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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.75.2014.tde-04072014-105024
Document
Author
Full name
Cleber Hilario dos Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Milori, Debora Marcondes Bastos Pereira (President)
Saab, Sergio da Costa
Montes, Celia Regina
Nascimento, Nádia Regina do
Vieira, Eny Maria
Title in Portuguese
Estudo da matéria orgânica e composição elementar de solos arenosos de regiões próximas a São Gabriel da Cachoeira no Amazonas
Keywords in Portuguese
grau de humificação
matéria orgânica
PARAFAC
sistema latossolo-espodossolo
substâncias húmicas
Abstract in Portuguese
A Amazônia representa a maior biodiversidade do mundo e representa um reservatório enorme e dinâmico de carbono, não só na biomassa, mas também no solo. O ciclo do carbono neste bioma é muito importante, principalmente para questões abordadas às mudanças climáticas. Avaliar e compreender a dinâmica do carbono e outros elementos no solo da Amazônia pode ajudar os cientistas a melhorar os modelos e antecipar cenários. Novos métodos, que permitem medições de carbono do solo in situ, são uma abordagem fundamental para este tipo de região, devido aos custos financeiros para a coleta e envio de amostras de solo da floresta para o laboratório, e demanda muito tempo nesta atividade. No presente estudo, uma topossequência de um sistema Latossolo-Espodossolo com caulim associado, desenvolvido a partir de rochas granito gnáissicas do embasamento cristalino, foi estudada. As amostras foram coletadas em São Gabriel da Cachoeira, estado do Amazonas. Dois perfis de solo: Espodossolo Humilúvico (P1) no topo e Latossolo Amarelo (P2) na meia encosta da topossequência foram descritos e amostrados em um total de dezoito amostras. Os objetivos principais foram avaliar e caracterizar através de métodos químicos e espectroscópicos a matéria orgânica e a composição elementar nestes solos arenosos utilizando a análise elementar (CHNS), espectroscopia de emissão ótica com plasma induzido por laser (LIBS), espectrometria de emissão ótica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES), espectroscopia de fluorescência induzida por laser (FIL), fluorescência de luz UVVisível e absorção de radiação na região no UV-Visível. Através dos resultados obtidos pela análise elementar foi possível notar que para o Espodossolo Humilúvico houve variações diferenciadas nos teores de carbono, mas para o Latossolo Amarelo, não se pode inferir uma tendência de incremento ou decréscimo do teor de carbono ao longo do perfil, pois o teor de carbono para a maioria das amostras de solo foi inferior a 0,3%, o limite de detecção do CHNS. A espectroscopia de matrizes de fluorescência de excitação-emissão (MEE) foi uma técnica mais seletiva e sensível do que a fluorescência bidimensional para os ácidos húmicos (AH), mostrando informações interessantes, variações estruturais e grande diferença entre os cromóforos que emitem fluorescência nos extratos de ácido fúlvico 2 (EAF2) e AH. A combinação dos espectros de MEE com a análise de fatores paralelos (PARAFAC) permitiu caracterizar qualitativamente os EAF2, podendo identificar e associar com mais clareza os três fluoróforos obtidos, com seus respectivos componentes, ácidos fúlvicos (grupos de fluoróforos simples e complexos) e proteína, com diagnóstico de consistência do tensor núcleo (CORCONDIA) de 85,8%. Esta combinação permitiu caracterizar quantitativamente os AH, identificando a contribuição das intensidades de dois fluoróforos, associados aos AH, grupos de fluoróforos mais complexos e simples, com CORCONDIA de 84,2%. A partir dos resultados de LIBS, uma forte correlação foi encontrada e os coeficientes de correlação de Pearson's obtidos para o ajuste logarítmico foi de R = 0,98 e R = 0,99 para o carbono e o alumínio, respectivamente, entre os valores obtidos por LIBS e as técnicas de referências (CHNS e ICP OES) para o Espodossolo Humilúvico. Nenhuma relação foi observada para o ferro, provavelmente devido aos teores estarem abaixo do limite de detecção. A técnica FIL mostrou para o Espodossolo Humilúvico que o horizonte de transição (Tr) estaria funcionando como uma "peneira molecular", acumulando a matéria orgânica pouco humificada, permitindo a passagem para os horizontes de caulim (K1 e K2) de compostos com estruturas mais humificadas, mais complexas, de difícil degradação (mais recalcitrantes), mas de menor tamanho molecular, como anéis aromáticos condensados e/ou conjugação de anéis aromáticos simples, corroborando com a eficiência da extração do AH. Para o Latossolo Amarelo, observou-se um aumento no grau de humificação do horizonte superficial BA em relação ao A2. Logo, estes resultados contribuem para um melhor entendimento sobre a quantificação de carbono, grau de humificação e alterações estruturais da matéria orgânica dos solos arenosos da região de São Gabriel da Cachoeira na Amazônia.
Title in English
Study of the organic matter and elemental composition of sandy soil from regions next to São Gabriel da Cachoeira in Amazonas
Keywords in English
humic substances
humification degree
organic matter
oxisol-spodosol system
PARAFAC
Abstract in English
The Amazon represents the world's biggest biodiversity, comprehending a large and dynamic carbon pool, considering its biomass and soil, as well. The carbon cycle in this biome is very important, especially in questions regarding climatic changes. To evaluate and to understand the carbon and other elements cycles in Amazonian soil can help scientists to improve models and foresee scenarios. New methods, allowing carbon measurements on site, are a crucial approach for this kind of region, due to the financial costs to collect and ship soil samples from forest to laboratory, and the time spent in this activity. In the present study, it was analyzed a topsequence of an Oxisol-Spodosol system with kaolin associated, generated from granitic-gneiss rocks of crystalline basement. The soil samples were collected in São Gabriel da Cachoeira, Amazonas state, Brazil, considering two different soil profiles: Spodosols (P1), at the top layer, and yellow Oxisols (P2) at the topsequence hillside, representing a total of eighteen samples. The main purpose of this study was to evaluate and characterize the organic matter content and elemental composition by chemical and spectroscopic methods using elemental analysis (CHNS), laserinduced breakdown spectroscopy (LIBS), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES), laser-induced fluorescence spectroscopy (LIFS), fluorescence spectroscopy and UV-Visible spectroscopy. The CHNS results showed differences in the carbon content for the Spodosol (P1) samples; however, it was not observed any differences for the Oxisol (P2) samples, once the carbon content data obtained for these samples were lower than the equipment detection limit (0.3%). The excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy was more sensitive for detecting humic acids (HA) than the two-dimensional fluorescence spectroscopy, showing interesting information, structural variations and large difference among chromophores that emit fluorescence in fulvic acid extracts 2 (EAF2) and HA. The EAF2 were qualitatively characterized by combining the EEM spectra with parallel factor analysis (PARAFAC), which allowed to identify clearly the three fluorophores obtained and their respective components, fulvic acids (simple and complex groups of fluorophores) and protein, with core consistency diagnostic (CORCONDIA) of 85.8%. These data also allowed to quantify the HA, identifying contributions of intensities from two fluorophores associated with HA, complex groups and simple fluorophores, presenting CORCONDIA of 84.2%. Regarding the carbon and aluminum content results for the Spodosol samples, a strong correlation was found between the LIBS values and the standard techniques (CHNS and ICP OES). The Pearson's coefficients obtained by logarithmic fit were R = 0.98 and R = 0.99 for carbon and aluminum, respectively. It was not observed any differences for the iron contents from the analyzed samples, probably due to the low content observed regarding the detection limit this element presents. The LIFS technique indicated that the transition horizon (Tr) would be acting as a "molecular sieve" in the Spodosol soil (P1), accumulating less humified organic matter, and allowing passage to kaolin horizons (K1 and K2) of compounds with more humified, more complex, difficult to degrade (recalcitrant) structures, but with lower molecular size, such as condensed aromatic rings and/or combination of simple aromatic rings. These results were in accordance to the HA extraction efficiency. For the yellow Oxisol (P2) samples, it was observed a humification degree increase in the surface horizon BA compared to the A2 horizon. This way, the data obtained contribute to a better understanding regarding carbon quantification, humification degree and organic matter structural alterations on sandy soils in São Gabriel da Cachoeira, at the Amazonian region.
 
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Publishing Date
2014-12-01
 
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