Distribuția agregatelor, stabilitatea și eliberarea argilei dispersabile în apă pentru două oxisoluri subtropicale

SOLURI ȘI NUTRIȚIA PLANTARĂ

Distribuția agregatelor, stability and release of water dispersible clay for two subtropical Oxisols

Distribuirea agregatelor, stabilitatea și eliberarea argilei dispersabile în apă pentru doi Latossoli subtropici

Antonio Carlos de AzevedoI, *; Darrel Gene SchulzeII

I UFSM – Depto. de Solos, Prédio 42 – 97105-900 – Santa Maria, RS – Brasil
IIPURDUE UNIVERSITY- Agronomy Dept, Lilly Hall of Life Sciences, 915 W. State Street, West Lafayette, IN 47907-2054, SUA.

ABSTRACT

Comportamentul unui sol în ceea ce privește dispersia și agregarea particulelor sale este foarte important pentru dezvoltarea funcțiilor de mediu și agricole ale solului. Acest studiu a fost realizat pentru a determina modul în care distribuția și stabilitatea agregatelor sunt influențate de utilizarea terenurilor și modul în care eliberarea de argilă dispersabilă în apă (WDC) este legată de dezagregare în oxisolurile din Brazilia subtropicală. Eșantioane din două Oxisols, colectate la trei adâncimi din situri cu utilizare a terenurilor fără lucrare a solului (NT), cu lucrare convențională a solului (CT) și cu vegetație nativă (NV), au fost agitate în sticle de plastic de 250 ml la intervale de până la 27 de ore. Masa agregatelor a fost măsurată în cinci clase de dimensiuni cuprinse între 53 și 2000 µm. Majoritatea agregatelor mai mari de 500 mm au dispărut în timpul primelor 7,5 ore de agitare, concomitent cu o creștere a eliberării WDC și fără modificări ale pH-ului suspensiei de sol și ale conductivității electrice, fără o creștere a agregatelor mai mici. Prin urmare, nu există o ierarhie a agregatelor în aceste soluri, iar eliberarea de WDC a fost cauzată de ruperea agregatelor din intervalul 500 – 2000 mm. Utilizările terenurilor afectează masa agregatelor din fiecare clasă de mărime, dar stabilitatea agregatelor depinde de mărimea lor, nu de utilizarea terenurilor.

Cuvintele cheie: utilizarea terenului, dezagregare, prelucrarea solului, managementul solului

RESUMAT

Comportamentul solului în raport cu starea sa de agregare și dispersie este de mare relevanță agricolă și de mediu. Acest studiu a fost realizat pentru a determina modul în care distribuția și stabilitatea agregatelor sunt afectate de diferite utilizări și cum se comportă eliberarea de argilă dispersată în apă (WDC) în raport cu dezagregarea în Latosolurile subtropicale braziliene. Eșantioane din două Latosoluri colectate la trei adâncimi în situri cu semănat direct (NT), convențional (CT) și vegetație nativă (NV) au fost agitate în sticle de plastic de 250 ml timp de până la 27 de ore. Masa agregatelor a fost măsurată în cinci clase de dimensiuni, de la 53 la 2000 µm. Majoritatea agregatelor mai mari de 500 mm au dispărut în timpul primelor 7,5 ore de agitare, în paralel cu o creștere a eliberării de WDC, fără nicio modificare a valorilor pH-ului și a conductivității electrice a suspensiei și fără nicio creștere a masei agregatelor mai mici. Prin urmare, nu există o ierarhie a agregatelor în aceste soluri, iar eliberarea WDC a fost cauzată de descompunerea agregatelor cu dimensiuni cuprinse între 500 și 2000 mm. Tipul de utilizare a influențat masa agregatelor din fiecare clasă de mărime, dar stabilitatea agregatelor depinde de mărimea lor, nu de tipul de utilizare.

Cuvinte cheie: utilizarea terenului, dezagregare, pregătirea solului, managementul solului

INTRODUCERE

Pentru că agregatele solului sunt dinamice și răspund rapid la schimbările de mediu, interesul pentru ele ca indicatori ai calității solului este în creștere (Caravaca et al., 2004; Boix-Fayos et al., 2001). În plus, capacitatea particulelor de sol de a proteja materia organică de oxidare permite abordarea solurilor ca un rezervor de carbon în atmosferă (Torn et al., 1997). Schimbarea utilizării terenurilor cauzată de recoltarea arborilor (Yanai et al., 2003) și/sau trecerea de la pădure la agricultură are un impact extins asupra agregării (Carpenedo & Mielniczuk, 1990; Perin et al., 2003) și a dinamicii carbonului în solurile tropicale acide (Leite et al., 2004; Zinn et al., 2005). Lipsa ierarhiei agregatelor (Oades & Waters, 1991) și cantitatea mare de oxizi de fier și aluminiu fac ca stabilitatea și mărimea agregatelor din Oxisolurile alterate să necesite studii specifice. În Brazilia, astfel de soluri tind să aibă agregate foarte stabile, cu un diametru mai mic de 2 mm. Ca urmare, Oxisolurile argiloase se comportă ca soluri cu textură medie, permițând ca activitățile agricole, cum ar fi lucrarea solului sau recoltarea, să aibă loc imediat după ploaie (Buol & Eswaran, 2000). Potențialul de eliberare a argilei dispersabile în apă (WDC) din cauza dezagregării nu este bine cunoscut pentru aceste soluri (Azevedo & Bonumá, 2004) și astfel de cunoștințe pot ajuta la o mai bună gestionare a acestor soluri în timpul schimbărilor în utilizarea terenurilor și sunt importante pentru evaluarea mobilității în mediu a erbicidelor, pesticidelor și a altor compuși xenobiotici utilizați în agricultură (Seta & Karathanasis, 1996; Bertsch & Seaman, 1999).

Obiectivul acestui studiu a fost de a evalua impactul pe termen lung al practicilor de management asupra distribuției și stabilității agregatelor cu diametrul mai mic de 2 mm și eliberarea de WDC în timpul dezagregării pentru două Oxisols din sudul Braziliei.

MATERIALE ȘI METODE

Cele două situri alese au fost situate pe Platoul Sul Riograndense, o regiune geomorfică dezvoltată pe fluxurile de lavă ale formațiunii Serra Geral (Figura 1). Solul din situl Santo Ângelo a fost un Haplorthox Tipic dezvoltat din roci bazaltice, ocupă 7,26% din statul Rio Grande do Sul și apare la altitudini cuprinse între 200 și 400 m deasupra nivelului mării (s.n.m.). Clima este Cfa în sistemul Köppen, cu o temperatură medie anuală de 19,5ºC și precipitații medii de 1.850 mm an-1 (BRASIL, 1973). Probele provenite din tratamentele cu sisteme convenționale (CT) și fără lucrare a solului (NT) au fost colectate în Santo Ângelo, statul Rio Grande do Sul (28º16′ S, 54º13′ W, aproximativ 280 m deasupra nivelului mării). Experimentul de lucrare a solului a fost stabilit în 1979 pe un câmp care fusese supus unei rotații grâu-soia din 1964 (Dalla Rosa, 1981). Probele dintr-un sol neperturbat și împădurit au fost colectate din cea mai apropiată zonă protejată de vegetație forestieră originală (28º12′ S, 54º13′ W), situată la aproximativ 15 kilometri de locul experimentului. Solul din situl Passo Fundo era un Haplohumox tipic dezvoltat dintr-un amestec de bazalt și gresie și apare la altitudini cuprinse între 460 și 700 m deasupra nivelului mării. Clima este Cfa1, cu o temperatură medie anuală de 18ºC și precipitații medii de 1.750 mm pe an-1. Probele în sistem convențional și în sistem de semănat au fost colectate în Passo Fundo, statul Rio Grande do Sul (28º14′ S și 52º24′ W) în cadrul unui experiment stabilit în 1983 (Kochham & Denardim, 1997). Solurile aflate sub vegetație nativă au fost prelevate într-o rezervație împădurită din cadrul stațiunii experimentale, pe o rază de 0,5 km de la locul experimentului.

În fiecare dintre cele două situri, trei probe de tratament NT și CT au fost colectate la întâmplare în câmpul experimental, iar cele trei probe din vegetația nativă (NV) au fost, de asemenea, colectate la întâmplareîn păduri. S-a avut grijă să se păstreze distanțe similare între punctele de colectare în câmpul experimental și în păduri (5-10 m). În acest studiu, NT, CT și NV au fost denumite „utilizări ale terenurilor”. Probele de la 0 până la 5 și de la 10 până la 15 cm adâncime au fost colectate din gropi mici de aproximativ 0,3 × 0,3 × 0,20 m adâncime, iar probele de la 40-60 cm adâncime au fost colectate cu ajutorul unui burghiu cu găleată. Probele uscate la aer au fost ușor zdrobite și trecute printr-o sită de 2 mm (fracțiunea de pământ fin). Cele trei replici de teren pentru fiecare utilizare a terenului din fiecare sit au fost combinate, bine amestecate și apoi depozitate în saci de plastic sigilați. Prin urmare, analizele de laborator au fost efectuate pe o probă compozită de la fiecare dintre cele trei adâncimi, trei utilizări ale terenurilor și două soluri, însumând optsprezece probe.

Carbonatul organic a fost determinat prin digestie în K2Cr2O7 și titrare cu Fe(NH4)2(SO4) 2.6H2O, iar distribuția dimensională a particulelor a fost determinată prin metoda pipetei după dispersie cu NaOH 6% (EMBRAPA, 1997). Ambele analize au fost efectuate de două ori pentru fiecare eșantion compozit.

Atât WDC, cât și stabilitatea agregatelor din probele compozite au fost realizate de trei ori (trei rulaje) prin metoda standard pentru determinarea WDC (USDA, 1996). Pe scurt, cinci alicote de 10 g de pământ fin au fost cântărite și plasate în sticle de plastic de 250 ml. Sticlele au fost umplute cu 175 mL de apă deionizată (DI) și au fost agitate (120 de excursii pe minut, deplasare orizontală de 4 cm) timp de 0, 3,75, 7,5, 15 și 27 de ore (câte o alicotă pentru fiecare perioadă de timp). Suspensiile au fost apoi turnate printr-un cuib de cinci sită de 1000 µm, 500 µm, 250 µm, 106 µm și 53 µm. Argila și nămolul dezagregate au fost spălate ușor de pe solul de pe sită cu apă DI și au fost colectate în cilindri de 1 L pentru determinarea WDC. Materialul de sol reținut pe sită a fost uscat la 110º timp de 24 de ore și cântărit. Materialul de sol care a trecut prin cuibul de cernere a fost colectat în butelii de un litru și resuspendat pentru măsurarea WDC prin metoda pipetei (USDA, 1996). S-a presupus că slăbirea a fost neglijabilă, deoarece probele supuse doar umezelii rapide au fost aproape în întregime agregate (timp de agitare de 0 h pe figurile 2 și 3, suma agregatelor).

Masa agregatelor din fiecare clasă de mărime, Ai, a fost calculată prin:

unde Bi este masa uscată a materialului de sol din clasa de mărime i, Ci este masa uscată a nisipului din clasa de mărime i și D este masa inițială uscată la cuptor a solului. Ci a fost media a trei determinări anterioare ale conținutului de nisip din fiecare eșantion compozit. Nisipul a fost scăzut din numitorul ecuației pentru a evita numărarea boabelor individuale de nisip ca agregate. Pentru concizie, folosim termenul „agregate” pentru a ne referi la Ai, , și „eșantion” pentru eșantionul compozit, în discuția care urmează.

Distribuția agregatelor a fost analizată sub forma unui design de parcelă divizată cu trei tratamente (NT, CT, NV) cu trei blocuri (fiecare dintre cele trei execuții) replicate în timp. Datele pentru fiecare tip de sol, adâncime și clasă de mărime au fost analizate separat. Timpul de scuturare a fost considerat unitatea întreagă, iar utilizarea terenului, subunitatea experimentului cu loturi divizate. Pentru datele privind procentul de masă a solului, s-a efectuat o transformare a rădăcinii pătrate înainte de analiza varianței pentru a obține omogenitatea varianței erorilor. Eroarea (a) a fost combinată cu eroarea (b) deoarece nu a fost semnificativă (P = 0,25) în majoritatea cazurilor. Efectele de timp și de utilizare a terenului față de timp au fost împărțite în contraste polinomiale ortogonale. Regresiile asupra mediilor variabilelor dependente în funcție de utilizarea terenului și de timp au fost urmate de analiza varianței (ANOVA), modelul de regresie fiind determinat de efectele și contrastele semnificative ale tratamentului. Comparația între modelele de regresie ale dezagregării din fiecare utilizare a terenului (de-a lungul timpului de scuturare) prin ANOVA este prezentată în tabelul 2.

REZULTATE ȘI DISCUȚII

Pentru că conținutul de nisip a fost dedus din masa de material de sol reținut în fiecare clasă de mărime (ecuația ), Haplohumoxul tipic mai nisipos (tabelul 1) a avut mai puține agregate de sol în fiecare clasă de mărime decât Haplorthoxul tipic.

Înainte de scuturare (timp de scuturare de 0 h; figurile 2 și 3), de la 73 la 91% din Typic Haplorthox și de la 54 la 69% din Typic Haplohumox se prezentau în agregate. Cu doar două excepții, modelele de dezagregare regresate au fost diferite (P = 0,01) între cele trei utilizări ale terenurilor pentru adâncimile de eșantionare de 0-5 și 5-10 cm, dar utilizarea terenului a avut un efect mai mic asupra modelelor de dezagregare pentru adâncimea de 40-60 cm (tabelul 2).

Un comportament comun a putut fi observat în ambele soluri (figurile 2 și 3): au existat foarte puține agregate de 106-53 µm și 250-105 µm în solul de sub vegetația nativă la 0-5 cm și 10-15 cm adâncime; agregatele cu diametrul mai mare de 500 mm au dominat atât la 0-5 cm, cât și la 10-15 cm adâncime, dar la 40-60 cm adâncime, agregatele cu diametrul de 2.000 – 1.000 µm au fost cele mai puțin abundente; și, deși ordinea de stivuire a curbelor într-un singur grafic s-a schimbat în funcție de clasa de mărime și adâncime, s-a observat că formele curbelor au fost, în general, similare pentru fiecare clasă de mărime.

A existat o mică eliberare de WDC la umezirea inițială (0h de agitare) în toate probele, susținând ipoteza că slăbirea nu a fost un proces semnificativ de dezagregare în condițiile experimentale.

Cele mai mari agregate (2000-1000 µm și 1000-500 µm) s-au dezagregat rapid în primele 7,5 ore de agitare, dar masa agregatelor mai mici nu a crescut concomitent, ceea ce a arătat că astfel de agregate au fost sparte în principal în particule primare de sol și nu în agregate mici (figurile 2 și 3). Prin urmare, aceste soluri nu au avut o ierarhie a agregatelor (Oades & Waters, 1991). Deoarece WDC a crescut pe măsură ce agregatele mai mari de 500 µm s-au dezagregat, fără modificarea pH-ului suspensiilor, dezagregarea pare să fie principalul mecanism de producere a WDC.

Nu există o ierarhie a agregatelor, ceea ce permite descrierea dezagregării printr-un model de proces de ordinul întâi (Beare & Bruce, 1993; Parkin & Robinson, 1992; Olson, 1963):

unde Ai,t este masa agregatelor din clasa de mărime i la momentul t, Ai,0 este masa agregatelor la momentul 0, iar k este un parametru de curbură. Acest model nu ia în considerare adaosurile de agregate în sita i, produse de dezagregarea agregatelor din sita i+1 de deasupra ei, și, prin urmare, poate fi utilizat numai în cazul solurilor fără ierarhie a agregatelor. Parametrul de curbură (k) a fost asumat ca indice al ratei de dezagregare, iar cu cât valoarea sa absolută este mai mare, cu atât stabilitatea agregatelor este mai mică. Nu s-a găsit niciun model recognoscibil atunci când s-au organizat valorile k în funcție de utilizarea terenului. Cu toate acestea, atunci când gama de variație a lui k a fost reprezentată grafic în funcție de clasa de mărime a agregatelor, a apărut o tendință destul de clară (figurile 4 și 5), indicând că valorile lui k au fost grupate în jurul unor valori succesiv mai mari pe măsură ce clasa de mărime crește. Acest lucru sugerează că utilizarea terenului a avut un impact mai mare asupra cantității de material de sol din fiecare clasă de mărime (distribuția agregatelor, figurile 2 și 3) decât asupra stabilității agregatelor.

Efectul utilizării terenului asupra valorilor k poate fi dedus din dispersia valorilor la fiecare adâncime și clasă de mărime (puncte de-a lungul fiecărei linii din figurile 4 și 5). Deși nu este dominant, efectul utilizării terenurilor este mai mare (interval mai mare) în clasele de dimensiuni mai mari de 500 mm și în orizonturile de suprafață (figurile 4 și 5). Acest lucru este în concordanță cu modelul de agregare sugerat de Oades & Waters (1991), în care agregatele mari depind mai mult de hifele fungice și de rădăcinile fine și, prin urmare, de utilizarea terenului, în timp ce agregatele mici depind mai mult de proprietățile coloidale și de chimia solului.

Considerând că eliberarea de WDC a fost strâns legată de dezagregarea agregatelor mai mari de 500 mm, că sistemele convenționale și cele fără lucrare a solului au promovat o scădere a cantității de agregate mari și că nu există o ierarhie a agregatelor, o cantitate considerabilă de argilă poate fi potențial pierdută în timpul trecerii de la utilizarea terenurilor forestiere la cea agricolă. În toate cazurile, menținerea agregatelor mari este, conform acestor rezultate, esențială pentru a evita o creștere a WDC. În plus, complexele de minerale argiloase și coloizi organici, care cresc potențialul de dispersie, ar trebui să fie mai mari în orizonturile de suprafață (Tombácz et al., 2004).

RECOMANDĂRI

Pentru CAPES-Brazilia (BEX 1316-96/6), numărul de articol al revistei Purdue Agricultural Research Programs 2006-17943, și Pentru A. Dallarosa și J. Becker, de la COTRISA; J. E. Denardin și R. A. Kochham, de la EMBRAPA.

AZEVEDO, A.C.; BONUMÁ, A.S. Partículas coloidais, dispersão e agregação em Latossolos. Ciência Rural, v.34, p.609-617, 2004.

BEARE, M.H.; BRUCE, R.R. A comparison of methods for measuring water-stable aggregates: implications for determining environmental effects on soil structure. Geoderma, v.56, p.87-104, 1993.

BERTSCH, P.M.; SEAMAN, J.C. Characterization of complex mineral assemblages: implications for contaminant transport and environmental remediation. Proceedings of National Academy of Science USA, v.96, p.3350-3357, 1999.

BOIX-FAYOS, C.; CALVO-CASES, A.; IMESON, A.C.; SORIANO-SOTO, M. D. Influența proprietăților solului asupra agregării unor soluri mediteraneene și utilizarea dimensiunii și stabilității agregatelor ca indicatori de degradare a terenurilor. Catena, v.4, p.47-67, 2001.

BRASIL. Levantamento de reconhecimento dos solos do Estado do Rio Grande do Sul. Brasília: Ministério da Agricultura, SNLCS, 1973. 431p.

BUOL, S.W.; ESWARAN, H. Oxisols. Advances in Agronomy, v.68, p.151-195, 2000.

CARAVACA, F.; LAX, A.; ALBALADEJO, J. Stabilitatea agregatelor și caracteristicile de carbon ale fracțiunilor de dimensiuni ale particulelor în solurile cultivate și împădurite din Spania semiaridă. Soil and Tillage Research. v.78, p.83-90, 2004.

CARPENEDO, V.; MIELNICZUK, J. Starea agregatelor și calitatea agregatelor din Latosolurile purpurii supuse la diferite sisteme de management. Brazilian Journal of Soil Science , v.14, p.99-105, 1990.

DALLA ROSA, A. Practici mecanice și culturale în recuperarea caracteristicilor fizice ale solurilor degradate de cultură – solul Santo Ângelo (Latossolo Roxo distrofic). Porto Alegre: UFRGS/Faculdade de Agronomia, 1981. 136p. (M. S. Disertație).

EMBRAPA. Manual de metode de analiză a soliștilor. 2. Rio de Janeiro: EMBRAPA, 1997. 212pp.

KOCHHAM, R.A.; DENARDIM, J.E. Comportamentul culturilor de grâu, soia și porumb la fertilizarea cu fosfați în sisteme de semănat și convenționale. În: CONGRESSO BRASILIERO DE CIÊNCIA DO SOLO, 26., Rio de Janeiro, 1997. SBCS, 1997.

LEITE, L.F.C.; MENDONÇA, E.S.; MACHADO, P.L.O.A.; FERNANDES FILHO, I.E.;NEVES, J.C.L.. Simularea tendințelor carbonului organic din solul unui acrisol în cazul sistemelor no-tillage și disc-plow folosind modelul Century. Geoderma, v.12, p.283-295, 2004.

OADES, J..M.; WATERS, A.G. Ierarhia agregatelor în soluri. Australian Journal of Soil Research, v.29, p.815-828, 1991.

OLSON, J.S. Stocarea energiei și echilibrul dintre producători și descompunători în sistemele ecologice. Ecology, v.44, p.322-331, 1963.

PARKIN, T.B.; ROBINSON, J.A. Analysis of log normal data. Advances in Soil Science, v.20, p.193-235, 1992.

PERIN, E.; CERETTA, C.A.; KLAMT, E. Tempo de uso agricola e propriedades químicas de dois Latossolos do Planalto Médio do Rio Grande do Sul. Revista Brasileira de Ciencia do Solo, v.27, p.665-674, 2003.

SETA, A.K.; KARATHANASIS, A.D. Water dispersible colloids and factors influencing their dispersibility from soil aggregates. Geoderma, v. 74, p.255-266, 1996.

TOMBACZ, E.; LIBOR, Z.; ILLES, E.; MAJZIK, A.; KLUMPP, E.. The role of reactive surface sites and complexation by humic acids in the interaction of clay mineral and iron oxide particles. Organic Geochemistry. v.35, p.257-267, 2004.

TORN, M.S.; TRUMBORE, S.E.; CHADWICK, O.A.; VITOUSEK, P.M.; HENDRICKS, D..M. Controlul mineral al stocării și schimbării carbonului organic din sol. Nature, v.389, p.170-173, 1997.

USDA. Manual de metode de laborator pentru studiul solului. 3.0. Washington: NRCS, NSSC. 1996. 693p.

YANAI, R.D.; CURRIE, W.S.; GOODALE, C.L. Soil Carbon Dynamics after Forest Harvest: An Ecosystem Paradigm Reconsidered. Ecosystems, v.6, p.197-212, 2003.

ZINN, Y.; LAL, R.; RESCK, D.V.S. Textura și relațiile de carbon organic descrise de o funcție pedotrasnferă de profil pentru solurile braziliene Cerrado. Geoderma, v.127, p.168-173, 2005.