise quantitativa. O ácido ω-
Hydroxyhexadecanóico (ω-Hac
16:0
) foi quantificado usando-se a área do pico (em
corrente iônica total) e usando-se curva de calibração externa. A concentração dos
demais componentes foi calculada como a quantidade relativa de ω -Hac
16:0
.
3.2.4 Composição dos tratamentos
Para a montagem dos tratamentos foram utilizados em total 7,5 kg de areia
fina comercial, que foi lavada e peneirada em malha de 53 μm para eliminar o silte.
Uma solução HCl 3M até pH 4 durante 24 horas foi aplicada para eliminar as cinzas.
No segundo dia, à água foi retirada e neutralizada para descarte, a areia foi tratada
com uma solução de NaOH 3M até pH 8, por 24 horas. No terceiro dia, à água foi
35
trocada e neutralizada com HCl 3M para descarte. Posteriormente a areia foi lavada
por mais 3 vezes com água destilada e colocada para secar a temperatura ambiente.
No QUADRO 3 são apresentadas as características químicas e granulométricas da
areia utilizada no experimento após a lavagem.
O segundo componente utilizado para a preparação dos tratamentos foi argila
comercial, seca e moída, do tipo 1:1, foram utilizados 4,0 kg em total, no QUADRO 3
são apresentadas às características químicas e granulométricas da argila utilizada
no experimento, observa-se que a mesma não apresentava 100% de pureza,
encontrando-se frações de areia e silte, o qual foi considerado na montagem dos
tratamentos.
Amostra Areia Silte Argila Carbono orgânico
(%) (g dm
-3
)
pH
CaCl
2
Argila 12 8 80 0,00 3,83
Areia 100 0,00 0,00 0,00 5,24
QUADRO 3 - CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS E GRANULOMÉTRICAS PARA AS
FRAÇÕES DE ARGILA AREIA UTILIZADAS NO EXPERIMENTO
FONTE: Laboratório de Solos e Nutrição de Plantas, Embrapa Florestas (2007)
O terceiro componente dos tratamentos foi a MO; que foi representada por
carvão comercial moído no Grupo 1 de tratamentos, e no Grupo 2 foi representada
por carvão comercial moído enriquecido com ácido húmico obtido a partir do
tratamento ácido de carvão de eucalipto, o que levou à oxidação parcial das
unidades aromáticas periféricas produzindo grupos carboxílicos, este material foi
extraído pela Embrapa Solos, Rio de Janeiro.
A seleção do carvão comercial e o ácido húmico de carvão para representar a
MO neste experimento foi devido a que pesquisas têm mostrado que as
características estruturais do carvão comercial são muito similares às encontradas
em estruturas aromáticas de SH do solo. O carvão é derivado da carbonização
(pirólise) parcial principalmente de materiais ligno-celulósicos e é composto de
unidades poliaromáticas condensadas, eficientes em hidrogênio e com diferentes
tamanhos e nível organizacional (KRAMER et al., 2004). Esse material é altamente
resistente à oxidação térmica, química e foto-oxidação (SKJEMSTAD et al., 1996). O
enriquecimento com ácido húmico é de particular relevância considerando que as
36
SH são os principais componentes da MO do solo e devido a suas propriedades
físico-químicas (alta quantidade de estruturas aromáticas e hidrofobicidade) elas são
relativamente estáveis no solo e responsáveis pela manutenção de elevados níveis
de MO. Especificamente as SH derivadas do carvão são comumente encontradas
em solos em quantidades significativas (aproximadamente 14% da MO do solo)
(TROMPOWSKY et al., 2005, p. 1480-1481).
3.2.5 Delineamento experimental e tratamentos para avaliar a repelência à água
Foram realizados dois experimentos. Os tratamentos do experimento 1 (E1)
são apresentados no QUADRO 4, utilizou-se um arranjo fatorial 4X20X3 em um
delineamento inteiramente ao acaso, onde o teste de repelência foi aplicado em
quatro temperaturas em 20 tratamentos que representam a combinação de 5 níveis
areia lavada, 5 níveis de argila comercial (tipo 1:1) e quatro níveis de MO aos quais
foram aplicados dois níveis de extrato hidrofóbico e uma testemunha o experimento
contava com três repetições.
Trat.
Composição
textural
Composição
da MO
Areia Argila Carvão
Trat.
Composição
textural
Composição
da MO
Areia Argila Carvão
% %
1 12 80 0 11 12 80 6,5
2 70 30 0 12 70 30 6,5
3 80 20 0 13 80 20 6,5
4 90 10 0 14 90 10 6,5
5 100 0 0 15 100 0 6,5
6 12 80 3 16 12 80 10
7 70 30 3 17 70 30 10
8 80 20 3 18 80 20 10
9 90 10 3 19 90 10 10
10 100 0 3 20 100 0 10
QUADRO 4 - COMPOSIÇÃO DOS TRATAMENTOS CORRESPONDENTES AO E1
Os tratamentos 1, 6, 11 e 16 eram para estar representados por 100% de
argila, mais a análise granulométrica mostrou (QUADRO 3), que o material utilizado
37
apresentava somente 80% de argila, encontrando-se 12% de areia e 8% de silte,
sendo que não foi possível eliminar estas frações, a fração de areia contida na argila
foi tomada em conta para a preparação dos tratamentos nos respectivos
experimentos.
Os tratamentos do experimento 2 (E2) são apresentados no QUADRO 5,
utilizou-se um arranjo fatorial 4X20X3 em um delineamento inteiramente ao acaso,
onde o teste de repelência foi aplicado em quatro temperaturas em 20 tratamentos
que representam a combinação de 5 níveis areia lavada, 5 níveis de argila comercial
(tipo 1:1) e 1 nível de MO (6,5 %), a qual está representada por quatro níveis de
carvão e quatro níveis de ácido húmico, aos quais foram aplicados dois níveis de
extrato hidrofóbico e uma testemunha, o experimento contava com três repetições.
Trat.
Composição
textural
Composição
da MO
Areia Argila Carvão Ácido húmico
Trat.
Composição
textural
Composição
da MO
Areia Argila Carvão Ácido húmico
% %
1 12 80 100 0 11 12 80 70 30
2 70 30 100 0 12 70 30 70 30
3 80 20 100 0 13 80 20 70 30
4 90 10 100 0 14 90 10 70 30
5 100 0 100 0 15 100 0 70 30
6 12 80 90 10 16 12 80 50 50
7 70 30 90 10 17 70 30 50 50
8 80 20 90 10 18 80 20 50 50
9 90 10 90 10 19 90 10 50 50
10 100 0 90 10 20 100 0 50 50
QUADRO 5 - COMPOSIÇÃO DOS TRATAMENTOS CORRESPONDENTES AO E2
Os resultados foram submetidos à análise de variância. As variáveis cujas
variâncias mostraram-se homogêneas tiveram as médias dos tratamentos testadas
por meio do teste de F. Quando os resultados revelaram existir diferenças
estatisticamente significativa entre médias de tratamentos, as médias foram
comparadas pelo teste de Duncan ao nível 5% de probabilidade e análise de
regressão, utilizando o programa Sistema de Análise Estatística (SANEST).
38
3.2.6 Preparação das misturas de solo para os tratamentos
As misturas de solo para os tratamentos de ambos os experimentos foram
preparadas em laboratório e pesadas manualmente em Beckers plásticos. A
quantidade de cada mistura foi calculada com base no volume das placas de Petri
onde o material foi colocado para realizar o teste de repelência e tomando em conta
as repetições do delineamento experimental. As placas de Petri utilizadas no
experimento eram de 5 cm de diâmetro com um volume médio de 25,6 cm
3
.
Primeiramente foram preparadas as 5 misturas de areia e argila, no QUADRO
6 são apresentadas às quantidades requeridas de areia e de argila para as texturas
selecionadas, calculadas inicialmente para uma placa de Petri, logo para cada nível
de MO e para a totalidade do experimento tomando em conta os 7 níveis de MO, o
número de repetições, os 2 níveis de extrato hidrofóbico e a testemunha. Para cada
placa de Petri foi preparado 36 g de mistura, para o calculo foi necessário tomar em
conta que a argila tinha 12% de areia.
Composição textural
Quantidade de
material para uma
placa de Petri
Quantidade de
material para c/
nível de MO
Quantidade de
material para os dois
experimentos
Classe Areia Argila Areia Argila Areia Argila Areia Argila
% ------------- g ------------ ------------- g ------------ ------------- g ------------
1 12 80 0,0 36,0 0,0 324,0 0,0 2.238,0
2 70 30 22,5 13,5 202,5 121,5 1.417,5 850,5
3 80 20 27,0 9,0 243,0 81,0 1.701,0 567,0
4 90 10 31,5 4,5 283,5 40,5 1.984,5 283,5
5 100 0 36,0 0 324,0 0 2.268,0 0,0
Total 7.371,0 3.939,0
QUADRO 6 - QUANTIDADE DE AREIA E ARGILA UTILIZADA PARA OS
EXPERIMENTOS
As misturas foram pesadas em Beckers plásticos de 5 L e homogeneizadas
manualmente (FIGURA 3A). Cada classe textural foi separada em 7 partes, a
quantidade de cada mistura contempla material suficiente para as três repetições e a
aplicação de dois níveis de extrato hidrofóbico e a testemunha (324 g, QUADRO 6),
39
estas misturas foram armazenadas em recipientes plásticos (1 L) com tampa,
devidamente identificadas. Posteriormente cada uma delas foi enriquecida com os
diferentes níveis de MO, completando assim os tratamentos (FIGURA 3B).
Posteriormente as misturas (areia + argila + MO) foram divididas em três partes
(FIGURA 3C), duas reservadas para a aplicação do extrato hidrofóbico e a terceira
como testemunha).
FIGURA 3 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA PREPARAÇÃO DAS MISTURAS UTILIZADAS
PARA OS DOIS EXPERIMENTOS, (A) CLASSES TEXTURAIS APRESENTADAS NO
QUADRO 6; (B) ENRIQUECIMENTO DE CADA CLASSE TEXTURAL COM DIFERENTES
NIVEIS DE MO; (C) TRATAMENTOS COM O EXTRATO HIDROFÓBICO (ITEM 3.2.6) E A
TESTEMUNHA; (D) REPETIÇÕES
REP 1
REP 2
REP 3
1
2
3
4
5
CEH0
CEH1
CEH2
A
(B)
)
0%
3%
6,5%
10%
MO (carvão +
AH)
(C)
(D)
40
A quantidade de carvão e acido húmico para uma placa de Petri, para cada
nível de MO e para a totalidade do experimento são apresentados no QUADRO 7
Os tratamentos que apresentaram 6,5% de MO estão presentes em ambos os
experimentos, pelo que ele foi realizado só uma vez, resultando na totalidade 35
misturas e não 40 que é o número total de tratamentos para os dois experimentos.
Componente da
MO
Quantidade de
MO para uma
placa de Petri
Quantidade de
MO para c/
mistura
Quantidade de
MO para todo o
experimento
Experiment
o
Nível de
MO
Carvão
Ácido
húmico
Carvão
Ácido
húmico
Carvão
Ácido
húmico
Carvão Ácido húmico
------------- % ------------- ------------ g --------- ------------ g --------- ------------ g ---------
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 3 100 0 1,1 0 9,9 0 49,5 0
1 6,5 100 0 2,3 0 20,7 0 103,5 0
1 10 100 0 3,6 0 32,4 0 162,0 0
2 6,5 100 0 0 0 0 0 0 0
2 6,5 90 10 2,1 0,2 18,9 1,8 94,5 9,0
2 6,5 70 30 1,6 0,7 14,4 6,3 72,0 31,5
2 6,5 50 50 1,15 1,15 10,3 10,3 51,5 51,5
Total 533,0 92,0
QUADRO 7 - QUANTIDADE DE MO UTILIZADA PARA OS EXPERIMENTOS
3.2.7 Aplicação do extrato hidrofóbico
O extrato hidrofóbico foi adicionado nos tratamentos em 2 concentrações: i)
concentração de extrato hidrofóbico 1 (CEH1), metade do rendimento originalmente
extraído do solo de Pinus taeda; ii) concentração de extrato hidrofóbico 2 (CEH2),
proporção a ser calculada a partir do rendimento dos extratos, conforme a fração
originalmente extraída do solo de Pinus taeda, tendo uma mostra sem extrato
hidrofóbico; que representa o tratamento testemunha (CEH0) (FIGURA 3C). A
primeira dose foi a metade do rendimento obtido de extrato hidrofóbico (g kg
-1
de
solo extraído) e a segunda corresponde ao rendimento de extrato hidrofóbico
extraído (g kg
-1
de solo).
41
Os extratos foram diluídos em metanol morno e adicionados às misturas de
solo. Após a adição dos extratos, uma solução de metanol:clorofórmio (1:1 v/v) foi
adicionada às misturas para umedecê-las completamente e assim poder misturar e
uniformizar o solo mais facilmente com uma espátula. O frasco contendo a mistura
foi lacrado com rolhas e papel parafilm e agitado por 2 h, posteriormente os frascos
foram abertos e colocados para secar em estufa a 70ºC para retirar os solventes.
3.2.8 Medida do grau de repelência
Para caracterizar o grau de repelência do solo à água, as amostras foram
colocadas em placas de Petri de 5 cm de diâmetro e 25 cm
3
de volume em média.
O método usado para determinar a repelência foi o do tempo de penetração
de gotas de água (WDPT) (SYMPOSIUM ON WATER-REPELLENT SOILS, 1968, p.
43-47), que mede o tempo gasto para que duas gotas de água sobrepostas (40µL)
penetrem na amostra de solo. Cada gota foi liberada de uma altura aproximada de
10 mm acima da superfície do solo, para minimizar o impacto com a superfície. A
classificação do grau de repelência à água por este método se encontra no
QUADRO 8.
Classificação
Grau de repelência
(segundos)
Hidrofílico < 5
Levemente Hidrofóbico 5 – 60
Fortemente Hidrofóbico 60 – 600
Severamente Hidrofóbico 600 – 3600
Extremamente Hidrofóbico > 3600
QUADRO 8 - CLASSIFICAÇÃO DO GRAU DE REPELÊNCIA PELO MÉTODO
WDPT
Fonte: Symposium on Water-Repellent Soils (1968, p. 43-47)
42
3.2.9 Umedecimento e ciclo de secagem
Em cada placa de Petri foram realizadas 4 leituras de repelência à água ou
WDPT para a análise foi utilizada a media destas leituras. O WDPT foi repetido em 4
temperaturas: i) a temperatura ambiente, onde as amostras foram secas ao ar; ii) à
40ºC: uma vez feito o teste de repelência a temperatura ambiente, as amostras
foram saturadas com 10 ml de água destilada, durante 3 dias, posteriormente foram
colocadas em estufa para secar durante 24 horas. Uma vez secas as amostras
foram resfriadas em um dissecador durante 24 horas, pesadas e homogeneizadas
com macerador e um novo teste de repelência foi realizado; iii) à 70ºC: uma vez feito
o teste de repelência a 40ºC, as amostras foram colocadas em estufa durante 24
horas. Uma vez secas, as amostras foram resfriadas em dissecador durante 24
horas, pesadas e homogeneizadas com macerador e um novo teste de repelência
foi realizado; iv) à 105ºC: depois de fazer o teste de repelência a 70ºC as amostras
foram colocadas novamente em estufa durante 24 horas. As amostras secas foram
resfriadas em dissecador durante 24 horas, pesadas e homogeneizadas com
macerador e um novo teste de repelência foi realizado.
A homogeneização das amostras é um passo importante a ser realizado, já
que as amostras perdem a repelência à água superficialmente quando são
saturadas com água devido à mudança de orientação das moléculas anfifílicas
(FIGURA 2).
43
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Caracterização da variação nas estruturas químicas das substâncias húmicas no
perfil de um solo repelente à água
O solo estudado foi classificado como um Neossolo litólico (SANTOS et al,
2006), no QUADRO 9 observa-se seu grau de repelência a diferentes
profundidades. Os resultados mostram que o grau de hidrofobicidade diminui com o
aumento da profundidade. Este resultado também foi observado por Dekker et al.
(2003, p. 104 - 111) onde as amostras tomadas de 0-5 cm de profundidade em sítios
com diferentes tipos de vegetação apresentaram caráter fortemente a severamente
hidrofóbico, o autor cita que a diminuição do grau de repelência à água com a
profundidade se deve a diminuição do teor de matéria orgânica conforme se avança
no perfil do solo.
A quantidade de ácido húmico em g por kg de solo extraído pode ser
observada no QUADRO 9, representando em média 12,6% da amostra de solo, o
que é considerado um valor alto.
Profundidade
(cm)
Tempo de penetração de
gotas de água (s)
Grau de
repelência*
Ácido húmico
g kg
-1
0-5 430 Fortemente
hidrofóbico
26,30
5-10 66 Fortemente
hidrofóbico
28,35
10-30 1 Hidrofílico 22,00
QUADRO 9 – GRAU DE REPELÊNCIA DE UM NEOSSOLO LITÓLICO A
DIFERENTES PROFUNDIDADES
NOTA: * Symposium on Water-Repellent Soils (1968, p. 43-47)
A razão E
2
/E
4
aumentou com a profundidade do solo obtendo valores
máximos na amostra de 5 a 10 cm (QUADRO 10) o que indica um maior conteúdo
lignina (absorção a 270 nm), com uma ligeira queda na amostra de 10-30 cm. A
razão E
4
/E
6
para os ácidos húmicos (AH) geralmente e menor que 5,0 e diminui com
44
o aumento da condensação ou estruturas orgânicas conjugadas (CHEN et al., 1977;
STEVENSON, 1994;), o que pode indicar um aumento do seu grau de
aromaticidade.
Profundidade
[cm]
E
2
/E
4
E
4
/E
6
0-5 0,71 1,11
5-10 0,86 1,10
10-30 0,83 1,08
QUADRO 10 – RAZÕES DAS ABSORBÂNCIAS EM UV-VIS NOS COMPRIMENTOS DE ONDA
270 E 407 NM (E
2
/E
4
) E 465 E 665 NM (E
4
/E
6
) DE ÁCIDOS HÚMICOS DE
SOLOS SOB PLANTIO DE PINUS A DIFERENTES PROFUNDIDADES
O espectro infravermelho dos ácidos húmicos (FIGURA 4) é típico para este
tipo de material. As amostras apresentam uma banda larga de grande intensidade
na região de 3400 cm
-1
, atribuída principalmente ao estiramento O-H de grupos
fenólicos e álcoois. Bandas em 2918 e 2850 cm
-1
correspondem ao estiramento de
grupos C-H alifáticos (-CH
2
e CH
3
) (MIIKKII et al, 1997), e apresentam baixa
intensidade na amostra da maior profundidade (10-30 cm). A absorção de bandas
em 1716 (C = estiramento de grupos carboxílicos e cetônicos) e em 1616 cm
-1
(grupos aromáticos C = C e H-C = O). Na região de 1400 - 1370 cm
-1
as bandas de
absorção são devidas à: deformação O-H, deformação C-H (-CH2;-CH3) e
estiramento simétrico de COO-; em 1238 e 1041 cm
-1
observa-se absorções
referentes a éteres aromáticos e vinílicos e entre 1170 - 950 cm
-1
as bandas de
absorção são devidas ao estiramento CO de álcoois, e/ou fenóis e/ou carboidratos e
impurezas de silicatos (Si-O) (STEVENSON, 1994); finalmente, absorções em 541
cm
-1
são comumente atribuídos a oscilação torcional de H-N.
45
FIGURA 4 - ESPECTRO DE INFRAVERMELHO DAS AMOSTRAS DE ÁCIDO HÚMICO A
DIFERENTES PROFUNDIDADES
As análises de difração dos AH a diferentes profundidades são apresentadas
na FIGURA 5. Os difratogramas de raios-X de pó para materiais húmicos podem
indicar a aromaticidade como indicador de origem, a estabilidade e a reatividade
química do solo. O difratograma pode ser dividido em duas áreas bandas G
(aromáticos) em ~25,5º e bandas γ (alifáticos) em ~20,5 a 21º.
Observa-se nos difratogramas uma maior intensidade de aromáticos na
amostra AH 10-30 do que para as amostras da camada superficial (FIGURA 5).
FIGURA 5 - DIFRATOGRAMAS DE RAIOS-X DOS ÁCIDOS HÚMICOS A DIFERENTES
PROFUNDIDADES
A quantificação dos radicais livres orgânicos (RLO) obtida pela área dos
sinais de radical livre através da integral dupla do espectro de EPR, para as
10 20 30 40 50 60
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
AH 0-5
AH 5-10
AH 10-30
Intensidade
Graus 2
θ
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
AH 5-10
AH 10-30
AH 0-5
541
1041
1238
1386
1616
17162850
2918
3400
Número de onda (cm
-1
)
46
amostras de AH, são apresentadas no QUADRO 11. Os valores de g para as
amostras de AH variam entre 2,0025 para 2,0027, típicos de RLO de semiquinonas.
A concentração de RLO por grama de AH aumentou com a profundidade, este
resultado concorda com os de raios-X e UV-Vis.
Amostra Spin.g
-1
Factor g
0-5 2,96277E+16 2,0026
5-10 8,10632E+16 2,0025
10-30 8,57356E+16 2,0027
QUADRO 11 - VALORES DE SPIN/G E G (CORRIDO COM PADRÃO INTERNO DE
STRONG PITCH) PARA AMOSTRAS DE AH A DIFERENTES
PROFUNDIDADES
A amostra HA 10-30 revelou uma menor intensidade da linha g = 4,3
correspondente aos domínios diluídos de íons Fe
3+
(FIGURA 6).
FIGURA 6 – ESPECTROS DE EPR DOS ÁCIDOS HÚMICOS A DIFERENTES
PROFUNDIDADES
Os valores dos índices de humificação obtidos por fluorescência calculados
através das metodologias de Milori et al., 2002; Zlolnay, 1999 e Kalbitz et al., 1999
são mostradas no FIGURA 7.
0 200 400 600 800 1000 1200
AH 0-5
AH 5-10
AH 10-30
Campo Magnético (G)
47
(A)
(B)
C)
FIGURA 7 - DIAGRAMAS DE BARRAS REPRESENTATIVAS DOS ÍNDICES DE HUMIFICAÇÃO
OBTIDOS ATRAVÉS DA FLUORESCÊNCIA PELA METODOLOGIAS: (A) MILORI, (B)
ZSOLNAY E (C) KALBITZ
Os resultados de fluorescência e EPR (número spin por grama) foram
comparados pela análise de regressão (FIGURA 8) e mostrou um elevado
Profundidades
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
I
464
/I
399
(P 0-5cm)
(P 5-10cm)
(p 10-30cm)
Profundidades
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
A
465
(P 0-5cm)
(P 5-10cm)
(P 10-30cm)
Profundidades
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
A
4
/A
1
(P 0-5cm)
(P 5-10cm)
(P 10-30cm)
48
coeficiente de correlação (R = 0,92). Ambas as técnicas mostraram um aumento do
índice humificação com o aumento da profundidade do solo.
FIGURA 8 - CORRELAÇÃO DAS TÉCNICAS DE FLUORESCÊNCIA PELA METODOLOGIA
DE MILORI (2002) E EPR
4.2 Caracterização e modelagem da repelência à água em solos constituídos em
laboratório
4.2.1 Substâncias hidrofóbicas
No QUADRO 12 são apresentadas algumas características granulométricas e
químicas do solo sob plantio de Pinus taeda antes e depois de serem realizadas as
extrações de substâncias hidrofóbicas. O solo tinha uma textura arenosa, que
segundo estudos publicados em diversos países são os que apresentam de forma
geral a repelência à água (ROBERT; CARBON, 1972; HORNE; McINTOSH, 2003,
p.26; FRANCO et al, 2000).
O teor de carbono orgânico encontrado na amostra de solo coletada foi baixo.
A relação entre o teor de matéria orgânica e o grau de repelência à água em solos
tem se mostrado inconsistente, por um lado diversos estudos têm correlacionado
16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000
3.00E+016
4.00E+016
5.00E+016
6.00E+016
7.00E+016
8.00E+016
9.00E+016
R=0.9176
P=0.26025
A
465
Spin/g
49
positivamente estas duas variáveis, por exemplo: Maia et al (2005, p. 4) no mesmo
local encontraram graus de repelência máximos para amostras com teores de
carbono orgânico entre 30 e 45 g dm
-3
; Buczko (2005, p. 332) obteve correlação
positiva em plantações de Pinus sylvestris e Fagus sylvatica, sendo que a correlação
era mais elevada no outono; porém Perez et al (1998, p. 206) entre outros não
encontraram relação entre os teores de carbono orgânico e os valores de repelência
medidos em amostras de solos de diversas regiões brasileiras, Doerr et al (2000, p.
40) explica que isto pode acontecer devido que a pequena quantidade de compostos
hidrofóbicos que são necessários para causar a repelência não seja proporcional à
quantidade de material orgânico presente no solo, e que outros fatores devem ser
tomados em conta para correlacionar a repelência com o teor de carbono orgânico o
a matéria orgânica, como por exemplo: o tipo de material orgânico, a eficiência da
decomposição do material de origem, vegetação e microorganismos presentes no
solo.
Amostra
Arei
a
Silt
e
Argil
a
pH
K Ca Mg Ca+Mg Al H*Al
Carbono
orgânico
P Na
(%)
CaCl
2
cmol
c
dm
-3
g kg
-1
mg dm
-3
Solo antes
da extração
64,0 16,0 20,0 3,26 0,06 0,59 0,51 1,1 2,92 14,1 12,71 5,66 7
Solo
extraído com
CH Cl
3*
---- ---- ----
3,89 0,03 0,17 0,41 0,58 0,69 9,01 15,17 2,39 2
Solo
extraído
com IPA/NH
3
**
---- ---- ----
5,15 0,06 0,35 0,18 0,53 0,16 5,55 20,08 5,68 8
QUADRO 12 – CARACTERISTICAS QUÍMICAS E GRANULOMÉTRICAS DO SOLO ONDE FORAM
EXTRAIDAS AS SUBSTÂNCIAS HIDROFÓBICAS
FONTE - Laboratório de Solos e Nutrição de Plantas, Embrapa Florestas (2007)
NOTA: * Extração com clorofórmio: acetona (9:1, v/v) e ** extração com isopropanol:amônia 15.7M
(7:3, v/v)
Os resultados das extrações clorofórmio:acetona e extração com
isopropanol:amônia com respeito ao grau de repelência e as quantidades extraídas
para o solo utilizado em este experimento são mostrados na TABELA 1. O solo
utilizado apresentou um caráter extremamente hidrofóbico e depois da extração com
CHCl
3
da fração graxa apolar manteve esse caráter, porém o tempo de repelência foi
muito superior ao da amostra original, isto confirma os resultados de outras
50
pesquisas que concluem que a repelência não esta relacionada com a fração graxa
polar do solo (DOERR et al, 2005a, p. 233)
No procedimento seguinte, que foi a extração da fração graxa polar com IPA/
NH
3
, a repelência foi quebrada tornando a amostra hidrofílica. Esta última extração é
a que quebrou a repelência à água do solo. Segundo Franco et al.(2000, p.38)
análises físico-químicas da repelência à água em solos arenosos no sudeste da
Austrália indicaram que o principal componente do solo que contribui com a
hidrofobicidade e a fração graxa polar, que se origina durante a degradação
microbiana de alguns componentes das plantas como a lignina e a suberina.
A quantidade extraída de substâncias hidrofóbicas com IPA/NH
3
foi de 5,76 g
kg
-1
de solo extraído. Comparativamente com um estudo realizado por Doerr et al.
(2005, p. 228) em florestas de Pinus que apresentava um solo de caráter levemente
hidrofóbico obteve uma massa de 1,22 g kg
-1
; o menor valor (0,23 g kg
-1
) foi obtido
numa duna hidrofílica com baixos teores de matéria orgânica e o maior valor (9,76 g
kg
-1
) foi encontrado na superfície de um solo arenoso com pastagem, caráter
fortemente hidrofóbico e comparativamente mais rico em matéria orgânica.
O aumento do valor do carbono orgânico logo após as extrações foi atribuído
a resíduos dos solventes utilizados.
TABELA 1 – GRAU DE REPELÊNCIA DE UM NEOSSOLO LITÓLICO ANTES E DEPOIS DA
EXTRAÇÃO COM CH CL
3
*
E IPA/NH
3
**
E MASSA EXTRAÍDA
Tempo de penetração de gotas de água
(s)
Massa extraída
(g kg
-1
)
Antes da
extração
Grau de
repelência
1
2
Depois da
extração
com CH Cl
3
Grau de
repelência
3
Depois
da
extração
com
IPA/NH
3
Grau de
repelência
CH Cl
3
IPA/NH
3
9718
Extremamente
hidrofóbico
15 334
Extremamente
hidrofóbico
< 5 Hidrofílico
10,34+-2,
98
5,76+-0,9
3
FONTE: O autor (2007)
NOTA:
1
* Segundo Symposium on Water-Repellent Soils (1968, p. 43-47),
2
Clorofórmio: acetona
(9:1, v/v) e
3
isopropanol:amônia 15.7M (7:3, v/v)
51
Com base no rendimento obtido de extrato hidrofóbico extraído por unidade
de solo com a solução de IPA/NH
3
as concentrações que foram utilizadas para os
experimentos são:
I) Concentração de extrato hidrofóbico 0 (CEH0): sem extrato hidrofóbico
(testemunha);
ii) Concentração de extrato hidrofóbico 1 (CEH1): 2,88 g extrato hidrofóbico kg
de solo preparado e
iii) Concentração de extrato hidrofóbico 2 (CEH2): 5,76 g extrato hidrofóbico
kg de solo preparado.
Cromatografia gasosa com espectrometria de massa
O cromatograma dos extratos hidrofóbicos revelou a presença dos seguintes
grupos químicos: derivados do ácido hidroxicinâmico; ácidos α, ω-alcanedióicos;
ácidos alcanóicos; ácidos ω-hidroxialcanóicos e alcanóis. A cutina e suberina são
especialmente ricas em ácidos ω-hidroxialcanóicos, sendo que a primeira
apresenta principalmente componentes C
16
e C
18
, enquanto que na última
predominam componentes de cadeia longa de C
16
-C
24
(MORLEY et al., 2005, p.
242). Resultados semelhantes foram encontrados em espécies de Pinus por Matzke;
Rieder, 1991 e Nierop et al., 2006, os quais identificaram ácidos ω-hidroxialcanóicos
em raízes e acículas, com cadeia carbônica na faixa C
16
-C
24
e C
12
-C
16
,
respectivamente.
Outra fonte alternativa de ácidos ω-hidroxialcanóicos é a oxidação microbiana
de ácidos alcanóicos, ainda que nos extratos estudados estes pareçam ter um papel
pouco importante, uma vez que não foi encontrada uma clara relação quantitativa
entre estes dois componentes.
A FIGURA 9 apresenta os principais grupos químicos encontrados nos
extratos hidrofóbicos.
52
FIGURA 9 - PRINCIPAIS GRUPOS QUÍMICOS ENCONTRADOS NOS EXTRATOS HIDROFÓBICOS
Fonte: Hansel et al., 2008 (sem publicar)
4.2.2 Caracterização da repelência à água em solos constituídos em laboratório
4.2.2.1 Experimento 1 (E1) - Tratamentos com carvão representando a MO
Na TABELA 2 são apresentados os resultados da análise de variância onde
foi determinada uma diferença altamente significativa entre as variáveis:
temperatura, tratamentos, concentração de extrato hidrofóbico, a interação destes
efeitos.
53
TABELA 2 – ANÁLISE DE VARIANCIA DE TODAS AS VARIÁVEIS ESTUDADAS
Causas da variação Graus de
Liberdade
Valor de F PROB > F
Temperatura 3 60,62 0,00001*
Concentração de extrato hidrofóbico
(CEH)
2 252,69 0,00001*
Tratamento 19 157,21 0,00001*
Temperatura x CEH 6 34,83 0,00001*
Temperatura x Tratamento 57 24,20 0,00001*
CEH x Tratamento 38 51,96 0,00001*
Temperatura x CEH x Tratamento 114 16,91 0,00001*
Resíduo 480
TOTAL 719
NOTA: * Significativo a 5% probabilidade, CV% = 92,3%
O coeficiente de variação calculado na análise de variância foi de 92,3 % e,
tendo em conta o elevado número de graus de liberdade do experimento (TABELA
2) este valor não foi considerado alto.
Efeito das concentrações de extrato hidrofóbico
A média geral para a variável CEH1 foi de 86,3 s, para CEH2 foi de 47,8 s e
para a CEH0 (testemunha) foi de 1,1 s. Estes resultados apresentaram diferença
estatística entre si, sendo que a CEH1 é estatisticamente superior ao nível de 5% de
probabilidade. Na CEH0 todos os tratamentos apresentaram um comportamento
hidrofílico (Anexo 1), o seja o tempo de repelência em todos os tratamentos não foi
superior a cinco segundos, mostrando que a testemunha não apresentava
repelência à água e para os tratamentos com CEH1 e CEH2 que apresentaram um
comportamento diferente os compostos orgânicos extraídos de um solo sob plantio
de Pinus taeda com caráter extremamente hidrofóbico, foram os responsáveis pela
repelência à água.
Esperava-se que os tempos de repelência à água fossem superiores na
CEH2 por apresentar o dobro de substâncias hidrofóbicas que as encontradas na
CEH1, porém isto não aconteceu, esta inconsistência foi atribuída a erro
experimental, sendo este por um lado o tempo de secagem de 24 horas para cada
temperatura, o qual se mostrou insuficiente para que os tratamentos chegassem a
54
um peso constante, conseqüentemente o teor de umidade não apresentou
uniformidade conforme a temperatura para as diferentes CEH (QUADRO 13). Este
erro afetou de forma mais significativa a CEH2 nas temperaturas de 70ºC e 105ºC,
atribuído à maior concentração de compostos orgânicos; onde a formação de um
filme hidrofóbico superficial poderia ajudar a aumentar a retenção de água no solo
(DOERR; THOMAS, 2003, p. 138).
Composição
dos tratamentos
Nível de concentração de extrato hidrofóbico
CEH1
1
CEH2
2
No. Areia
Argila MO 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC 22ºC
40ºC 70ºC 105ºC
--------- %---------- ------------------------------------- Umidade (s) -------------------------------
1 12 80 0 1,6 18,4 0,0 0,0 1,0 4,0 2,3 1,0
2 70 30 0 0,7 14,2 0,0 0,0 0,8 1,4 0,1 0,0
3 80 20 0 0,5 9,9 0,0 0,0 1,2 1,3 0,0 0,0
4 90 10 0 0,4 11,5 0,0 0,0 0,3 0,7 0,0 0,0
5 100 0 0 0,2 9,6 0,0 0,0 0,2 1,3 1,6 1,5
6 12 80 3 2,3 18,5 0,0 0,0 2,8 2,2 0,0 0,0
7 70 30 3 0,9 13,9 0,0 0,0 0,7 2,0 0,3 0,0
8 80 20 3 0,8 11,8 0,0 0,0 0,6 1,6 0,5 0,3
9 90 10 3 0,6 11,8 0,0 0,0 0,3 0,6 0,0 0,0
10 100 0 3 0,5 11,7 0,0 0,0 0,4 3,6 1,1 1,0
11 12 80 6,5 2,0 14,5 0,0 0,0 2,5 1,6 0,0 0,0
12 70 30 6,5 1,0 8,9 0,0 0,0 0,6 5,5 0,3 0,2
13 80 20 6,5 0,9 9,9 0,0 0,0 0,7 3,8 0,4 0,2
14 90 10 6,5 0,7 12,1 0,0 0,0 0,6 1,3 0,2 0,1
15 100 0 6,5 0,7 10,7 0,0 0,0 0,5 6,3 0,8 0,7
16 12 80 10 2,0 16,9 0,0 0,0 0,9 4,5 0,5 0,4
17 70 30 10 2,4 14,0 0,0 0,0 0,7 4,9 1,7 1,6
18 80 20 10 1,1 10,9 0,0 0,0 0,7 4,5 0,8 0,7
19 90 10 10 1,0 8,4 0,0 0,0 0,5 4,4 1,6 1,3
20 100 0 10 0,9 9,9 0,0 0,0 0,5 7,5 1,4 1,3
QUADRO 13 - MÉDIA DA UMIDADE (%) PARA OS TRATAMENTOS DO E1 NA CEH1 E
CEH2 NAS DIFERENTES TEMPERATURAS
FONTE: O autor (2007)
NOTA:
1
CEH1 = 2,88 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
2
CEH2 = 5,76 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
Outra possível fonte de erro foi o tempo de estabilização entre a incorporação
do extrato hidrofóbico e as leituras da repelência especialmente a temperatura
ambiente; para a CEH1, primeiro grupo de tratamentos a ser preparado este tempo
foi de uma semana, para a CEH2 3 dias, e no caso das outras temperaturas em
ambas CEH o tempo foi de 24 horas, estes tempos se mostraram insuficientes, para
a perfeita reorientação das moléculas anfifílicas. Em testes de repelência à água
realizados em solo coletado para a extração das substâncias hidrofóbicas, algumas
55
amostras não apresentaram hidrofobicidade, porém elas foram armazenadas a
temperatura ambiente, alguns meses depois um novo teste de repelência foi
aplicado, apresentando um caráter severamente hidrofóbico (dados não publicados),
comprovando a importância de um tempo de estabilização maior, porém o
experimento já tinha sido realizado.
Efeito da temperatura na repelência
Observa-se na TABELA 3 a influência da temperatura nas CEH1 e CEH2, os
dados referentes à CEH0 não são apresentados em esta seção devido a que os
tratamentos não apresentaram diferença estatística significativa como foi discutido
anteriormente (Anexo 2).
TABELA 3 – MÉDIA DA REPELÊNCIA À ÁGUA (s) PARA OS TRATAMENTOS DO E1 A
DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E CEH2
Composição
dos tratamentos
Nível de concentração de extrato hidrofóbico
CEH1
1
CEH2
2
No. Areia
Argila MO 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC 22ºC
40ºC 70ºC 105ºC
--------- %---------- ------------------------------------- Repelência (s) -------------------------------
1 12 80 0
8e 10cd 6d 6d
25c 40bc 35c
31d
6 12 80 3
15e 14cd 12d 9d
16c 28c 26c
25d
11 12 80 6,5
13e 20cd 12d 4d
18c 30c 27c
22d
16 12 80 10
25e 15cd 12d 10d
27c 49bc 39c
29d
2 70 30 0
4e 6d 3d 2d
3c 6c 6c 5d
7 70 30 3
7e 6d 6d 2d
3c 6c 5c 7c
12 70 30 6,5
5e 12cd 4d 2d
4c 12c 9c 6d
17 70 30 10
13e 16cd 6d 4d
6c 14c 9c 7d
3 80 20 0
2e 4d 2d 1d
1c 2c 1c 1d
8 80 20 3
3e 3d 2d 1d
1c 3c 3c 3d
13 80 20 6,5
1e 5d 3d 1d
3c 7c 8c 3d
18 80 20 10
3e 14cd 3d 1d
4c 10c 5c 4d
4 90 10 0
0e 1d 0d 0d
5c 1c 2c 4c
9 90 10 3
1e 1d 0d 0d
8c 4c 6c 8d
14 90 10 6,5
2e 2d 1d 2d
50c 27c 23c 27d
19 90 10 10
2e 5d 2d 1d
35c 26c 28c 18d
5 100 0 0
278d 100ab 230ab 1433a
34c 105ab 69bc 254c
10 100 0 3
750b 46bcd 141c 533b
120b 155a 170a 411a
15 100 0 6,5
632c 155a 279a 364c
202a 135a 117ab 352ab
20 100 0 10
894a 85bc 204bc 395c
261a 130a 109ab 294bc
FONTE: O autor (2007)
56
NOTA: Médias seguidas por letras minúsculas distintas nas colunas diferem entre si pelo
teste t (P<0,05);
1
CEH1 = 2,88 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado e
2
CEH2 = 5,76 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
A temperatura ambiente na CEH1 os tratamentos que apresentaram os
maiores tempos de repelência à água com diferença estatística significativa
(P<0,05%) foram aqueles com 100% de areia. Pesquisas relacionadas com este
tema têm mostrado que a repelência à água foi encontrada em diversos tipos de
solos, com diversos graus de hidrofobicidade, porém os casos mais extremos de
repelência à água foram constatados em solos com textura arenosa devido à maior
facilidade de recobrimento das partículas grossas por substâncias hidrofóbicas, dada
a menor superfície específica desses solos (DOERR et al., 2000; WALLIS &
HORNE, 1992). DeBano (1991) concluiu que é mais provável que a hidrofobicidade
se desenvolva em solos com menos de 10% de teor de argila.
Neste grupo os tratamentos que foram enriquecidos com MO tiveram um grau
de repelência classificado como severamente hidrofóbico sendo que, o tratamento
com o maior nível de MO (10%) foi superior (P<0,05%) com um WDPT de 894 s,
seguido pelo nível de 3% (WDPT = 750 s) e 6,5% (WDPT = 633 s), o tratamento
sem MO apresentou um comportamento fortemente hidrofóbico. É amplamente
aceito que a MO presente no solo pode induzir a hidrofobicidade, neste sentido, os
estudos tem mostrado tanto correlações positivas, como a falta de correlações entre
estas variáveis; como exemplos: Moral et al. (2005, p. 294) medindo a repelência em
46 amostras de solo sob plantio de Pinus pinea encontrou que as amostras com
<6% de MO apresentavam graus de repelência de levemente hidrofóbicos a
severamente hidrofóbicos, e todas as amostras com teores de MO mais elevados
exibiram graus que variavam de severamente hidrofóbicos a extremamente
hidrofóbicos. Em sentido oposto, Dekker e Ritsema (1994, p. 2011) medindo
repelência à água em dunas da Holanda não encontraram correlações entre o teor
de MO e a persistência da repelência; Steenhuis et al., (2001, p. 622) estudando
mais de 3000 amostras de solo coletadas em New York, determinaram graus
extremamente hidrofóbicos em amostras de solo com 3 a 7% de MO, nas amostras
hidrofílicas o teor de MO variou de 0 a 50%, pelo que Doerr et al., 2005a, p. 234
conclui que o caráter hidrofóbico de um solo está relacionado com a qualidade e
composição da MO e não só com sua quantidade.
Outra relação positiva observada nesta temperatura para a CEH1, sempre no
grupo de tratamentos com 100% de areia, foi o teor de umidade (QUADRO 10),
57
Täumer; Stoffregem; Wessolek (2005, p. 114) encontrou correlação significativa
entre o teor de umidade, o teor de MO e a repelência a água em amostras de solo.
Porém como já foi discutido existe uma zona de transição ou zona crítica de
umidade do solo, definida por dois teores de umidade. O primeiro, mais baixo,
determina o conteúdo limite de água, abaixo do qual o solo é repelente à água, e o
segundo, mais alto determina o conteúdo de água acima do qual o solo é molhável
(DEKKER e RITSEMA, 1994, p. 2008), pelo que os estes tratamentos se encontram
no primeiro teor de umidade.
Apesar das outras classes texturais avaliadas no experimento não terem
apresentado diferença estatística significativa, alguns comportamentos são
interessantes de serem discutidos. Nos tratamentos com 12% de areia e 80% de
argila na CEH1, as médias de repelência indicam que os tratamentos apresentaram
um grau de repelência classificado como levemente hidrofóbico; Bisdom et al., 1993
explicam que isto pode ocorrer porque as partículas de argila formam agregados,
reduzindo assim a superfície específica a qual pode vir a ser coberta com uma fina
camada de substâncias hidrofóbicas; outros estudos apontam que em certos
ambientes o aporte de material hidrofóbico pode ser tão elevado, que além de cobrir
as partículas mais grosseiras, cobre também grande parte das partículas finas com
um revestimento orgânico (DOERR et al., 2000, p. 43). Nesses casos, a partícula
fina de solo poderia ser mais repelente à água que uma de maior textura devido a
que se forma uma superfície hidrofóbica com área total maior dentro do solo.
Para a CEH2 a temperatura ambiente os tratamentos que apresentaram os
maiores tempos de repelência à água com diferença estatística significativa
(P<0,05%) foram também aqueles com 100% de areia onde de forma geral os
tempos de repelência foram inferiores a CEH1. Os tratamentos que apresentaram os
maiores tempos de repelência à água foram aqueles com MO no nível de 10%
(WDPT = 261 s), 6,5% (WDPT = 202 s) e 3% (WDPT = 120 s) classificando-se como
fortemente hidrofóbico. Com relação à umidade (QUADRO 10) estes tratamentos
apresentaram uma relação positiva, porém a variação entre tratamentos foi pouca.
As outras classes texturais avaliadas no experimento na CEH2 não
apresentaram diferença estatística significativa. Desde o ponto de vista da
repelência à água alguns comportamentos são interessantes de serem discutidos
Nos tratamentos com 12% de areia e 80% de argila, as médias de repelência
indicam que os tratamentos apresentaram um grau de repelência classificado como
58
levemente hidrofóbico; os tratamentos com 90% de areia e 10% de argila com MO
também mostraram um comportamento levemente hidrofóbico.
No processo de saturação com água a repelência desaparecia em todos os
tratamentos para as duas concentrações de extrato hidrofóbico, indicando que foram
alcançados índices superiores ao nível crítico de teor de água onde os solos
apresentam repelência.
Após a secagem à 40ºC a repelência para os tratamentos da CEH1 é
restabelecida. Os tratamentos que apresentaram os maiores tempos de repelência à
água com diferença estatística significativa (P<0,05%) novamente foram aqueles
com 100% de areia, porém o WDPT é menor, mantendo algum grau de
hidrofobicidade, mostrando que nesta temperatura o nível crítico de conteúdo de
água onde os solos apresentam repelência já tinha sido alcançado. O tratamento
com 6,5% de MO foi superior (P<0,05%) com um WDPT de 155 s, classificando-se
como fortemente hidrofóbico, os tratamentos com 0% (WDPT = 100 s) e 10%
(WDPT = 85 s) também foram classificados como fortemente hidrofóbicos. Com
exceção dos tratamentos de números 3, 4, 9 e 14 (TABELA 3) a aplicação do extrato
hidrofóbico confere um caráter levemente hidrofóbico nos outros tratamentos.
Para a CEH2 após a secagem à 40ºC os tratamentos que apresentaram os
maiores tempos de repelência à água com diferença estatística significativa
(P<0,05%) foram aqueles com 100% de areia, porém o WDPT é menor, mantendo
algum grau de hidrofobicidade. Dentro deste grupo os tratamentos com 3% (WDPT
de 155 s), 6,5% (WDPT de 135 s) e 10% (WDPT de 130 s) mostraram um
comportamento classificado como fortemente hidrofóbico e não apresentaram
diferença significativa com relação ao tratamento que apresentou os maiores tempos
de repelência na CEH1; o tratamento com 0% de MO (WDPT = 100 s) classificou-se
como levemente hidrofóbico. Com exceção dos tratamentos de números 3, 4, 8 e 9
(TABELA 3) a aplicação do extrato hidrofóbico confere um caráter levemente
hidrofóbico nos demais tratamentos.
Após secar as misturas à 70ºC durante 24 horas, observa-se (TABELA 3) que
para a CEH1 os tratamentos que apresentaram os maiores tempos de repelência à
água com diferença estatística significativa (P<0,05%) novamente foram aqueles
com 100% de areia apresentando um grau de repelência de fortemente hidrofóbico,
o tratamento com 6,5% de MO foi superior (P<0,05%) com um WDPT de 279 s,
seguido pelos tratamentos com 0% de MO (WDPT = 230 s), 10% de MO (WDPT =
59
204 s) e 3% de MO (WDPT = 141 s). Em todos os tratamentos com 12% de areia e
80% de argila, as médias de repelência indicam um grau de repelência classificado
como levemente hidrofóbico; os tratamentos de números 7 e 17 (TABELA 3)
também mostraram um comportamento levemente hidrofóbico. Para a CEH2 os
tratamentos que apresentaram os maiores tempos de repelência à água com
diferença estatística significativa (P<0,05%) foram aqueles com 100% de areia, o
tratamento com 3% de MO foi superior (P<0,05%) com um WDPT de 170 s, seguido
pelos tratamentos com 6,5% de MO (WDPT = 117 s), 10% de MO (WDPT = 109 s) e
0% de MO (WDPT = 69 s) apresentando um grau de repelência classificado como
fortemente hidrofóbico. Com exceção dos tratamentos de números 3, 4 e 8 (TABELA
3) a aplicação do extrato hidrofóbico confere um caráter levemente hidrofóbico nos
outros tratamentos.
Na temperatura de secagem de 105ºC, para a CEH1 os tratamentos que
apresentaram os maiores tempos de repelência à água com diferença estatística
significativa (P<0,05%) foram aqueles com 100% de areia, sendo que o tratamento
com 0% de MO foi superior e apresentou diferença estatística significativa ao nível
de 5% de probabilidade, mostrando um comportamento severamente hidrofóbico,
este resultado foi atribuído a menor umidade no solo. Fortes aumentos da repelência
à água a 105ºC foram observados por Doerr (2005a, p. 232) evidenciando que a
simples ausência o presença de compostos orgânicos não é suficiente para
influenciar e repelência, outros fatores como o efeito da hidratação e o arranjo
intramolecular do material deve ser tomado em consideração. É amplamente aceito
que a repelência à água é mais pronunciada em solos secos do que em solos
molhados (DOERR et al., 2000, p. 44; DOERR; THOMAS, 2003, p. 138). Os demais
tratamentos com 100% nos diferentes níveis de MO apresentaram grau de
repelência classificado como fortemente hidrofóbicos sendo estes valores os
seguintes: 3% de MO (WDPT = 553 s), 10% de MO (WDPT = 396 s) e 6,5% (WDPT
= 364 s). Em todos os tratamentos com 12% de areia e 80% de argila, as médias de
repelência indicam um grau de repelência classificado como levemente hidrofóbico.
Na temperatura de secagem de 105ºC para a CEH2 os tratamentos que
apresentaram os maiores tempos de repelência à água com diferença estatística
significativa (P<0,05%) foram aqueles com 100% de areia, o tempo de repelência
aumenta para todos os tratamentos com esta textura com respeito às temperaturas
avaliadas anteriormente, sendo que o tratamento com 3% de MO (WDPT = 411) foi
60
superior e apresento diferença estatística ao nível de 5% de probabilidade
mostrando um comportamento fortemente hidrofóbico. Os tratamentos com 100% de
areia nos níveis de 6,5% de MO, 10% de MO e 0% de MO também apresentaram
um comportamento fortemente hidrofóbico. Em todos os tratamentos com 12% de
areia e 80% de argila, as médias de repelência indicam um grau de repelência
classificado como levemente hidrofóbico.
4.2.2.2 Experimento 2 (E2) - Tratamentos com carvão e com diferentes doses de
ácido húmico (AH) de carvão representando a MO
Na TABELA 4 são apresentados os resultados da análise de variância dos
tratamentos onde o conteúdo de MO de 6,5% foi enriquecida com 4 níveis de ácido
húmico de carvão. Foi determinada uma diferença altamente significativa entre as
variáveis: temperatura, concentração de extrato hidrofóbico, textura e MO e a
interação destes efeitos.
O coeficiente de variação calculado na análise de variância foi de 117,384 %
tendo em conta o elevado número de graus de liberdade do experimento (TABELA
6) este valor não foi considerado alto.
TABELA 4 – ANÁLISE DE VARIANCIA DE TODAS AS VARIÁVEIS ESTUDADAS
Causas da variação Graus de
Liberdade
Valor de F P
Temperatura 3 17,8 0,00001*
Concentração de extrato hidrofóbico (CEH) 2 137,2 0,00001*
Textura e MO 19 81,5 0,00001*
Temperatura x CEH 6 15,9 0,00001*
Temperatura x textura e MO 57 4,6 0,00001*
CEH x Textura e MO 38 25,1 0,00001*
Temperatura x CEH x Textura e MO 114 4,0 0,00001*
Resíduo 480
TOTAL 719
NOTA: * Significativo a 5% probabilidade, CV% = 117,384
Fonte: O Autor
61
Efeito das concentrações de extrato hidrofóbico
A média geral para a variável CEH1 foi de 92 s, para CEH2 foi de 64 s e para
a CEH0 (testemunha) foi de 1,1 s. Estes resultados apresentaram diferença
estatística entre si, sendo que a CEH1 é estatisticamente superior ao nível de 5% de
probabilidade. Na CEH0 todos os tratamentos apresentaram um comportamento
hidrofílico (Anexo 2) o seja o tempo de repelência não foi superior a cinco segundos,
mostrando que a testemunha não apresentava repelência à água, já para os
tratamentos com CEH1 e CEH2 que apresentaram um comportamento diferente os
compostos orgânicos extraídos de um solo sob plantio de Pinus taeda com caráter
extremamente hidrofóbico foram os responsáveis pela repelência à água.
As médias de repelência à água da CEH1 e CEH2 apresentam valores
superiores às médias do E1, isto foi atribuído ao caráter hidrofóbico do ácido húmico
utilizado, o qual foi extraído de carvão de Eucalyptus saligna e Eucalyptus grandis,
espécies reconhecidas pela alta produção de resinas que poderiam ser a fonte para
os compostos causadores da repelência. Em geral, o AH de carvão destas espécies
apresentou alto grau de aromaticidade o que indica a presença de grupos
carboxílicos (TROMPOWSKY et al., p. 1488).
Da mesma forma que no E1, os tempos de repelência à água foram
superiores na CEH1, quando se esperavam valores maiores para a CEH2 por
apresentar o dobro de compostos orgânicos responsáveis pela repelência, esta
inconsistência foi explicada na análise dos resultados do E1, os mesmos erros
experimentais são aplicados para o E2. O QUADRO 14 apresenta as médias da
umidade (%) para os tratamentos do E2 a diferentes temperaturas para a CEH1 e
CEH2 mostrando que o teor de umidade não apresentou homogeneidade conforme
a temperatura para as diferentes CEH, particularmente nas temperaturas de 70ºC e
105ºC, onde o tempo de secagem deveria ter sido superior a 24 horas, já que à
maior concentração de compostos orgânicos; pode ajudar na formação de um filme
hidrofóbico superficial aumentando a retenção de água no solo (DOERR; THOMAS,
2003, p. 138).
62
Composição
dos tratamentos
Nível de concentração de extrato hidrofóbico
CEH1
1
CEH2
2
No. Areia
Argila AH 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC 22ºC
40ºC 70ºC 105ºC
--------- %---------- ------------------------------------- Umidade (%) -------------------------------
1 12 80 0 2,0 14,5 0,0 0,0 2,5 1,6 0,0 0,0
2 70 30 0 1,0 8,9 0,0 0,0 0,6 5,5 0,3 0,2
3 80 20 0 0,9 9,9 0,0 0,0 0,7 3,8 0,4 0,2
4 90 10 0 0,7 12,1 0,0 0,0 0,6 1,3 0,2 0,1
5 100 0 0 0,7 10,7 0,0 0,0 0,5 6,3 0,8 0,7
6 12 80 10 1,8 20,5 0,0 0,0 1,4 5,0 0,9 0,8
7 70 30 10 1,0 15,2 0,0 0,0 0,4 7,1 1,1 1,0
8 80 20 10 0,8 13,6 0,0 0,0 0,6 10,0 1,8 1,8
9 90 10 10 0,7 14,2 0,0 0,0 0,4 3,5 1,2 1,2
10 100 0 10 0,6 12,2 0,0 0,0 0,3 4,0 2,0 1,2
11 12 80 30 2,3 16,9 0,0 0,0 1,6 5,4 0,8 0,6
12 70 30 30 1,1 13,3 0,0 0,0 0,7 5,9 1,2 1,1
13 80 20 30 0,8 12,6 0,0 0,0 0,5 5,3 0,6 0,5
14 90 10 30 0,6 10,5 0,0 0,0 0,8 13,7 2,6 1,7
15 100 0 30 0,6 9,7 0,0 0,0 0,5 9,6 1,4 1,3
16 12 80 50 2,6 6,0 0,0 0,0 0,6 6,3 2,1 1,2
17 70 30 50 1,1 12,8 0,0 0,0 0,4 3,7 1,5 1,5
18 80 20 50 0,9 12,6 0,0 0,0 0,5 6,8 2,0 1,5
19 90 10 50 0,8 11,2 0,0 0,0 0,4 4,4 0,7 0,6
20 100 0 50 0,8 13,6 0,0 0,0 0,5 6,3 2,7 2,6
QUADRO 14 – MÉDIAS DA UMIDADE (%) PARA OS TRATAMENTOS DO E2 A
DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E CEH2
FONTE: O autor (2007)
NOTA:
1
CEH1 = 2,88 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
2
CEH2 = 5,76 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
Efeito da temperatura na repelência à água
Observa-se na TABELA 5 a influência da temperatura nas CEH1 e CEH2,
para os tratamentos enriquecidos na sua fração orgânica (6,5%) por 4 níveis de
carvão e de AH de carvão. Na CEH0, os tratamentos apresentaram caráter
hidrofílico nas 4 temperaturas em que foi avaliada a repelência à água e não
apresentaram diferença estatística significativa (Anexo 2).
Quando aplicado o extrato hidrofóbico em diferentes concentrações, o
comportamento dos tratamentos particularmente para aqueles com 100% de areia
muda de forma significativa e em todas as temperaturas os tratamentos
apresentaram algum grau de hidrofobicidade indicando que os compostos orgânicos
extraídos do Pinus taeda são os que causam realmente a repelência à água no solo.
63
TABELA 5 – MÉDIAS DA REPELÊNCIA À ÁGUA (s) PARA OS TRATAMENTOS DO E2 A
DIFERENTES TEMPERATURAS PARA A CEH1 E CEH2
Composição
dos tratamentos
Nível de concentração de extrato hidrofóbico
CEH1
1
CEH2
2
No. Areia
Argila MO 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC 22ºC
40ºC 70ºC 105ºC
--------- %---------- ------------------------------------- Repelência (s) -------------------------------
1 12 80 0
13d 20b 12c 5d
18b 30bc 30de
22d
6 12 80 10
19d 22b 13c 10d
18b 33bc 26de
24d
11 12 80 30
17d 19b 14c 10d
18b 35bc 25de
21d
16 12 80 50
14d 19b 22c 16d
17b 28bc 28de
25d
2 70 30 0
5d 12b 4c 2d
4b 12c 10e 6d
7 70 30 10
8d 18b 7c 2d
4b 8c 6e 6d
12 70 30 30
8d 20b 5c 3d
7b 15c 6e 6d
17 70 30 50
9d 10b 6c 3d
6b 8c 7e 6d
3 80 20 0
2d 5b 3c 1d
3b 7c 4e 3d
8 80 20 10
3d 7b 3c 1d
5b 8c 4e 4
13 80 20 30
4d 6b 3c 2d
3b 5c 4e 3d
18 80 20 50
4d 9b 3c 1d
3b 7c 4e 5d
4 90 10 0
3d 2b 1c 2d
50b 27bc 20de 27d
9 90 10 10
4d 5b 1c 4d
29b 19c 26de 20d
14 90 10 30
1d 4b 1c 1d
18b 19c 13e 11d
19 90 10 50
1d 2b 1c 1d
27b 27bc 20de 16d
5 100 0 0
633c 155a 279b 364c
202a 135ab 126cd 352c
10 100 0 10
771b 185a 287b 472ab
194a 209a 212bc 531a
15 100 0 30
705bc 158a 247b 533a
250a 132ab 275ab 379bc
20 100 0 50
1024a 184a 455a 418bc
208a 177a 322a 454ab
FONTE: O autor (2007)
NOTA: Médias seguidas por letras minúsculas distintas nas colunas diferem entre si pelo
teste t (P<0,05);
1
CEH1 = 2,88 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado e
2
CEH2 = 5,76 g extrato hidrofóbico por kg de solo preparado
A temperatura ambiente na CEH1 os tratamentos com 100% areia foram os
que mostraram os maiores tempos de repelência à água, sendo classificados como
severamente hidrofóbicos e neste grupo o tratamento com o máximo teor de AH
(50%) foi superior a um nível de significância de 5%, com um WDPT de 1024 s. Os
tratamentos com 12% e 70% de areia apresentaram um comportamento levemente
hidrofóbico, os todos os tratamentos com 12% de areia, e os de 70% de areia que
foram enriquecidos com AH apresentaram um comportamento levemente
hidrofóbico. Para a CEH2 os tratamentos com 100% areia foram os que mostraram
os maiores tempos de repelência à água mostrando um caráter fortemente
hidrofóbico, neste grupo o tratamento que apresentou o maior tempo de repelência
com diferença estatística significativa ao nível de 5% foi aquele com 50% de AH.
64
Após a saturação com água a repelência dos tratamentos foi quebrada, e uma
vez iniciado o processo de secagem foi restabelecida com tempos e grau de
repelência diferentes.
Posterior a secagem à 40ºC durante 24 horas na CEH1, o tempo de
repelência diminuiu, e o grau de repelência tornou-se fortemente hidrofóbico, os
tratamentos com 100% areia foram os que mostraram os maiores tempos de
repelência à água com diferença estatística significativa ao nível de 5%, os
tratamentos com 12%, 70% e 80% de areia apresentaram um comportamento
levemente hidrofóbico. Para a CEH2 os tratamentos com 100% de areia obtiveram
os níveis mais altos de hidrofobicidade classificando-se como fortemente
hidrofóbicos, os tratamentos com 10% e 50% de AH mostraram diferença estatística
significativa (P<0,05). Os tratamentos correspondentes às outras texturas não
apresentaram diferença estatística significativa, porém apresentaram um
comportamento levemente hidrofóbico.
Na temperatura de 70ºC com a CEH1, os tratamentos com 100% areia foram
os que mostraram os maiores tempos de repelência à água, aumentando com
relação à temperatura anterior, porém mantiveram o caráter fortemente hidrofóbico,
o tratamento com o máximo teor de AH (50%) foi superior a um nível de significância
de 5%, com um WDPT de 455 s, os tratamentos com 12% de areia mantiveram o
caráter levemente hidrofóbico. Na CEH2 os tratamentos com 100% areia foram os
que mostraram os maiores tempos de repelência à água, aumentando com relação à
temperatura anterior, porém mantiveram o caráter fortemente hidrofóbico, o
tratamento com o máximo teor de AH (50%) foi superior a um nível de significância
de 5%, com um WDPT de 322 s, os tratamentos com 12%, 70% e 90% de areia
tiveram um caráter levemente hidrofóbico.
Após a secagem a uma temperatura de 105ºC durante 24 horas nos
tratamentos com a CEH1, os tratamentos com 100% areia foram os que mostraram
os maiores tempos de repelência à água, sendo classificados como fortemente
hidrofóbicos e neste grupo o tratamento que foi enriquecido com 30% de AH
apresentou os maiores tempos e apresentou diferença estatística significativa ao
nível de 5% de probabilidade. O tempo de repelência à água apresentado por este
grupo de tratamentos aumentou com relação à temperatura de 40ºC e 70ºC, porém
não foram alcançados os tempos de repelência iniciais. Os tratamentos
correspondentes às outras texturas não apresentaram diferença estatística
65
significativa, porém os tratamentos com 12% de areia se mantiveram como
levemente hidrofóbicos.
Após a secagem a uma temperatura de 105ºC durante 24 horas para a CEH2,
os tratamentos com 100% areia foram os que mostraram os maiores tempos de
repelência à água, sendo classificados como fortemente hidrofóbicos e neste grupo
o tratamento que foi enriquecido com 10% de AH (WDPT = 531 s) apresentou os
maiores tempos com diferença estatística significativa ao nível de 5% de
probabilidade. Para os tratamentos deste grupo o tempo de repelência aumentou
com relação às outras temperaturas avaliadas, porém e o grau de repelência foi
mantido como fortemente hidrofóbico para todos os tratamentos. Os tratamentos
correspondentes às outras texturas não apresentaram diferença estatística
significativa, porém os tratamentos com 12%, 70% e 90% de areia tiveram um
caráter classificado como levemente hidrofóbicos.
66
5 CONCLUSÕES
• Os compostos hidrofóbicos extraídos de um solo sob plantio de Pinus taeda
induziram à repelência à água em solos constituídos em laboratório, em
diferentes graus de intensidade.
• Os compostos hidrofóbicos extraídos de um solo sob plantio de Pinus taeda
possuem características químicas similares às encontradas em compostos de
acículas e raízes de outras espécies do gênero de Pinus, podendo-se afirmar
que neste caso a vegetação local contribui de forma significativa com o
caráter hidrofóbico do solo estudado.
• O maior caráter hidrofóbico em solos de Pinus taeda se encontra nos
primeiros 5 cm do perfil. Profundidade na qual se caracterizou pela presença
de grupos alifáticos na fração dos ácidos húmicos que comumente tem sido
associados com o caráter hidrofóbico dos solos.
• O grau de repelência induzido nas amostras de solo, preparadas em
laboratório, pelos compostos hidrofóbicos extraídos do solo, sob plantio de
Pinus taeda, foi inferior ao encontrado no solo coletado no campo, indicando
que os estes extratos continham somente alguns dos compostos
responsáveis pela repelência à água.
• A incorporação do extrato hidrofóbico nos solos constituídos em laboratório
provoca repelência à água em diferentes graus, conforme a textura das
amostras, porém a repelência à água só apresentou diferença estatística
significativa (P<0,05) nas amostras com 100% de areia, sugerindo que os
solos com textura arenosa são recobertos pelas substâncias hidrofóbicas de
forma mais intensa.
• A CEH1, que representava a metade do rendimento de extrato hidrofóbico
encontrado no solo (g kg
-1
), apresentou diferença estatística significativa
(P<0,05) com respeito à CEH0 e CEH2, tanto para o grupo de tratamentos
cuja MO foi representada só pelo carvão, como para o grupo de tratamentos
onde o carvão foi enriquecido com diferentes teores de AH. Embora se
esperasse que a CEH2 apresentasse os melhores tempos de repelência por
67
ter sido aplicada em maior quantidade, isto não ocorreu atribuído a erros
experimentais.
• Nos solos com 100% areia, tanto para o grupo de tratamentos que cuja MO
foi representada só por teores crescentes de carvão, como para o grupo de
tratamentos onde o carvão foi enriquecido com diferentes teores de AH, os
compostos hidrofóbicos, em ambas as concentrações (CEH1 e CEH2),
induziram um caráter fortemente hidrofóbico e o que variou nestes
tratamentos foi o tempo de penetração de gotas de água.
• O método de extração utilizado quebrou a repelência à água do solo utilizado,
mostrando-se eficiente na retirada das substâncias orgânicas responsáveis
por esta propriedade.
68
6. RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
• Em muitas partes do mundo a presença de repelência à água tem sido
negligenciada, inclusiva no Brasil, este estudo iniciou o processo de
conhecimento de como esta propriedade se comporta em condições de
laboratório e quais são as principais substâncias presentes nos compostos
orgânicos hidrofóbicos. Porém novas pesquisas são necessários, orientadas
principalmente a determinar o comportamento temporal da repelência à água
no campo e suas conseqüências (positivas ou negativas) na produtividade
das plantações florestais, especialmente de Pinus e Eucaliytus ou outros
cultivos e no ciclo hidrológico.
• Deve ser observado um tempo de estabilização maior das amostras durante o
processo de secagem de aproximadamente 4 dias entre uma temperatura e
outra, para ser realizado o teste de repelência.
69
REFERÊNCIAS
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74
ANEXO 1
Médias da repelência a água em segundos para os tratamentos
do E1 a diferentes temperatura para a CEH0, CEH1 e CEH2
CEH: Dose de extrato hidrofóbico (0= testemunha, 1 = 2,88 g p/c kg de substrato preparado,
2 = 5,76 g p/ kg de substrato preparado
22:média da repelência a temperatura ambiente
40:média da repelência a 40ºC
70: média da repelência a 70ºC
105: média da repelência a 105ºC
Composição dos tratamentos Temperatura (ºC)
CEH Tratamento Areia Argila MO 22 40 70 105
--------- %---------- -------------- Repelência (s)---------------
0 1 12 88 0 3 3 2 1
0 2 70 30 0 1 0 0 0
0 3 80 20 0 0 0 0 0
0 4 90 10 0 0 0 0 0
0 5 100 0 0 0 0 0 0
0 6 12 88 3 4 2 2 1
0 7 70 30 3 2 1 1 1
0 8 80 20 3 1 0 0 1
0 9 90 10 3 0 0 0 0
0 10 100 0 3 0 0 0 0
0 11 12 88 6,5 5 2 2 2
0 12 70 30 6,5 4 1 1 1
0 13 80 20 6,5 2 0 0 0
0 14 90 10 6,5 1 0 0 0
0 15 100 0 6,5 0 0 0 0
0 16 12 88 10 6 3 3 2
0 17 70 30 10 6 1 1 1
0 18 80 20 10 4 1 1 1
0 19 90 10 10 2 0 0 0
0 20 100 0 10 1 0 0 0
1 1 12 88 0 8 10 5 6
1 2 70 30 0 5 6 3 1
1 3 80 20 0 2 4 2 1
1 4 90 10 0 0 0 0 0
1 5 100 0 0 278 100 230 1433
1 6 12 88 3 15 15 12 9
1 7 70 30 3 7 6 6 2
1 8 80 20 3 3 5 2 1
1 9 90 10 3 1 1 0 0
1 10 100 0 3 750 46 141 553
1 11 12 88 6,5 13 21 12 5
1 12 70 30 6,5 5 12 4 2
1 13 80 20 6,5 2 5 3 1
1 14 90 10 6,5 3 2 1 2
1 15 100 0 6,5 633 155 279 364
Continuação....
75
1 16 12 88 10 25 15 12 10
1 17 70 30 10 13 16 6 4
1 18 80 20 10 3 15 3 1
1 19 90 10 10 2 5 2 1
1 20 100 0 10 894 85 204 395
2 1 12 88 0 26 40 35 31
2 2 70 30 0 3 6 5 5
2 3 80 20 0 1 2 1 1
2 4 90 10 0 5 1 2 4
2 5 100 0 0 34 105 69 254
2 6 12 88 3 17 28 26 25
2 7 70 30 3 3 6 5 4
2 8 80 20 3 1 3 3 3
2 9 90 10 3 8 4 6 8
2 10 100 0 3 120 155 170 411
2 11 12 88 6,5 18 30 27 22
2 12 70 30 6,5 4 12 9 6
2 13 80 20 6,5 3 7 4 3
2 14 90 10 6,5 50 27 22 27
2 15 100 0 6,5 202 135 117 352
2 16 12 88 10 26 49 39 29
2 17 70 30 10 6 14 9 7
2 18 80 20 10 4 9 5 4
2 19 90 10 10 35 26 28 18
2 20 100 0 10 261 130 109 294
76
ANEXO 2
Médias da repelência a água em segundos para os tratamentos
do E2 a diferentes temperatura para a CEH0, CEH1 e CEH2
CEH: Dose de extrato hidrofóbico (0= testemunha, 1 = 2,88 g p/c kg de substrato preparado, 2
= 5,76 g p/ kg de substrato preparado
22:média da repelência a temperatura ambiente
40:média da repelência a 40ºC
70: média da repelência a 70ºC
105: média da repelência a 105ºC
Composição dos
tratamentos Temperatura (ºC)
CEH Tratamento Areia Argila MO 22 40 70 105
--------- %---------- -------------- Repelência (s)---------------
0 1 12 88 6,5 5 2 2 2
0 2 70 30 6,5 4 1 1 1
0 3 80 20 6,5 2 0 0 0
0 4 90 10 6,5 1 0 0 0
0 5 100 0 6,5 0 0 0 0
0 6 12 88 6,5/10 AH 5 2 2 2
0 7 70 30 6,5/10 AH 3 1 1 1
0 8 80 20 6,5/10 AH 2 1 1 1
0 9 90 10 6,5/10 AH 1 0 0 0
0 10 100 0 6,5/10 AH 1 0 0 0
0 11 12 88 6,5/30 AH 4 3 3 2
0 12 70 30 6,5/30 AH 2 1 2 1
0 13 80 20 6,5/30 AH 2 1 1 1
0 14 90 10 6,5/30 AH 1 0 0 0
0 15 100 0 6,5/30 AH 0 0 0 0
0 16 12 88 6,5/50 AH 5 2 2 1
0 17 70 30 6,5/50 AH 2 1 1 1
0 18 80 20 6,5/50 AH 2 1 1 0
0 19 90 10 6,5/50 AH 1 0 0 0
0 20 100 0 6,5/50 AH 0 0 0 0
1 1 12 88 6,5 13 21 12 5
1 2 70 30 6,5 5 12 4 2
1 3 80 20 6,5 2 5 3 1
1 4 90 10 6,5 3 2 1 2
1 5 100 0 6,5 633 155 279 364
1 6 12 88 6,5/10 AH 19 22 13 10
1 7 70 30 6,5/10 AH 8 18 7 2
1 8 80 20 6,5/10 AH 3 8 3 1
1 9 90 10 6,5/10 AH 4 4 1 3
1 10 100 0 6,5/10 AH 771 184 287 472
1 11 12 88 6,5/30 AH 17 19 14 10
1 12 70 30 6,5/30 AH 8 20 5 3
1 13 80 20 6,5/30 AH 4 6 2 2
1 14 90 10 6,5/30 AH 1 4 1 1
Continuação.....
77
1 15 100 0 6,5/30 AH 705 158 247 533
1 16 12 88 6,5/50 AH 13 19 22 16
1 17 70 30 6,5/50 AH 9 10 6 3
1 18 80 20 6,5/50 AH 3 9 3 1
1 19 90 10 6,5/50 AH 1 2 1 1
1 20 100 0 6,5/50 AH 1024 184 455 418
2 1 12 88 6,5 18 30 27 22
2 2 70 30 6,5 4 12 9 6
2 3 80 20 6,5 3 7 4 3
2 4 90 10 6,5 50 27 22 27
2 5 100 0 6,5 202 135 117 352
2 6 12 88 6,5/10 AH 17 33 26 24
2 7 70 30 6,5/10 AH 4 8 7 5
2 8 80 20 6,5/10 AH 5 8 4 4
2 9 90 10 6,5/10 AH 29 19 26 19
2 10 100 0 6,5/10 AH 194 209 206 531
2 11 12 88 6,5/30 AH 18 35 25 21
2 12 70 30 6,5/30 AH 7 15 7 6
2 13 80 20 6,5/30 AH 3 5 3 3
2 14 90 10 6,5/30 AH 18 19 11 11
2 15 100 0 6,5/30 AH 250 132 137 379
2 16 12 88 6,5/50 AH 17 28 26 25
2 17 70 30 6,5/50 AH 5 8 6 6
2 18 80 20 6,5/50 AH 3 7 4 4
2 19 90 10 6,5/50 AH 27 26 17 16
2 20 100 0 6,5/50 AH 208 177 183 454
78
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