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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-14012021-134907
Documento
Autor
Nome completo
Sara Ramos dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2021
Orientador
Banca examinadora
Torrado, Pablo Vidal (Presidente)
Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino
Schellekens, Judith
Silva, Wilson Tadeu Lopes da
Título em português
Podzolização simulada em experimento com colunas: a influência do tipo de matéria orgânica dissolvida (MOD) na interação MOD-alumínio no solo
Palavras-chave em português
Complexação de Al
Espodossolos
Matéria orgânica dissolvida
Pedologia experimental
Podzóis
Queluviação
Resumo em português
A matéria orgânica dissolvida (MOD) pode se associar com metais formando ligações organometálicas. Por isso a MOD desempenha um papel importante em muitos processos ambientais, como o transporte de metais e a estabilidade do carbono. Os podzóis, ou espodossolos, são um bom exemplo da complexação da MOD com metais, porque a formação de seu horizonte Bh é baseada nesta associação por meio de um processo chamado podzolização. É bem conhecido que os grupos funcionais desempenham um papel essencial nos mecanismos de ligação da MOD com os metais. No entanto, o papel da estrutura molecular, ou seja, a arquitetura, neste processo ainda não foi abordada. Portanto, para compreender a acumulação e transporte da MOD em podzóis, técnicas que permitem a caracterização da matéria orgânica do solo (MOS) foram aplicadas para determinar a composição molecular da MOD e relacioná-la à sua associação com alumínio. Com base em observações de campo em espodossolos sob vegetação de Restinga e de indagações que numerosos autores apresentam ao tratar da podzolização, suas relações com o transporte da MOD e sua precipitação nos horizontes Bh, as hipóteses deste trabalho são que i) a complexação da MOD com alumínio é seletiva, e ii) a precipitação da MOD em areia sem adição de alumínio também ocorre e não é seletiva. Para tanto foram realizados experimentos com colunas para estudar a retenção da MOD no em condições controladas. Foram usadas diferentes fontes de MOD coletadas em área de podzóis sob vegetação de Restinga, incluindo MOD de dois córregos (do Córrego-1 e 2), Serapilheira e Carvão. As soluções atravessaram cada qual uma coluna contendo material de um horizonte E sem e com uma fonte de Al (Al(NO3)3.9H2O e caulim), e material de um horizonte Bh; esses materiais de colunas foram escolhidos por refletir os efeitos de: precipitação, complexação, adsorção, e dessorção, respectivamente. Foi qualificada e quantificada a MOD que passou pela coluna para verificar sua possivel seletividade nos processos de retenção no solo. As fontes de MOD se comportam de forma diferenciada. nas colunas com B lixviados dos Córregos-1 e 2 houveram aumento do contéudo de C de 159% e 263% em relação C adicionado respectivamente; resultado de maior dessorção como no tratamento que houve apenas a adição de água; em contraste os lixiviados de MOD de Serapilheira e de Carvão mostraram uma um decréscimo do C devido a retenção de 13% e 40%. Nas colunas com E (com e sem adição de Al) os tratamentos com MOD do Córrego-2 apresentou maior retenção com 46% em média do C retido comparado com a retenção de 34% e 39% que adição de MOD de Serapilheira e de Carvão proporcionaram respectivamente, se destacando o tratamento com Córrego-2 e caulim com 63% de retenção do C via adsorção. A MOD de Carvão apresentou menor retenção do C nos tratamentos de E com 39% em média, a exceção foi o tratamento E sem adição de Al (47% retido). A maior retenção de MOD de carvão foi no tratamento com E sem adição de Al, o que sugere que a precipitação é seletiva. Além disto, de todos os tratamentos com apenas E e diversos tipos de MOD, a MOD de Carvão se destacou proporcionando maior retenção de C adicionado, juntamente com o Córrego-2 (p<0,05). Os materiais das colunas também influenciaram a retenção de C, pois excluido-se o Córrego-1, para os demais tipos de MOD as colunas com caulim foram mais eficientes na retenção de C do que as com Al em solução, sendo 42% e 27% em média respectivamente. Assim os diferentes efeitos do tipo da coluna na retencão da MOD sugerem um processo dependente da seletividade na retencão da MOD. Para avaliar estas diferenças de comportamento na retenção a composição química de cada fonte de MOD utilizada foi analisada com FTIR, Pi-CG/EM, proporção de ácidos húmicos relativa a ácidos fúlvicos (AH/AF), e análise elementar (CHN).
Título em inglês
The influence of dissolved organic matter (DOM) composition on DOM-aluminium interaction in Podzols: a column experiment
Palavras-chave em inglês
Al complexation
Cheluviation
Dissolved organic matter
Experimental pedology
Podzols
Spodossol
Resumo em inglês
Dissolved organic matter (DOM) can be linked to metals by the formation of organometal complexes. Therefore, DOM plays an important role in many environmental processes, such as metals transport and soil carbon stability. Podzols, or spodosols, are a good example of this process because the formation of their Bh horizon is based on the association of DOM with Al and/or Fe through a process called podzolization. It is well-known that functional groups play an essential role in the binding mechanisms of DOM with metals. However, the role of molecular structure in this process has received little attention. To understand the role of functional groups and molecular architecture, the molecular composition of DOM was analysed in an experimental setting with several associations with Al. The hypotheses of this work are that i) complexation of DOM with Al is selective, and ii) precipitation of DOM in sand without Al addition also occurs and is not selective. Column experiments were carried out to study the retention of DOM under controlled conditions. Different sources of DOM collected in a podzol area under Restinga vegetation were used, including water from two streams (Stream-1 and Stream-2), Litter and Char. Each DOM solution passed through a column containing material from a podzol E horizon with and without an added Al source (Al(NO3)3.9H2O and kaolin), and material from a podzol Bh horizon. These column materials were selected to reflect the effects of precipitation, complexation, adsorption and desorption, respectively. The leachates from the different DOM types that passed through the column were qualified and quantified to verify its retention in the soil and evaluate possible selectivity during these processes. The results indicate distinct behaviour of DOM types. Leachates from B columns rom Stream-1 and Stream-2 had increases in C content compared to the initial solution, with 159% and 263% of DOC, respectively. This was similar to leachates with only addition of water and reflect a net desorption; in contrast, the B columns treated with DOM from Litter and Char showed a net retention with a decrease of C of 13% and 40 %. In the E horizons (with and without Al), the treatments with DOM from Stream-2 presented the greatest retention with 46% on average, compared to 34% and 39% for DOM from Litter and Char, respectively. The treatment with DOM from Stream-2 even showed 63% retention in the columns with kaolin, reflecting the largest retention via adsorption. The E columns treated with DOM from Char presented the lowest retention with 39% on average, with exception of the column without Al addition (47% retained). The fact that the highest retention of DOM from Char occurred in the treatment without Al addition suggest that (in addition to desorption, complexation and adsorption) retention through precipitation was also selective. In addition, comparing all DOM types for E columns without Al, leachates from Char had significantly higher retention of C, jointly with those from Stream-2 (p<0,05). The column materials also clearly influenced the retention of C, with the columns with kaolin being more efficient than the columns with Al in solution, being 42% and 27% on average, respectively (Stream-1 excluded). This different effect of column type on C retention suggests a process-dependent selectivity in DOM retention. To evaluate this selective retention of DOM, the composition of (leachates of) each DOM source was evaluated using FTIR, Py-GC/MS, the proportion of humic acids to fulvic acid (HA/FA), and elemental analyses (CHN).
 
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Data de Publicação
2021-01-15
 
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