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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2018.tde-22062018-160107
Documento
Autor
Nome completo
Letícia de Pierri
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2018
Orientador
Banca examinadora
Regitano, Jussara Borges (Presidente)
Alleoni, Luis Reynaldo Ferracciú
Bonfleur, Eloana Janice
Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino
Novotny, Etelvino Henrique
Título em português
Dinâmica de tebuthiuron e hexazinona em solos sob aplicação de biocarvão
Palavras-chave em português
Biochar
Dissipação
Pesticida
Retenção
Resumo em português
A aplicação de biocarvão ao solo tem sido divulgada como prática com vantagens agrícolas e ambientais. Devido à sua elevada reatividade, o biocarvão pode interagir com contaminantes orgânicos e inorgânicos do solo, diminuindo o potencial poluidor de elementos tóxicos e pesticidas. Contudo, a eficácia de herbicidas pré-emergentes pode ser anulada devido à presença de biocarvão no solo, o que impõe a necessidade de doses maiores e resulta no aumento do risco de contaminação ambiental. Adicionalmente, pode haver maior persistência de pesticidas no solo devido à retenção e menor disponibilidade das moléculas em solos com biocarvão. As reações que ocorrem entre o biocarvão e os pesticidas dependem das próprias características do solo e da molécula, além do tempo de interação com o solo (aging) e das propriedades intrínsecas ao biocarvão (biomassa de origem, T°C de pirólise e granulometria). O tebuthiuron e a hexazinona são herbicidas com elevado potencial de lixiviação e podem ter seu destino alterado em função da presença de biocarvão no solo. Estas moléculas possuem elevado tempo de meia-vida (t1/2) e biodegradam lentamente no ambiente edáfico. Assim, processos oxidativos avançados (POA) podem acelerar a decomposição dos herbicidas, sendo ainda uma maneira de integrar o biocarvão em processos químicos para a dissipação de poluentes. Objetivou-se avaliar os efeitos da aplicação de biocarvão na dinâmica dos herbicidas tebuthiuron e hexazinona em solos, tendo-se como objetivos específicos: i) verificar o comportamento sortivo desses herbicidas frente à aplicação de biocarvões produzidos a partir de diferentes matérias-primas e T°C de pirólise, incluindo a influência de fatores como o aging dos herbicidas no solo, tamanho das partículas do biocarvão e disponibilidade de carbono orgânico dissolvido (COD) no solo promovida pela adição do biocarvão; ii) avaliar se a interação entre os herbicidas e o biocarvão afeta a eficiência de controle de braquiária (Brachiaria decumbens); iii) analisar a influência do biocarvão na dissipação e lixiviação de tebuthiuron e hexazinona; e iv) identificar o potencial de uso do biocarvão em POA, como suporte para catalisadores metálicos heterogêneos e como fonte de ferro para reações de Fenton, bem como avaliar o desempenho destes materiais na catálise oxidativa de hidrocarbonetos e dos herbicidas. Experimentos de sorção, (verificando a influência de biocarvões de diferentes matérias-primas e T°C de pirólise, aging e granulometria, além da avaliação em solos de texturas contrastantes), bem como de dissipação e lixiviação foram conduzidos, utilizando-se herbicidas radiomarcados. Em paralelo, a liberação de COD pelos biocarvões e pelos solos foi quantificada, enquanto que um experimento de eficiência de controle sobre braquiária em casa de vegetação foi conduzido. Os biocarvões foram, ainda, avaliados quanto ao potencial de uso como suporte para catalisadores metálicos e para reações de Fenton, avaliando-se sua performance para a oxidação dos herbicidas e de hidrocarbonetos. Apesar de não alterar a classe de lixiviação de tebuthiuron e hexazinona em curto prazo, quando considerado o efeito do aging, a presença de biocarvão de palha de cana-de-açúcar 550°C (PC550) no solo, independentemente da granulometria, pode auxiliar no manejo de herbicidas com elevada mobilidade, especialmente em solos de textura arenosa e com baixo teor de carbono. Neste caso, o herbicida tebuthiuron teve sua classificação alterada de "molécula lixiviável" (Kd,app < 5,0 L kg-1) para "molécula não-lixiviável" (Kd,app > 5,0 L kg-1). No entanto, o biocarvão de dejeto de galinha 350°C (DG350) aumenta o COD do solo, resultando na diminuição da sorção dos herbicidas. A adição dos biocarvões PC550 e DG350 ao solo não modificam a eficiência de controle de braquiária por moléculas altamente solúveis. Doses a partir das doses recomendadas em campo promovem controle eficiente, independentemente da presença ou não de biocarvão no solo. Tebuthiuron e hexazinona são moléculas recalcitrantes no ambiente, sendo muito baixas suas taxas de mineralização e de dissipação, tanto na presença como na ausência dos biocarvões PC550 e DG350. A presença de biocarvão no solo pouco influenciou a dissipação dessas moléculas. Os biocarvões PC550 e DG350 diminuem o potencial de lixiviação da hexazinona no solo de textura areia franca, mas não afetam o movimento vertical do tebuthiuron nas mesmas condições. Apesar do menor potencial para degradação de tebuthiuron e hexazinona em relação à epoxidação de hidrocarbonetos, a inserção do biocarvão para a síntese de catalisadores mostrou-se eficiente e permitiu o emprego deste material em processos de catálise industrial e ambiental, podendo auxiliar para o manejo da remediação de poluentes e contribuindo para expandir o uso do biocarvão.
Título em inglês
Tebuthiuron and hexazinone fate in soils with biochar amendment
Palavras-chave em inglês
Biochar
Dissipation
Pesticide
Retention
Resumo em inglês
Biochar amendments to soil has been claimed as a practice with agricultural and environmental advantages. Due to its high reactivity, biochar can interact with organic and inorganic soil contaminants, reducing the pollution potential of toxic elements and pesticides. However, pre-emergent herbicides efficacy can be negatively affected by biochar additions to the soil, which may impose higher doses and increase the environmental contamination risk. In addition, there may be increasing in the pesticide's persistence due to retention and lower availability of the molecules induced by biochar amendment to the soil. The interactions between biochar and the pesticides depend on the characteristics of the soil and the herbicide itself, besides the aging and the biochar's properties (biomass, pyrolysis T°C and granulometry). Tebuthiuron and hexazinone are herbicides with leaching potential and may have their fate modified due to the presence of biochar in the soil. These molecules have a high half-life time (t1/2) and biodegrade slowly in the environment. Thus, advanced oxidative processes (AOP) can accelerate the decomposition of herbicides and can be a way of incorporate biochar in chemical processes towards pollutants dissipation. We aimed to evaluate the effects of biochar amendments on tebuthiuron and hexazinone dynamics in soils, and the specific objectives were: i) to verify the sorption behavior of these herbicides in response to biochar's amendment from different feedstock and pyrolysis T°C, including the influence of factors such as herbicide aging on the soil, biochar particle size and availability of dissolved organic carbon (DOC) in the soil promoted by biochar addition; ii) to evaluate if the interaction between the herbicides and the biochars affects braquiária (Brachiaria decumbens) control efficiency; iii) to analyze the biochars influence on the dissipation and leaching of tebuthiuron and hexazinone; and iv) to identify the potential use of biochar in AOP as heterogeneous metal catalysts support and as a source of iron for Fenton reactions, as well as to evaluate the performance of these materials in oxidative catalysis of hydrocarbons and herbicides. Sorption experiments, (checking the influence of biochars from different feedstocks and pyrolysis T°C, aging and granulometry, as well as accessing the differences among soil textures), and dissipation and leaching experiments were conducted using radiolabeled herbicides. In parallel, the release of DOC by the biochars and soils was quantified, whereas an experiment in a greenhouse for braquiária control was conducted. The biochars were also evaluated for use as metal catalysts supports and for Fenton reactions, evaluating their performance for herbicides and hydrocarbons oxidation. Although it does not change tebuthiuron and hexazinone leaching class in short term, when considering the aging, the sugarcane straw biochar pyrolyzed at 550°C (PC550), regardless of granulometry, may be useful in the management of high mobility herbicides, especially in sandy soils with low carbon content. In this case, tebuthiuron had its classification modified from "leachable" (Kd,app < 5.0 L kg-1) for "non-leachable" molecule (Kd,app > 5.0 L kg-1). However, the biochar from poultry manure pyrolyzed at 350°C (DG350) increases the DOC content in the soil, resulting in decreased sorption of the herbicides. The additions of PC550 and DG350 to the soil does not modify the control efficiency of braquiária by highly soluble molecules. Doses higher than the recommended ones promote efficient control, regardless of the presence or absence of biochar in the soil. Tebuthiuron and hexazinone are highly recalcitrant molecules in the environment, having low rates of mineralization and dissipation both in the presence or absence of the biochars PC550 and DG350. The biochar application to the soil barely influenced the herbicides dissipation. The biochars PC550 and DG350 decrease the leaching potential of hexazinone in the sandy soil, but do not affect tebuthiuron leaching in the same conditions. Despite the lower potential for tebuthiuron and hexazinone degradation in relation to the epoxidation of hydrocarbons potential, biochar insertion in the synthesis of catalysts has been proved to be efficient, allowing the use of these wastes in industrial and environmental catalysis processes for pollutants remediation purposes and helping to expand the biochar range of uses.
 
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Data de Publicação
2018-07-12
 
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