RELAÇÃO ENTRE ADSORÇÃO DE FóSFORO E COMPONENTESMINERALóGICOS DA FRAÇÃO ARGILA DE LATOSSOLOS

DO PLANALTO CENTRAL(l)

A. F. C. BAHIA FILHO(.l!), J. M. BRAGA(3) , M. RESENDE(3) & A. C. RIBEIRO (4)

RESUMO

Com o objetivo de verificar o comportamento adsortivo de fósforo dos componentesmíneralõgíeos da fração argila, foram coletadas amostras superficiais de oito solos, com texturae mineralogia variáveis. A goethita foi o principal componente dessa fração responsável pelasvariações observadas na capacidade tampão máxima e na adsoreão máxima de fósforo.

SUMMARY: RELATION BETWEEN PHOSPHORUS ADSORPTION AND OLAYMINERALOGIOAL OOMPONENTS OF LATOSOLS OF THEOENTRAL PLATEAU OF 8RAZIL

Phosphorus adsorption was siudieâ on eighi surjace sample of soils varying on iextureand clay mineralogy- Goeihiie was the main clay mineral iraction responsible for lhe âiiierencesobserved on maximum buffering capacity anâ ohosphorus adsorption.

INTRODUÇÃO

São poucos, na literatura, os trabalhos emque a adsorção de fósforo é relacionada com amineralogia do solo. Uma tentativa de relacio-namento nessa área foi efetuada por Juo & Fox(1977), incluindo uma classificação de capacidadede adsorçâo, de acordo com a mineralogia usual-mente encontrada em solos. Essa classificação,genericamente, indica que solos mais intemperi-zados requerem maior quantidade de adubaçãofosfatada para um mesmo nível de fósforo emsolução. A capacidade de adsorção, segundo osautores citados, relaciona-se principalmente coma mineralogia do solo, nos aspectos de naturezae efetividade da superfície de adsorção. Tambémde forma genérica, Fox & Searle (1978) indica-ram que a adsorção de fósforo em solos tropicaispoderia ser classificada, segundo a sua minera-logia, na seguinte ordem: quartzo, alumínio na

matéria orgânica < argilas 2:1 < argilas 1:1 <óxidos cristalinos de ferro e alumínio < óxidosamorfos de ferro e alumínio.

Aos óxidos amorfos tem sido atribuído opapel de principal componente na adsorção defosfato em solos intemperizados (Syers et alii,1971, Leal & Veloso, 1973, e Santana, 1973).Contudo, a designação amorfo, pelo menos paraóxido de ferro, parece ser apenas uma fase opera-cionalmente definida (Resende, 1976). Nalovic etalii (1975) sugeriram que não há óxidos de ferroama rios verdadeiros, mas materiais cristalizadosultrafinos, não detectáveis pelo raio-X. Assim, afalta de morfologia definida e de picos de difra-ção de raio-X levou muitos pesquisadores a acre-ditar que a maioria dos óxidos pedogênicos fosseamorfa (Schwertmann & Taylor, 1981). O usode técnicas avançadas, como espectroscopia Mos-sbauer (Nalovic et alii, 1975, Bigham, 1977, eSchwertmann & Taylor, 1981) e difração de

(1) Recebido para publicação em fevereiro e aprovado em julho de 1983.(2) Pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo - EMBRAPA/CNPMS. Caixa Postal 151, CEP 35700 - Sete

Lagoas (MG). Bolsista do CNPq.(3) Professor Titular do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa. CEP 36570 - Viçosa (MG).(4) Professor Adjunto do Departamento de Solos da Universidade Federal de Viçosa. CEP 36570 - Viçosa (MG).

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raio-X diferencial (Schwertmann & Taylor, 1981),aemonstra, claramente, a cristalinidade dos óxi-dos de ferro tidos como amorfos.

Relacionando adsorção de fosfato e compo-nentes mineralógicos do solo, Resende (1976) ve-rificou que, aparentemente, não há diferença en-tre hematita e goethita na adsorção de fósforo.Ressaltou, no entanto, que a substituição isomór-fica de ferro por alumínio na goethita pode influ-enciar a dessorção do fosfato adsorvido. O ma-terial de argila goethítico aparenta ser, segundoBigham (1977), mais reativo, para retenção defósforo, que o material hematítico. Os dadosobti-dos por esse autor não fornecem, contudo, indi-cações de que haja relação funcional entre com-posição mineralógica e adsorção de fosfato.

A variação no fator capacidade entre solosestá associada, normalmente, a diferenças naadsorção de fosfato. Essas diferenças incluem anatureza e a extensão da superfície disponívelpara adsorção, bem como o nível de energia comque o íon fosfato está retido. Assim, a associaçãoentre capacidade tampão e características de soloreflete, com maior ou menor ênfase, o efeito iso-lado ou da interação dos fatores anteriormentemencionados. Esses fatores influenciam não sóa adsorção como também a dessorçâo do fosfato,fazendo com que a histerese entre os dois fenô-menos seja mais ou menos pronunciada.

A capacidade tampão relaciona-se com osteores de argila (Webber & Mattingly, 1970,Bahia Filho & Braga, 1975, Novais & Kamprath,1978, e Miranda & Volkweiss, 1981), matériaorgânica (Bahia Filho & Braga, 1975), alumínio(Barrow et alii, 1965, e Bahia Filho & Braga,1975), fósforo inorgânico (Webber & Mattíngly,1970) e superfície específica (Webber & Mattin-gly, 1970).

Dentre as características mencionadas, o teorde argila é considerado o de maior importânciapara a determinação do fator capacidade (Baldo-vinos & Thomas, 1967, Webber & Mattingly, 1970,Bahia Filho & Braga, 1975, Novais & Kamprath,1978, e Miranda & Volkweiss, 1981). Todavia,pouca ênfase tem sido dada ao conhecimento danatureza da fração argila e do efeito da compo-sição míneralógíca na capacidade tampão. Em-

bora de caráter generico, Bahia Filho & Braga(1975) sugeriram que a capacidade tampão emlatossolos varia de acordo com a natureza dafração argila, na seguinte ordem: caulinita <gibbsita < material amorfo.

Neste trabalho, procurou-se identificar oscomponentes da fração argila de latossolos res-ponsáveis pela adsorção de fosfato.

MATERIAL E MÉTODOSAs amostras de material de solo utilizadas foram

obtidas por Bahia Filho (1982) e compreendem predomi-nantemente latossolos (Quadro 1). A sua classificação,caracterização física e mineralógica encontram-se nessemesmo trabalho e em Resende et alii (*1.

Os índices de disponibilidade de fósforo ·empregadoscompreenderam isotermas de adsorção, o fator capaci-dade tampão e o fósforo removido pelo extrator Mehlich 1(VeUori, 1969).

Para a obtenção das isotermas de adsorção, umaamostra de 2,5g de terra fina seca ao ar (TFSA) foiagitada, à temperatura ambiente, com 25ml de CaCl2O,OlM,com concentrações crescentes de fósforo, na formade KH2PO 4' durante 24 horas, em agitador vertical rota-tivo tipo Wagner.

Adicionaram-se duas gotas de tolueno a cada tubo,antes da agitação, para prevenir a atividade microbiana.Feita a agitação, as suspensões foram centrifugadas efiltradas, determinando-se o fósforo pelo método da vita-mina C, modificado por Braga & Defelipo (1974).

Considerou-se fósforo adsorvido a diferença entre aconcentração inicial adicionada e a de equilíbrio, apóso período de agitação. Os dados de concentração defósforo em equilíbrio, em micrograma P/mililitro, e fós-foro adsorvido, micrograma P/grama, foram ajustados àisoterma de Langmuir, na sua forma híperbólica, como uso do programa Regrenil, de Bard (1974), utilizandoo método de Gauss Newton. A equação da, isoterma deLangmuir utilizada foi a de uma única superfície deadsorção.

Os índices utilizados de capacidade tampão derivadosdos dados obtidos das isotermas de adsorção foram osseguintes:

a. Capacidade tampão máxima (Holford & Mat-tingly, 1976). Inclinação máxima da isoterma de Lang-

(*) Resende, M.; Bahia Filho, A. F. C.; Braga, J. M. Compo-posição mineralógica da fração argila de latossolos esti-mada pelo teor de óxidos do ataque sulfúrico (em fase depublicação).

Quadro 1. Classüicação e identüicação das amostras de material de solo utilizadas

Classe de solo Símbolo Jdentífíeação

Areia Quartzosa distrófica fase cerradoLatossolo Vermelho-Escuro distrófico textura média fase cerradãoLatossolo Vermelho-Escuro distrófico textura média fase cerradãoLatossolo Vermelho-Escuro epieutrófico textura argilosa fase florestaLatossolo Vermelho-Escuro distrófico textura argilosa fase florestaLatossolo Vermelho-Escuro distrófico textura muito argilosa fase florestaLatossolo Vermelho-Amarelo distrófico textura muito argilosa fase campoLatossolo Vermelho-Amarelo textura muito argilosa fase cerrado

AQdLEdmLEdmLEdrLEdrLEdrLVarLVar

TM-5TM-6TM-18TM-42TM-14AP-C13TM-56TM-67

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muir para uma única superfície de adsorção, dada pelaexpressão:

dx(-)

dc c - O= k xm

b , Capacidade tampão de equilíbrio (Beckett &White, 1964, e Holford & Mattingly, 1976). Valor datangente à isoterma de Langmuir para única superfíciede adsorção na concentração natural de equilíbrio (quan-do o fósforo adicionado é igual a zero). É obtido pelaprimeira derivada da equação da isoterma de Langmuir,na sua forma original:

dc (l + kC)2

Amostras do material de solo foram ainda incubadasa temperatura ambiente com quantidades crescentes deP na forma de NaH2P04.H2ü (O, 100', 150, 200 e 25O'",gP/g de TFSA). A incubação foi efetuada durante dozedias, permanecendo o material de solo com a umidadecorrespondente a 100'% da água retida a % de bar. Apóso período de incubação, as amostras foram secas emestufa a 40°C, determinando-se o fósforo extraído peloextrator Mehlich 1 pelo método da vitamina C modificadopor Braga & Defelipo (1974). Com os dados obtidos,foram ajustadas equações de regressão entre fósfororemovido pelo extrator Mehlich 1 e fósforo aplicado. Ocoeficiente angular dessas equações foi empregado nasanálises de correlação efetuadas como uma medida indi-reta da capacidade tampão de fósforo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A avaliação da disponibilidade de fósforo evi-denciou baixos teores de fósforo disponível, peloextrator Mehlich 1, e considerável variação nosparâmetros de energia e capacidade máxima deadsorção (Quadro 2).

A comparação dos resultados de capacidadetampão máxima e de equilíbrio mostra que hábastante similaridade entre eles. A razão dessasemelhança reside no fato de que a capacidadetampão de equilíbrio é medida na concentração deequilíbrio e fósforo. Como essa concentração seaproxima de zero, tem-se, praticamente, os mes-mos resultados da capacidade tampão máxima.As maiores discrepâncias são verificadas justa-

mente onde ocorre maior teor de fósforo em so-lução, associado com elevada energia e capacidademáxima de adsorção (AP-C13). Assim, os índicesde capacidade tampão calculados segundo os con-ceitos de Beckett & White (1964) e Holford &Mattingly (1976) somente deverão apresentar re-sultados diferentes se os teores de fósforo emsolução forem significativamente maiores quezero e em solos com altos valores de energia ecapacidade máxima de adsorção, No caso pre-sente, as estimativas de capacidade tampão estãoestreitamente correlacíonadas entre si (r-=0,999U).

Uma vez que a capacidade tampão está asso-ciada à adsorçâo de fosfato, procurou-se relacio-ná-Ia com algumas características do solo ligadasao fenômeno de retenção (Quadro 3).

As correlações encontradas refletem, diretaou indiretamente, o relacionamento anteriormentereferido, entre o fator capacidade e a adsorção.Dentre os parâmetros da capacidade tampão, aadsorção máxima foi o que se associou em maiorgrau com as características selecionadas. Assim,todos os parâmetros avaliados estão relacionados,principalmente, com a extensão da superfície deadsorçâo, As correlações entre capacidade tam-pão, adsorção máxima e energia de adsorçãoeram esperadas, tendo em vista à participaçãodesses parâmetros na obtenção do fator capaci-dade. O relacionamento com o teor de carbonoindica a participação positiva da matéria orgâ-nica na adsorção de fosfato. Essa participação,no entanto, diante do caráter aniônico da matériaorgânica, pode processar-se possivelmente atravésde "pontes" de cátions metálicos (Fe ou Al) entrea matéria orgânica e o ânion fosfato (Wild, 1950,Braga, 1973, Fox, 1979, e Sample et alii, 1980).Por outro lado, Schwertmann (1966) verificouque compostos orgânicos têm efeito inibidor sobreo desenvolvimento de cristais de hidróxido férricoamorfo, através da adsorção de ácidos húmicose fúlvicos à superfície positivamente carregada.Conseqüentemente, é de esperar maior superfíciede adsorção nos cristais de menor tamanho, Tal

Quadro 2. Parâmetros de disponibilidade de fósforo nas amostras de solo utilizadas

Classe desolo

IdentificaçãoFósforo disponível Energia de Capacidade máxima Capacidade tampão

adsorção de adsorçãoMehlich 1 (k) (xm) Máxima Equilibrio

",g/g uü/g ",g/g ---ml/g

3,3 1,69 205 346 3368,8 0,43 180 76 762,2 0,76 270 205 2008,9 0,34 238 81 800,9 0,49 953 467 4600,7 1,74 1321 2299 22515,1 2,40 1502 360'5 33590,8 2,02 1097 2216 2163

AQdLEdmLEdmLEdrLEdrLVarLEdrLVar

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mecanismo é também aceito por Sanches &Uehara (1980), segundo os quais maior quanti-dade de matéria .orgânica pode levar a um au-mento nos sesquióxidos finamente divididos. Noentanto, não há informações suficientes paraestabelecer o efeito inibidor da matéria orgânicana cristalização de compostos de aluminio. Desdeque o mecanismo proposto esteja correto, a rela-ção entre matéria orgânica e adsorção é de natu-reza indireta. No caso da amostra AP-C13, éprovável que a associação entre maior teor defósforo em solução e elevada energia e capaci-dade de adsorção esteja relacionada com o seuteor de matéria orgânica (5,30%). Nesse caso,o fósforo em solução medido seria predominante-mente da matéria orgânica, que, de maneira indi-reta, contribuiria também para reduzir a finurados cristais de minerais de ferro, conferindo ascaracterísticas de adsorção verificadas nessaamostra. Um mecanismo de natureza direta éresponsável, contudo, pelas correlações obtidasentre capacidade tampão, argila, equivalente deumidade e água retida a -% de bar. As carac-terísticas determinadas, ligadas à água no solo,retratam o fenômeno de adsorção de natureza ele-trostática. Embora a adsorção de fosfato envolvatambém o estabelecimento de ligações covalentes(Hingston et alii, 1967, 1974; Parfitt et alií, 1975,e Parfitt, 1978), as correlações obtidas sugeremque os parâmetros de água empregados fornecemuma estimativa da superfície disponível paraadsorção, independentemente do tipo da força deatração. O uso de medidas indiretas de capaci-dade tampão, como fósforo em solução e declí-vidade do aumento de fósforo, pelo extratorMehlich 1, é baseado, pelos resultados obtidos,também na superfície disponível para adsorção,Dessa forma, nenhuma alteração na energia deadsorção será refletida pelas medidas indiretas decapacidade tampão.

I

Embora a fração argila apresente estreitacorrelação com a adsorção e com a capacidade

tampão, é desejável a Identificação do compo-nente mineral6gico responsável pelas variaçõesobservadas nos dois parâmetros de dísponibilidadede fósforo. Dentre os componentes consideradosna mineralogia dos materiais de solo estudados(Resende et alii (*», a goethita foi responsávelpor 97% e 86% das variações observadas na capa-cidade tampão máxima e na adsorçâo máximarespectivamente (Quadro 4 e 5).

Resultado semelhante foi obtido por Jones(1981) em materiaís de solo de Porto Rico. Esseautor verificou, no entanto, que, além da abun-dância do mineral, é importante, na adsorção defosfato, o tamanho médio do cristalito. Em outrotrabalho, Jones et alii (1982) observaram que aadsorção de fósforo foi mais dependente de goe-thita e gibbsita que de outros componentes dasamostras de solo. Praticamente, o efeito da sílicana adsorção pode ser atribuído à sua ação dilui-dora sobre a goethita e sobre a gibbsita. Osmencionados autores não utilizaram, contudo, ne-nhuma técnica para separar o efeito dos doiscomponentes na adsorção. Utilizando a equaçãode regressão ajustada entre capacidade máximade adsorção (em micrograma P/ grama solo) eporcentagem de goethita no material do solo(Quadro 5), foi obtido o valor de adsorção de181p.molde P04-3/g de goethita. Esse valor é ra-zoável, quando comparado com o obtido porParfitt et alii (1975), de 210p.mol de P04-3/g apH 3,5, em goethita pura. Deve-se considerar quefatores como morfologia e tamanho dos cristais(Nalovic et alii, 1975 e Schwertmann & Taylor,1977) , bem como as condições experimentais(McLaughlin et alii, 1981), podem influenciar osvalores obtidos.

Quadro 3. Coeficientes de correIação linear simples (r) entre a capacidade tampão máxima., os parâmetros da ísoter-ma de Langmuir e algumas características do solo

!

Característica Capacidade tampão mâxima Energia de adsorçãoAdsorção máxima

Adsorção máxima (xm)

Energia de adsorção (k)Conteúdo de argilaTeor de carbonoEquivalente de umidadeÁgua retida a -% barP em solução (40/Lg/ml) (1)P recuperado/p aplicado (2)

0,911 **0,866 **0,900 **0,843 **0,884 **0,896 **

-0,767 *-0,826 *

0,687ns0,937 **0,771 *0,952 **0,955 **

-0,927 **-0,970 **

0,687 ns0,568 ns0,624ns0,632 ns

-0,620 ns-0,620 ns

(1) Quantidade de fósforo em solução após agitação do material com 40/Lg/ml de P por 24 horas.

(2) Coeficiente angular da equação de regressão ajustada entre fósforo disponlvel pelo extrator Mehlich 1 e fósforo aplicado.

ns: não significativo; • e •• : significativos aos níveís de 5% e 1% respectivamente.

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Quadro 4. Anállse de variância da equação de regressão ajustada entre capacidade tampão máxima e componentesmineraJógicos do material de solo (1)

Fonte de variação GL(2) QM(2) &2 Equação de regressãoc»

Devida a Go 1 1,23.107** 0,966 Y 56,25 + 144,94 GoDevida a Go e Gb 2 6,28.106** 0,983Devida a Gb, dado Go 1 2,20.105 ns 0,017Devida a Go, Gb, Ka 3 4,22.106 ** 0,991Devida a Ka, dado Go e Gb 1 9,90.104ns 0,008Devida a Go, Gb, Ka e Hm 4 3,17.106** 0,991Devida a Hm dado Go, Gb e Ka 1 2,00.103 ns 0,000

(1) Go: goethita; Gb: gibbsita; Ka: caullnlta; Hm: hematita; (2) Y dado em ml/g e Go em % de goethita no material de solo;GL: grau de liberdade: QM: quadrado médio; ns: não significativo; *: significativo ao nível de 1%.

Quadro 5. Análise de variância da equação de regressão ajustada entre capacidade máxima de adsorção e compo-nentes mineralõgicos do material de solo (1)

Fonte de variação GL(2) QM(2) &2 Equação de regressãocn

Devida a Go 1 1,85.106 ** 0,857 Y 292,44 + 56,14 GoDevida a Go e Hm 2 1,01.106 ** 0,933Devida a Hm, dado Go 1 1,63.10~ ns 0,076Devida a Go, Hm e Gb 3 6,82.105 ** 0,946Devida a Gb, dado Goe Hm 1 2,90.104 ns 0,013Devida a Go, Hm, Gb eRa 4 5,13.105 '" 0,950Devida a Ka, dado Go, Hm e Gb 1 7,40.103 ns 0,004

(1) Go: goethlta; Hm: hematita; Gb: gibbsita; Ka: caullnlta; (2) Y dado em g P/g e Go em % no material de solo; GL: graude liberdade; QM: quadrado médio; ns: não slgnlflcativo, • e ** significativos aos niveis de 5% e 1% respectivamente.

CONCLUSõES

As correlações encontradas entre argila, teorde carbono, adsorção máxima e capacidade tam-pão máxima refletem a extensão da superfícieadsortiva. Da mesma forma, as correlações entrecapacidade tampão, argila, equivalente de umi-dade e água retida a -Vs de bar retratam a su-perfície disponível para a adsorção. Nenhumdesses parâmetros se associou significativamentecom a energia de adsorção. A goethita foi o prin-cipal componente da fração argila responsávelpelas variações observadas entre solos na capa-cidade tampão máxima e na adsorção máximade fósforo.

LITERATURA CITADA

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