( PDF ) Caracterização da matéria orgânica do solo em fragmentos de Mata Atlântica e em plantios abandonados de eucalipto, reserva biológica União

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CARACTERIZAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO EM

FRAGMENTOS DE MATA ATLÂNTICA E EM PLANTIOS

ABANDONADOS DE EUCALIPTO, RESERVA BIOLÓGICA UNIÃO

CRISTIANA DO COUTO MIRANDA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE

DARCY RIBEIRO - UENF

CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ

MARÇO – 2005

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CARACTERIZAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO EM

FRAGMENTOS DE MATA ATLÂNTICA E EM PLANTIOS

ABANDONADOS DE EUCALIPTO, RESERVA BIOLÓGICA UNIÃO

CRISTIANA DO COUTO MIRANDA

Tese apresentada ao Centro de Ciências e

Tecnologias Agropecuárias da Universidade

Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro,

como parte das exigências para obtenção do

título de Mestre em Produção Vegetal

Orientador: Prof. Luciano Pasqualoto Canellas

CAMPOS DO GOYTACAZES - RJ

MARÇO – 2005

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FICHA CATALOGRÁFICA

Preparada pela Biblioteca do CCTA / UENF 020/2005

Miranda, Cristina do Couto

Caracterização da matéria organica do solo em fragmentos de Mata

Atlântica e em plantios abandonados de eucalipto, Reserva Biológica

União – RJ. - 2005-05-15

82f. : il

Orientador: luciano Pasqualoto Canellas

Dissertação (Mestrado em Produção Vegetal) – Universidade

Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Centro de Ciências e

Tecnologias Agropecuárias. Campos dos Goytacazes, RJ. 2005.

Bibliografia: f. 73 – 82.

1. Substância húmica 2. Fertilidade do solo 3. Humificação 4. Solo

florestal 5. Regeneção da floresta l. Universidade Estadual do Norte

Fluminense Darcy Ribeiro, Centro de Ciências e Tecnologias

Agropecuárias. II. Título.

CDD - 631.42

CARACTERIZAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO EM

FRAGMENTOS DE MATA ATLÂNTICA E EM PLANTIOS

ABANDONADOS DE EUCALIPTO, RESERVA BIOLÓGICA UNIÃO

CRISTIANA DO COUTO MIRANDA

Tese apresentada ao Centro de Ciências e

Tecnologias Agropecuárias da Universidade

Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro,

como parte das exigências para obtenção do

título de Mestre em Produção Vegetal.

Aprovada em 31 de março de 2005

Comissão Examinadora:

Prof. Marcelo Trindade Nascimento (Ph.D. Ecologia) – UENF/LCA

Professor Gabriel de Araújo Santos (Ph.D. Ciências do Solo) – UFRRJ/Depto.

Solos

Profa Déborah Guerra Barroso (Dr

. Produção Vegetal) – UENF/LFIT

Prof. Luciano Pasqualoto Canellas (Ph.D. Ciências do Solo) – UENF/LSOL

Orientador

A Deus, que é tudo; à Lídia C. Miranda (minha mãe), pelo exemplo de

honestidade, força, coragem e amor pela família. À memória de meu pai, José da

Silva Miranda, pelas lições de caridade, amor e honestidade, dedico.

AGRADECIMENTO

Ao meu Pai do céu, que em todos os momentos me guiou e me

fortaleceu, expressando, de forma simples e mesmo grandiosa, seu imenso amor.

À minha mãe, Lídia, aos meus irmãos (Sônia, José Antônio, Agnaldo e

Luciana), às minhas sobrinhas, aos meus cunhados e cunhadas, em especial a

Rosangela (Danda) que sempre me apoiou. Agradeço ainda aos meus queridos

avós, primos e tios dessa imensa família, que juntos constituem um dos maiores

presentes dados por Deus, além de serem uma grande, forte e amorosa torcida.

Desta, sempre sobressaíam os gritos que diziam: - “tia", das minhas

preciosidades Ingrid, Andressa, Alice, Aline, Amanda, Isabely e minha afilhada

Luane.

Agradeço ao meu Pai, José, e minha tia Leonor, que mesmo não

presentes fisicamente, estiveram em meus pensamentos.

Ao Marcos Fábio, meu namorado e amigo, que com toda paciência e

carinho sempre me apoiou.

Ao meu orientador Luciano P. Canellas e co-orientador Marcelo T.

Nascimento, pela confiança e dedicação nas orientações.

iii

Aos colegas, técnicos e professores do Laboratório de Solos, em especial

à Kátia, que sempre foi tão dedicada e amorosa, e ao Marihus e Jolimar, pela

disponibilidade e paciência para a classificação dos solos deste estudo.

A toda equipe do Laboratório de Ciências Ambientais, em especial aos

técnicos de campo, pelo grande apoio e pelos momentos de descontração.

Ao técnico Wallace e ao doutorando Rosemberg do CCT, pela grande

ajuda nas análises de espectroscopia de IV.

Ao professor Carlos Resende por disponibilizar os equipamentos da

central analítica do LCA e ao técnico Ary, pela paciência.

Aos meus velhos irmãos e amigos do Espírito Santo, em especial à

minha irmã Tatiana, que, mesmo na distância, esteve presente participando de

todos momentos.

Aos meus grandes amigos e irmãos da UFRRJ e de Campos, em

especial aqueles amigos pela fé, que em todos momentos estiveram me

apoiando.

A todos companheiros e irmãos do Ministério Universidades Renovadas

do RJ, em especial aos da diocese de Campos, pela força de sempre

prosseguirem decididamente.

Às irmãs e companheiras da antiga (Sabrina, Ana e Fernanda) e nova

república (Iliani, Aline e Giselda), pelo carinho e amizade com que sempre

vivemos, formando verdadeiras famílias.

Um agradecimento especial à equipe do IBAMA, que sempre mostrou

disponível durante o trabalho na Reserva Biológica União.

Aos funcionários da UENF, que me ajudaram direta e indiretamente.

Ao CNPQ, pelo apoio financeiro.

“A justiça tem necessidade de uma alma.

A alma da justiça é a caridade“.

(João Paulo II)

SUMÁRIO

LISTA DE QUADROS ..........................................................................................VII

LISTA DE FIGURAS..............................................................................................IX

RESUMO ...............................................................................................................XI

1. INTRODUÇÃO.................................................................................................... 1

2. REVISÃO DE LITERATURA.............................................................................. 4

2.1. Aspectos gerais da funcionalidade de ecossistemas florestais

tropicais

.................................................................................................... 6

2.2. Matéria orgânica: aspectos gerais e humificação................................... 7

2.3. Ácidos húmicos (AHs) ............................................................................. 12

2.4. Caracterização química da matéria orgânica do solo (MOS)................ 13

2.4.1. Fracionamento químico das substâncias húmicas (SHs)..............14

2.4.2. Extração, isolamento e purificação dos AHs ..................................15

2.5. Composição elementar dos AHs............................................................. 16

2.6. Análise de grupamentos funcionais....................................................... 18

2.7. Caracterização Espectroscópica ............................................................ 21

2.7.1. Espectroscopia de UV-Visível: Razão E

.....................................21

2.7.2- Espectroscopia de fluorescência.....................................................22

2.7.3. Espectroscopia na região do infravermelho (IV).............................23

3. MATERIAL E MÉTODOS................................................................................. 28

3.1. Caracterização da área............................................................................. 28

3.2. Sítios amostrais........................................................................................ 32

3.3. Coleta das amostras de solo................................................................... 33

3.4. Fracionamento da MOS............................................................................ 33

3.5. Extração, isolamento e purificação de ácidos húmicos ....................... 35

3.6. Caracterização dos AHs........................................................................... 35

3.7. Densidade e riqueza das plântulas......................................................... 36

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................ 38

5. RESUMO E CONCLUSÕES............................................................................. 71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 73

LISTA DE QUADROS

Quadro 1- Reagentes usados na extração das substâncias húmicas do solo...... 15

Quadro 2- Acidez total, carboxílica (COOH) e OH fenólica de ácidos húmicos

de diferentes solos (cmol

kg AH).

-1

...................................................... 20

Quadro 3- Principais bandas de absorção na região de infravermelho de ácidos

húmicos

................................................................................................. 27

Quadro 4- Propriedades químicas e granulometria de um Gleissolo sob mata

alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo sob

plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16, e 18 anos (C, D e

E), em duas profundidades.

.................................................................. 41

Quadro 5- Conteúdo médio (± erro padrão) de carbono das diferentes frações

da MOS de um Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob

mata de morrote (B) e Argissolo sob plantios abandonados de

eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas profundidades

.. 44

Quadro 6- Composição elementar (± erro padrão) e razão atômica (livres de

cinzas e umidade) e percentagem de cinzas dos AHs extraídos de

um Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob mata de

morrote (B) e Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com

14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas profundidades.

.......................... 51

vii

Quadro 7- Valores médios (± erro padrão) encontrados para acidez total,

carboxílica e fenólica; razão E

e área do espectro de

fluorescência de emissão com excitação em 465 nm (A

) dos AHs

extraídos de um Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob

mata de morrote (B) e Argissolo sob plantios abandonados de

eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas profundidades

4 6

465

.. 57

Quadro 8- Possíveis atribuições das bandas de absorção (cm ) encontradas

nos espectros de IV de AHs extraídos de um Gleissolo sob mata

alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo sob

plantios abandonados de eucaliptos com 14,16 e 18 anos (C, D e E),

na profundidade 0 - 0,10 m

-1

................................................................... 63

Quadro 9- Possíveis atribuições das bandas de absorção (cm ) encontradas

nos espectros de IV de AHs extraídos de um Gleissolo sob mata

alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo sob

plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e

E), na profundidade 0,10 - 0,20 m

-1

........................................................ 64

Quadro 10- Densidade (± erro padrão) e riqueza das plântulas sob fragmentos

de mata alagada (A), mata de morrote (B) e plantios abandonados

de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e E )

.................................... 69

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura1- Composição da matéria orgânica do solo................................................. 9

Figura 2- Mecanismos de formação das SHs: compostos amino sintetizados

reduzindo açúcares (1), reagindo com quinonas (2 e 3) e com

ligninas modificadas (4). .

..................................................................... 11

Figura 3- Diagrama H/C versus O/C para AHs extraídos diferentes solos ........... 18

Figura 4- Principais tipos de estiramento molecular. ............................................ 24

Figura 5- Espectro de Infravermelho de ácidos húmicos de diversas fontes (A-

Mollisol, B- Leonardita, C- horizonte B do Spodosol, D- Turfa e E-

humato de sódio de A).

........................................................................ 26

Figura 6- Localização da Reserva Biológica União em Rio das Ostras – RJ........ 29

Figura 7- Cambissolo sob o fragmento de mata de morrote na ReBio União, RJ.30

Figura 8- Gleissolo sob o fragmento de mata alagada na ReBio União, RJ ......... 31

Figura 9- Argissolo sob os plantios abandonados de eucaliptos na Reserva

Biológica União, RJ

............................................................................... 32

Figura 10- Fracionamento da matéria orgânica do solo........................................ 34

Figura 11- Esquema de parcela dividida em 16 sub-parcelas para o

levantamento da comunidade de plântulas, sendo ∆ - sub-parcelas

amostradas ........................................................................................... 37

Figura 12- Distribuição percentual do carbono das frações húmicas obtidas no

fracionamento químico de um Gleissolo sob mata alagada (A);

Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo sob plantios

abandonados de eucalipto com 14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas

profundidades.

. ..................................................................................... 45

Figura 13- Representação esquemática da interação de ácidos húmicos (AHs),

segundo o modelo tridimensional proposto por Schulten e Schnitzer

(1997), com a gibsita. .

.......................................................................... 49

Figura 14- Relação entre N e acidez fenólica dos AHs extraídos de um

Gleissolo sob mata alagada; Cambissolo sob mata de morrote e

Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18

anos , em duas profundidades............

.................................................. 50

Figura 15- Diagrama H/C versus O/C para AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D

e E), em duas profundidades (1=0 - 0,10 m e 2=0,10 - 0,20 m).

.......... 54

Figura 16- Espectros de infravermelho de AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D

e E), na profundidade 0 - 0,10 m.

......................................................... 65

Figura 17- Espectros de infravermelho de AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B) e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D

e E), na profundidade 0,10 - 0,20 m.

..................................................... 66

RESUMO

MIRANDA, Cristiana do Couto; MS.; Universidade Estadual do Norte Fluminense

Darcy Ribeiro; março, 2005; Caracterização da Matéria Orgânica do Solo em

fragmentos de Mata Atlântica e em plantios abandonados de eucalipto, Reserva

Biológica União-RJ; Orientador: Prof. Luciano Pasqualoto Canellas; Co-

orientador: Prof. Marcelo Trindade Nascimento.

A Mata Atlântica no Estado do Rio de Janeiro está reduzida a 19% de sua

cobertura original. Parte desses remanescentes florestais está localizada na

Reserva Biológica União, que também possui plantios de eucalipto que foram

abandonados com a implantação da reserva. A compreensão do funcionamento

desses ecossistemas é uma ferramenta necessária para a execução de um

manejo eficiente da recuperação e conservação da reserva. No entanto, estudos

sobre solos de fragmentos florestais de Mata Atlântica são mais escassos. Nesse

contexto, a matéria orgânica do solo (MOS) destaca-se através do seu papel

fundamental nos ciclos biogeoquímicos e como condicionador das propriedades

físicas, químicas e biológicas do solo, sustentando a imensa biodiversidade desse

bioma. As substâncias húmicas (SHs) constituem a fração estável do carbono. A

natureza química dessas frações húmicas reflete os processos de gênese do solo

e da história social de seu uso e pode ser usada como um marcador estável da

qualidade da matéria orgânica. O objetivo deste estudo foi usar a qualidade da

matéria orgânica como um indicador do ambiente edáfico em áreas de mata

nativa e de plantios abandonados de eucalipto de diferentes idades, localizados

na Reserva Biológica União, RJ. Para tanto, foram avaliadas a distribuição da

matéria orgânica humificada do solo através do fracionamento químico, e a

natureza química de ácidos húmicos através de métodos químicos e

espectroscópicos. Além disso, estudou-se uma possível relação entre a qualidade

da matéria orgânica humificada e a regeneração de espécies nativas. Foram

realizadas amostras compostas de solo em duas profundidades (0 - 0,10 m e 0,10

- 0,20 m). Os solos da reserva apresentaram fertilidade natural muito baixa

indicada pela baixa CTC (< 6 cmol

-1

), pH ácido (<5,5) e elevado conteúdo de

Al (entorno de 2 cmol

-1

), condições estas limitantes para o processo de

humificação. As SHs representaram, portanto, menos de 50% do carbono

prontamente oxidável, indicando que a serrapilheira tem o papel central na

nutrição das plantas e microrganismos. A distribuição relativa das frações que

compõem a matéria orgânica humificada não foi alterada pela cobertura vegetal e

nem pela classe de solo. Os ácidos húmicos apresentaram natureza química

semelhante à normalmente encontrada para os ácidos fúlvicos tais como baixo

conteúdo de carbono, razões H/C e O/C elevadas e acidez elevada,

caracterizando material humificado pouco condensado. Porém, foi possível

observar, através dos métodos espectroscópicos, diferenças entre os ácidos

húmicos. A análise de infravermelho permitiu identificar diferenças na estrutura

dos ácidos húmicos, apesar da funcionalidade similar indicando a presença de

efeito do tipo de solo e da cobertura de vegetação, na assinatura química dos

ácidos húmicos. O material humificado isolado da Mata Atlântica apresentou

maior intensidade de fluorescência sugerindo maior labilidade e capacidade de

ceder elétrons para reações químicas do solo. As diferenças discretas na

qualidade da MOS e a baixa fertilidade natural dos solos estudados indicam que

outros fatores ambientais devem estar influenciando para a baixa regeneração de

espécies nativas nas áreas de eucaliptos e necessitam ser avaliados.

xii

ABSTRACT

MIRANDA, Cristiana do Couto; MS.; State University of North Fluminense Darcy

Ribeiro; march, 2005; Characterization of the soil Organic Matter in fragments of

Atlantic Forest and plantations abandoned of eucalypto, União Biological Reserve-

RJ; Adviser: Prof. Luciano Pasqualoto Canellas; Co-adviser: Prof. Marcelo

Trindade Nascimento.

Forest Atlantic in the State of Rio de Janeiro is reduced 19% of its original

covering. Part of these forest remainders is located in the União Biological

Reserve, that also possess plantations of eucalypto that they had been

abandoned with the implantation of the reserve. The understanding of the

functioning of these ecosystems is a necessary tool for the execution of an

efficient handling of the recovery and conservation of the reserve. However,

studies about soil of fragments of Forest Atlantic are scarcer. In this context, the

soil organic matter (SOM) is distinguished through its basic paper in the

biogeochemical cycles and as conditioning of the physical, chemical and biological

properties of the soil, having supported the immense biodiversity of this biome.

The humic substances (HSs) constitute the stable fraction of carbon. The chemical

xiii

nature of these humics fractions reflects genesis processes the soil and social

history of its use and can be used as a quality marker of the organic matter. The

aim of this study was to use the quality of the organic matter as a marker of the

soil environment in areas of native forest and plantations abandoned of eucalypto

of different ages, located in the União Biological Reserve, RJ. This, it has been

evaluated the distribution of the humified fractions of the soil organic matter and

the chemical nature of humic acids by chemical and spectroscopic methods.

Moreover, a possible relationship was studied between the quality of the humified

organic matter and the regeneration of native species. Soil samples were colleted

at the two depths (0 - 0,10 m and 0,10 - 0,20 m). The soil of the reserve had

presented very low natural fertility indicated CEC (< 6 cmol

-1

), acid pH (< 5,5)

and high content of Al (around 2 cmol

-1

), conditions are limitents to

humification process. Therefore, HSs had represented less than 50% of readily

oxized carbon, indicating that the litter has the central role in the plants and

microorganisms nutrition. The relative distribution of the humic fractions wasn’t

modified by the vegetal covering and nor by the soil class. The humic acids had

showed similar chemical nature to normally found for the fulvic acids such as low

carbon content and ration H/C, ration O/C and acidity high, characterizing humified

material with low chemical evolution. However, it was possible to observe, through

the spectroscopic methods, differences between the humic acids. The IR analysis

allowed to identify differences in the structure of the humic acids, despite the

similar functionality indicating the presence of effect of the type of soil and the

covering of vegetation, in the chemical signature of these substances. The isolated

humified material of Forest Atlantic presented greater fluorescence intensity

suggesting high lability and capacity electrons donation for soil chemical reactions.

The discrete differences in the quality of SOM and low natural fertility of studied

indicate that other environment factors must be influencing for low regeneration of

native species in the areas of eucalyptos and need to be evaluated.

xiv

1. INTRODUÇÃO

A Mata Atlântica é uma floresta tropical pluvial originalmente contígua,

que se estendia do Nordeste ao Sul do país, ao longo da costa atlântica, com

área correspondente a aproximadamente 15% do Brasil (IBGE, 2001).

Compreende um complexo exuberante de ecossistemas que apresenta uma

grande diversidade na fauna e flora, muitas vezes endêmica, contendo uma

riqueza de patrimônio genético e paisagístico único de valor mundial. No entanto,

é um dos biomas mais ameaçados do mundo, e encontra-se reduzida em 7% de

sua cobertura original (Fundação SOS Mata Atlântica, 2001) devido à pressão dos

ciclos econômicos iniciados desde o descobrimento do Brasil. A posterior

intensificação da pressão demográfica e imobiliária agravou o problema. O Rio de

Janeiro é um dos Estados que mais sofreram com o processo de devastação,

restando apenas 19,24% da cobertura original (Fundação SOS Mata Atlântica,

2001). Essa retirada da cobertura vegetal nativa gerou grandes problemas

ambientais, tais como a degradação do solo com a perda da matéria orgânica do

solo (MOS) devido à intensidade e ao modelo de exploração.

Nesse contexto, a preocupação com a conservação e restauração da

Mata Atlântica vem crescendo nos últimos anos. Pesquisas têm demonstrado que

a implantação de espécies arbóreas de rápido crescimento em áreas devastadas,

como eucaliptos, ajuda na regeneração da mata (Lima, 1996), promovendo

material orgânico e sombreamento necessários para as espécies nativas (Silva

Junior et al., 1995). Entretanto, há algumas controvérsias (Resende et al., 1997;

Lisanework e Michelsen, 1994; Ndaw, 2003), tornando necessários mais estudos

sobre esse processo. Nos ambientes tropicais e subtropicais de ocorrência natural

da Mata Atlântica, onde há predominância de solos altamente intemperizados, a

MOS tem um papel fundamental (Odum, 1988). Isto pode ser atribuído às

múltiplas funcionalidades da MOS na produtividade do solo, que congregam a

capacidade elevada de reter cátions; o fornecimento de nutrientes (ex: N, P, S); a

influência no pH do solo; a promoção da estabilidade da estrutura do solo; o

favorecimento da infiltração e retenção de água, da aeração e da atividade da

biomassa microbiana (Zech et al., 1997; Bayer e Mielniczuk, 1999).

A MOS pode ser compreendida como um sistema complexo de

substâncias, composta por resíduos de plantas e animais, em diferentes estádios

de decomposição, assim como a biomassa microbiana (Moreno, 1996). A MOS

morta é composta pelas frações não humificadas (restos vegetais e animais

pouco decompostos e compostos orgânicos com categoria química definidas tais

como aminoácidos, açúcares, ácidos graxos, etc...) e humificadas (substâncias

húmicas). As diferentes frações de carbono orgânico humificado do solo

apresentam características químicas, físicas e morfológicas diferenciadas entre si,

e a distribuição destas frações no solo pode indicar a qualidade da MOS (Lima,

2004). Os ácidos húmicos (AHs), constituintes das substâncias húmicas (SHs),

são compostos humificados estáveis, i.e., de difícil degradação (Stevenson,

1994). Esses compostos interagem com o meio circuldante interferindo nas

propriedades químicas, físicas e biológicas do solo (Canellas, 1999). São,

portanto, um marcador natural do processo de humificação e refletem tanto a

condição de gênese como a de manejo do solo (Zech et al., 1977).

A caracterização dos AHs pode auxiliar na compreensão da dinâmica da

MOS, funcionando como um indicador do ambiente solo. Assim, monitoramentos

do uso e alternativas de recuperação dos solos, conservação e ampliações dos

remanescentes de Mata Atlântica podem ser mais eficientes.

Os objetivos deste trabalho foram avaliar a distribuição das frações

húmicas, as características químicas e espectroscópicas dos AHs extraídos dos

solos de fragmentos de mata nativa e de plantios abandonados de eucalipto de

diferentes idades, localizados na Reserva Biológica União, RJ. Além disso,

também se estudou uma possível relação entre qualidade da matéria orgânica

humificada e a densidade e riqueza de plântulas nessas áreas analisadas.

2. REVISÃO DE LITERATURA

A destruição da Mata Atlântica foi mais acentuada nas três últimas

décadas com o incremento da industrialização. Hoje, quase todas as florestas

originais estão devastadas, e a contínua degradação dos remanescentes

florestais existentes está colocando a Mata Atlântica como um conjunto de

ecossistemas ameaçados de extinção (Fundação SOS Mata Atlântica, 2001).

As iniciativas de proteção da Mata Atlântica tiveram início no Brasil na

década de 80 com uma intensa mobilização da sociedade civil para a preservação

desse bioma. Unidades de conservação (UCs) foram criadas com intuito de

preservar e conservar o bioma atlântico, porém, essas áreas correspondem a

apenas 2% dos remanescentes (RadamBrasil, 1981).

O Estado do Rio de Janeiro contém uma importante região de Mata

Atlântica, abriga enorme biodiversidade de grupos da flora e fauna e é um dos

maiores centros de endemismo do país (Rocha et al., 2003). No entanto, sofreu

um intenso processo de fragmentação, estando atualmente representada por

apenas 19% de mata da sua cobertura original (Fundação SOS Mata Atlântica,

2001). A Mata Atlântica da região Norte Fluminense sofreu grande processo de

desmatamento, sendo substituída por pastagens, plantações de cana-de-açúcar e

plantios de eucalipto, resultando numa vegetação remanescente altamente

fragmentada (Rocha et al., 2003), que, muitas vezes, localiza-se em propriedades

privadas. Apenas uma fração sofreu pouca perturbação antrópica. Nesta região

existem duas UCs, que estão em áreas de Mata Atlântica de Baixada as

Reservas Biológicas Poço das Antas e União. Esta última, antes conhecida como

Fazenda União, pertencia à Rede Ferroviária Federal, vinculada ao Ministério de

Transporte. Nesta época, foi realizado um plantio de eucalipto para produção de

dormentes, com intuito de abastecer a linha férrea. Hoje esse plantio cobre 215

ha da reserva. Durante o trabalho de tese da pesquisadora da Associação Mico-

Leão-Dourado-AMLD, Cecília Kierulff, a então fazenda União foi identificada como

sendo uma área de grande importância para a conservação dessa espécie

animal, além de possuir uma das mais preservadas áreas de Mata Atlântica de

baixada contínua do Estado do Rio de Janeiro. Em 1996, com a privatização da

Rede Ferroviária, o IBAMA, Instituições Científicas, ONGs e conservacionistas de

várias nacionalidades solicitaram ao Governo Federal que a área fosse

transformada em uma UC. Pelo decreto de 22/04/1998, a área foi então

transformada na Reserva Biológica União.

Em 1994 foram iniciados estudos sobre a fenologia de plantas utilizadas

pelo mico leão dourado, dentro do Projeto Translocação, coordenado pela

Associação Mico-Leão-Dourado. Entretanto, os estudos se intensificaram a partir

de 1999, após assinatura de convênio de cooperação técnica entre o Laboratório

de Ciências Ambientais da UENF e o IBAMA, o qual já deu origem a estudos

acerca do sub-bosque dos plantios de eucalipto abandonados, como o

levantamento florístico (Rabelo, 2003), a análise de nutrientes do solo (Villela et

al., 2001a), a avaliação da biomassa do estrato rasteiro e do estoque de

serrapilheira (Villela et al., 2001b), e o levantamento florístico da mata nativa

(Rodrigues, 2004), entre outros. Embora se destaque a importância das UCs

neste cenário de destruição de áreas naturais, causado pela expansão da

civilização humana, ainda são escassos os estudos na área da ecologia vegetal e

solos nas matas da Reserva Biológica União.

Para se propor alternativas mais eficientes de preservação, conservação

e recuperação nas áreas de Mata Atlântica remanescentes, é necessário

conhecer o funcionamento desses ecossistemas e suas modificações frente às

perturbações.

2.1. Aspectos gerais da funcionalidade de ecossistemas florestais tropicais

Em um ecossistema natural, a regulação interna de seu funcionamento é,

basicamente, um produto da diversidade biológica, que controla o fluxo de energia

e nutrientes (Swift e Anderson, 1993). Nos ecossistemas tropicais, os solos são,

geralmente, bastante intemperizados, apresentando baixa fertilidade natural.

Portanto, o crescimento de espécies nativas e cultivadas depende da composição

da serrapilheira para o "status" de nutrição do solo (Okeke e Omaiko, 1992). A

matéria orgânica atua como a principal fonte de nutrientes para o crescimento

vegetal através da decomposição e liberação de nutrientes pelos microrganismos

e pela fauna do solo (Correia e Andrade, 1999). Essa parte orgânica do solo é um

sistema dinâmico que se renova continuamente como resultado da neoformação

e decomposição das substâncias que a integram. Esse processo é dependente

tanto de fatores bióticos como a cobertura vegetal, atividade dos microrganismos

e fauna do solo quanto de fatores abióticos tais como regime hídrico e térmico e

propriedades química e física do solo (Kononova, 1982). Nesse contexto, a

cobertura vegetal tem um papel fundamental, pois é a principal fornecedora de

compostos orgânicos através da ciclagem de nutrientes. Além disso, atua como a

principal fonte de energia para os microrganismos e animais do solo

determinando a quantidade e a natureza dos restos vegetais, assim como a

decomposição no solo (Kononova, 1982). Quanto maior a diversidade da

comunidade vegetal, maior será a heterogeneidade da serrapilheira, que

apresentará um maior número de nichos a serem colonizados, resultando em

maior diversidade das comunidades da fauna do solo (Correia e Andrade, 1999)

que atuam diretamente na formação da MOS. Entretanto, a permuta de florestas

nativas por florestas plantadas diminui a diversidade vegetal, ocasionando

mudanças nesse processo.

A baixa qualidade da serrapilheira encontrada em florestas plantadas

como as de eucalipto, é devido à alta concentração de lignina, que é a substância

mais resistente à decomposição e conseqüentemente, à liberação de nutrientes

para a regeneração de outras espécies (Lisanework e Michelsen, 1994; Ndaw,

2003; Froufe, 2003). Quanto melhor a qualidade nutricional e orgânica do

material, mais eficiente é a biomassa microbiana na mineralização dos nutrientes,

principalmente do nitrogênio (N). Além disso, a grande eficiência na ciclagem

interna de nutrientes que leva ao rápido crescimento de espécies exóticas, como

eucaliptos, proporciona menor liberação de nutrientes para o solo (Lisanework e

Michelsen, 1994). Isso afeta a diversidade da fauna do solo (Resende et al.,

1997). Alguns estudos afirmam que a redução da diversidade de espécies atua

negativamente na produtividade do ecossistema, alterando o desempenho deste

(Naeem et al., 1994; Tilman et al., 1996; Niklaus et al., 2001; Ndaw, 2003), além

da retenção de nutrientes (Tilman et al., 1996; Hooper, 1998), devido à diminuição

da diversidade microbiológica, que, por sua vez, afeta na imobilização dos

nutrientes no solo. Entretanto, pesquisas com espécies de gramíneas temperadas

mostraram que a diversidade tem pouco efeito sobre a biota do solo e teor de

nutrientes (Gastine et al., 2003), demonstrando a necessidade de mais estudos

nessa área a fim de se compreender melhor a influência da densidade e

diversidade de plantas na qualidade da MOS.

É evidente que a qualidade do substrato representa um fator primordial

na velocidade e no tipo de húmus formado. As formas de húmus estão

intimamente relacionadas com os diferentes ecossistemas, resumindo os dois

processos básicos que caracterizam o seu funcionamento, que são a

produtividade e a decomposição (Kindel e Garay, 2001).

A estreita interação entre matéria orgânica e cobertura vegetal mostra as

diferentes relações entre ambientes. A decomposição da matéria orgânica pode

ser considerada a chave do processo dessa comunicação devido ao fluxo de

energia e de nutrientes no ecossistema, que é sensível à biodiversidade (Hector

et al., 2000), pois reflete a interação entre os componentes bióticos e abióticos do

sistema, expressando a qualidade do “ambiente solo” (Mielniczuk, 1999).

2.2. Matéria orgânica: aspectos gerais e humificação

A MOS representa a maior reserva de carbono terrestre (Schnitzer, 1991;

Zech et al., 1997). Sua constituição compreende um conjunto de compartimentos

orgânicos dentro do sistema solo (Figura 1), que são representados pela fração

viva (raízes de plantas, fauna e microrganismos do solo) e pela fração morta, que

se subdivide em fração não humificada (restos vegetais e animais pouco

decompostos e compostos orgânicos com categoria bioquímica bem definida,

como ceras, polissacarídeos e proteínas) e fração humificada (sem estrutura

definida, resistente ao ataque microbiano, denominada substâncias húmicas)

(Theng et al., 1989). Esse sistema complexo de substâncias é governado pela

sua transformação contínua sob ação de fatores biológicos, químicos e físicos

(Camargo et al., 1999) tais como a natureza dos restos orgânicos, que consistem

principalmente da cobertura vegetal; a fauna e microbiota do solo, responsáveis

pela decomposição da MOS; o clima, que é determinante sobre a vegetação;

umidade; aeração; temperatura; presença de determinados nutrientes, para a

propagação microbiana; característica mineralógica do solo; pH do solo; presença

de substâncias inibidoras e atuação humana (Moreno, 1996).

A incorporação da MOS ao solo, após a morte dos organismos, promove

a continuidade dos ciclos biogeoquímicos, principalmente do carbono, do

nitrogênio, do fósforo e do enxofre, participando da regulação dos ciclos de

matéria, energia e de seres vivos.

Nos solos tropicais altamente intemperizados, a MOS tem um importante

papel na produtividade, pois domina a reserva de nutrientes (N, P, S, como

cátions básicos, Ca, Mg, K e Na); melhora a capacidade de reter água, influencia

no pH do solo, apresenta um papel cimentante na estrutura do solo; possui alta

capacidade de troca catiônica (CTC) evitando a lixiviação de cátions metais (Zech

et al., 1997) além de estimular vários processos fisiológicos e bioquímicos

associados ao metabolismo celular (Schnitzer, 1991; Canellas et al., 2002a).

Desta forma, perdas de MOS e de suas funções levam a perdas da qualidade do

ambiente (Sanchez et al., 2003).

Viva

raramente > 4%

do C orgânico

MOS

Morta

98% do C orgânico

Matéria Macroorgânica Resíduos vegetais de diferentes

estádios de decomposição

Húmus (80-90%) Sustâncias não húmicas (30%)

•

Lipídeos

•

Ácidos orgânicos de baixo

peso molecular

•

Proteínas

•

Pigmentos

Substâncias húmicas (70%)

•

Ácidos húmicos

•

Ácidos fúvicos

•

Huminas

Microrganismos Fungos

(60-80%) Bactérias

Microfauna *Protozoários

*Nematóides

Macrorganismos Mesofauna * Ácaros

(15-30%) Macrofauna *Minhocas

*Térmitas

Raízes

(5-10%)

Figura 1- Composição da matéria orgânica do solo. Fonte: Machado (1999).

A estrutura e a qualidade da MOS e os padrões de distribuição dos

nutrientes funcionam como diagnóstico da integridade do ecossistema a partir do

momento que estão em relação direta com sua biodiversidade, podendo ser

utilizados como indicadores do estado de sistemas perturbados (Kindel, 2001).

A evolução da MOS compreende as transformações ocorridas desde a

incorporação da matéria orgânica fresca até a formação de frações humificadas

mais estáveis. Essas transformações são separadas teorica/esquematicamente

em dois processos segundo Camargo et al. (1999), ou seja, a mineralização e a

humificação. A mineralização é o processo correspondente à degradação dos

compostos orgânicos pela atividade biológica, transformando cerca de 70 a 80%

da matéria orgânica em moléculas simples, como CO

e H

O, permanecendo no

solo uma pequena fração de compostos solúveis e compostos lignificados

parcialmente transformados. Já a humificação, genericamente engloba, as

reações bioquímicas de formação de compostos orgânicos mais complexos,

baseada na síntese e/ou ressíntese dos produtos da mineralização dos

compostos orgânicos que chegam ao solo. Essas transformações incluem um

conjunto de reações de oxidação, desidratação, hidrólise, descarboxilação e

condensação, que são influenciadas pelas condições do solo tais como: tipo de

argila, pH e teor de bases (Zech et al., 1997) e pela composição química dos

resíduos orgânicos, que afetam a atividade dos microrganismos influenciando

diretamente nesse processo (Kononova, 1982).

Stevenson (1994) reuniu três mecanismos básicos de formação das

substâncias húmicas (SHs): (I) compostos nitrogenados oriundos da atividade

microbiológica que podem reagir com ligninas modificadas; (II) polifenóis que

podem ser oxidados até quinonas, e posteriormente, condensados através de

reações com compostos aminados; e (III) açúcares reduzidos que podem reagir

com compostos aminados evoluindo até macropolímeros de coloração escura e

massa molecular elevada (Figura 2). As SHs resultantes do processo de

humificação representam a fração mais estável da MOS, atribuída à

heterogeneidade química e às interações com cátions e minerais argilosos (Theng

et al., 1989; Canellas, 1999). De acordo com Moreno (1996), as SHs representam

um conjunto heterogêneo de substâncias muito polimerizadas, de peso molecular

relativamente alto, que reúnem compostos aromáticos e alifáticos em sua

estrutura, apresentam coloração escura, propriedades coloidais e hidrofílicas

marcadas e alta capacidade de intercâmbio iônico.

De forma operacional, as SHs podem ser classificadas em ácidos fúlvicos

(AF), solúveis em meio ácido ou básico; ácidos húmicos (AH), solúveis em meio

básico e insolúveis em meio fortemente ácido, e pela fração residual da extração

alcalina denominada huminas (Figura 1).

Resíduos de plantas

Transformação por microrganismos

Compostos amino

Açúcares

Polifenóis

Ligninas

modificadas

Produtos da

decomposição

de li

nina

Quinonas

Substâncias Húmicas

Figura 2- Mecanismos de formação das SHs: compostos amino sintetizados

reduzindo açúcares (1), reagindo com quinonas (2 e 3) e com ligninas

modificadas (4). Fonte: Stevenson (1994).

As diferentes frações humificadas apresentam características químicas,

físicas e morfológicas diferenciadas entre si, e a distribuição destas no solo pode

indicar a qualidade da matéria orgânica. O uso da distribuição relativa das frações

de matéria orgânica foi proposto por Kononova (1982) e Schnitzer (1991) como

indicador da mudança de manejo do solo ou da qualidade do ambiente.

Em regiões distintas, como Cerrado e Floresta Amazônica, a mudança da

cobertura vegetal natural para pastagem refletiu na diminuição de ácido fúlvico e

humina e nos teores de N-total e C-orgânico, evidenciando o efeito do tipo da

cobertura vegetal sobre teor e distribuição dos componentes orgânicos em solos

tropicais (Longo e Espíndola, 2000). Entretanto, alguns estudos demonstraram

que, em áreas agrícolas, as diferentes coberturas não refletem grandes

mudanças qualitativas na distribuição das frações humificadas e nas

características químicas de AHs do solo (Ceretta, 1995; Canellas et al., 2002b).

No entanto, solos de sistemas naturais, geralmente não possuem uniformidade

como nas áreas agrícolas.

Assumindo qualquer das várias possibilidades para o processo de

estabilização dos compostos orgânicos no solo, os AHs representam a fração

intermediária entre a estabilização dos compostos, pela interação com a matéria

mineral (huminas), e a ocorrência de ácidos orgânicos oxidados livres na solução

do solo (ácidos fúlvicos livres ou associados). Os AHs são, portanto, um marcador

natural do processo de humificação e refletem, como tal, tanto a condição de

gênese como de manejo do solo (Moreno, 1996). Solos de ambientes

temperados, naturalmente férteis, apresentam teores relativos maiores de AHs e

valores da relação C

maiores que 1,0, variando de 0,7 a 2,5, (Kononova,

1982). Já a fração orgânica dos solos tropicais é dominada pelas huminas, e tanto

a intensa mineralização dos resíduos como restrições edáficas à atividade

biológica tornam os valores da relação C

menores do que 1,0 (Dabin, 1981;

Canellas et al., 2000). De uma forma geral, o baixo conteúdo de bases trocáveis

nos solos mais intemperizados diminui a intensidade dos processos de

humificação (condensação e síntese). Em conseqüência, a relação C

menor.

2.3. Ácidos húmicos (AHs)

Os AHs são definidos genericamente como macromoléculas orgânicas de

massa molecular relativamente elevada e de coloração escura (Stevenson, 1994).

Essa fração possui um papel chave como composto orgânico humificado

marcador no solo, uma vez que, durante o processo de humificação, é esta a

fração que sofre as maiores mudanças em sua estrutura. Nos ácidos fúlvicos e

huminas ocorrem somente pequenas alterações na estrutura (Kögel-Knaber et al.,

1987). Mais tarde, Zech et al. (1997) confirmaram estas observações baseadas

no fato de que o comportamento espectroscópico dos ácidos fúlvicos é

essencialmente de polissacarídeos e os das huminas é de biopolímeros

transformados de natureza apolar, intimamente associados à fração mineral sem

maiores alterações em função do manejo do solo.

Os AHs foram usados para avaliação do efeito da cobertura vegetal sobre

a qualidade da MOS (Sighal e Sharma, 1983; Zhang et al., 1988; Martin et al.,

1998; Canellas et al., 2002b; Lima, 2004) assim como o manejo sobre a qualidade

do solo (Bayer et al., 2000; Bayer et al., 2002). O efeito do relevo sobre a

qualidade de MOS pode ser observado através da distribuição das frações

humificadas (Canellas et al., 2000); das características dos AHs (Bravard e Righi,

1991) e do material de origem na composição do húmus do solo (Barancìková et

al., 1997).

Os AHs apresentam quatro grandes sub-unidades estruturais formadas

por (I) longas cadeias alquílicas, (II) polissacarídeos e compostos nitrogenados,

(III) derivados aromáticos e (IV) grupamentos carboxílicos (Stevenson, 1994). A

composição dessas sub-unidades estruturais difere substancialmente entre os

diferentes tipos de solos e pode ser usada como um marcador das modificações

do ambiente (Zech et al.,1997). O grau de evolução dos AHs indica a extensão do

processo de humificação. Os parâmetros mais comuns que norteiam o conceito

de evolução dos AHs (e das SHs em geral) são as transformações químicas

avaliadas pela diminuição do grau de oxigenação, ou seja, diminuição no

conteúdo de grupamentos CO

H, CO, OH e OCH

(Kögel-Knaber et al., 1987); a

diminuição da absorvância nos AHs mais evoluídos (Kumada, 1987); a razão

(absorbância em 465 nm/absorbância em 665 nm) relacionada

inversamente por Kononova (1982) com a massa molecular e com grau de

complexidade estrutural; a diminuição do teor de radicais livres do tipo quinonas

(Pérez et al., 2004), e, finalmente, o aumento do conteúdo de C na composição

elementar (Stevenson, 1994).

Modificações quantitativas e qualitativas da MOS podem ser usadas

como indicadores sensíveis da sustentabilidade de um sistema (Mielniczuk,

1999). O fracionamento da MOS e a extração, isolamento e purificação dos AHs

são etapas fundamentais para a caracterização química das frações húmicas.

2.4. Caracterização química da matéria orgânica do solo (MOS)

Nas últimas décadas, as pesquisas sobre substâncias húmicas (SHs)

tiveram um grande salto devido à utilização de novas técnicas analíticas e

espectroscópicas. Além disso, o aperfeiçoamento das técnicas de fracionamento

da MOS, isolamento e purificação do material humificado também colaborou

nesse processo.

A separação das SHs da fração mineral, dos materiais não humificados e

da fração viva do solo, assim como a obtenção de frações mais homogêneas, é

necessária para a caracterização química através da composição elementar,

análise de grupos funcionais, análises espectroscópicas de ultravioleta-visível

(UV-Visível), fluorescência e infravermelho (IV), que foram utilizadas neste

estudo.

2.4.1. Fracionamento químico das substâncias húmicas (SHs)

Para que as frações húmicas (AHs, AFs e huminas) sejam isoladas no

processo de fracionamento, são utilizados solventes que conseguem solubilizar

esse material. Stevenson (1994) considera que o solvente ideal deveria permitir o

isolamento do material sem alteração de suas características físico-químicas;

extrair as SHs livres de contaminantes inorgânicos, como argila e cátions

polivalentes e ainda poderia ser aplicado em todos os tipos de solos. Isso ainda

não é possível, no entanto, diversos solventes são disponíveis para a extração

desses materiais. De acordo com suas características químicas e físicas, os

principais solventes utilizados na extração de SHs são as bases fortes, sais

neutros e, ainda, os solventes orgânicos (Guerra e Santos, 1999).

Os diversos solventes apresentam suas respectivas vantagens e

desvantagens tais como o NaOH, que extrai maior porcentagem de material do

que qualquer outro extrator, mas pode provocar dissolução de ácido sílico,

contaminando o material húmico; a dissolução de materiais ainda não

degradados; as alterações químicas (hidrólise de polímeros, aminoácidos e

açúcares ou reações de condensação entre compostos nitrogenados, fenóis ou

aldeídos) levando à formação artificial de AHs; e a reação com o oxigênio da

solução extratora, que pode promover alterações no material húmico extraído,

sendo esta última evitada com a manipulação na atmosfera de nitrogênio (Guerra

e Santos, 1999). Os solventes extraem diferentes percentagens do material

humificado (quadro 1). No entanto, as soluções aquosas de bases como NaOH

0,1 ou 0,5 mol L

-1

são eficientes na extração do material húmico, e o tratamento

prévio com H

2mol L

-1

remove Ca

e outros cátions polivalentes da solução,

aumentando os rendimentos da extração. Isso ocorre devido ao mecanismo de

repulsão eletrostática das cargas negativas dos grupamentos funcionais ácidos

que estão dissociados em valores elevados de pH (Canellas et al., 1999). Além

disso, a Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (IHSS) padroniza essa

extração com a utilização de NaOH 0,5 mol L

-1

, na razão solvente:solo 1:10 (v:v),

de forma a possibilitar as comparações entre os diversos trabalhos.

Quadro 1- Reagentes usados na extração das substâncias húmicas do solo

Tipo de Material Extrator Matéria orgânica extraída

(%)

Bases Fortes

NaOH 80%

30%

Sais neutros

, NaF, 30%

Sais de ácidos orgânicos 30%

Quelatos orgânicos

Acetylacetone Cupferron 8-

hydroxyquinoline

30%

Ácido fórmico (HCOOH) 55%

Substâncias

húmicas

Acetona-H

O-HCl 20%

Fonte: Stevenson (1994).

2.4.2. Extração, isolamento e purificação dos AHs

Dentre as frações das SHs, o AH é o componente que sofre as maiores

alterações no processo de humificação. Sua caracterização pode refletir um

indicador do ambiente solo. No entanto, para identificação das propriedades

físico-químicas são necessárioas a separação e purificação dos AHs das demais

frações, sejam minerais ou orgânicas.

A extração dos AHs pode ser realizada através das bases, sais neutros e

solventes orgânicos. Soluções aquosas de NaOH 0,1 ou 0,5mol L

-1

são

freqüentemente utilizadas na extração e purificação dos AHs. Sua solvatação,

nesse extrato alcalino se deve ao mecanismo de repulsão eletrostática das

cargas negativas dos grupamentos funcionais ácidos que estão dissociados em

valores elevados de pH (Canellas, 1999).

Em geral, diversos extratores podem ser utilizados, como citado no item

anterior. No entanto, a Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (IHSS)

apresenta uma padronização de metodologias e extratores, a qual segue este

presente estudo. Essa extração é feita com NaOH 0,5 mol L

-1

sob atmosfera de

. Uma redução considerável das impurezas minerais é obtida pelo tratamento

com HCl–HF e diálise contra água deionizada (membrana 14 Kda, Thomas Sci.,

Inc.), pois o HF tem capacidade de dissolver argilo-minerais formando complexos

solúveis com silício.

2.5. Composição elementar dos AHs

As SHs são moléculas heterogêneas complexas, sem estrutura definida,

mas que possuem componentes característicos em sua formação (Piccolo, 2002).

Dessa forma, a composição elementar, ou seja, a distribuição relativa dos

principais átomos presentes na rede estrutural das frações húmicas (C, H, O, N e

S), expressa, de certa forma, os processos de sua formação e indica seu grau de

evolução, além deste ser influenciado por fatores como pH, material de origem,

vegetação e idade do solo (Stevenson, 1994). Essa análise revela que os AHs

apresentam uma natureza química particular, distinta de qualquer substância

animal ou vegetal (Kononova,1982).

A composição elementar pode ser obtida por analisadores elementares

disponíveis comercialmente. Utiliza-se pequena quantidade de AH, (em

miligramas), e os gases liberados durante a combustão das amostras são

analisados. O conteúdo relativo dos átomos é expresso em função da massa

inicial; para isto é necessário determinar o teor de cinzas (elementos minerais

persistentes no material após a purificação).

O conteúdo de O é obtido, geralmente, de forma indireta, pela diferença

do somatório da composição de C,H,N, de acordo com a seguinte fórmula:

O (%) = 100 – C% + N% + H%

Esta fórmula desconsidera os teores de enxofre presentes nos AHs, que

são normalmente baixos.

Com o avanço do processo de humificação ocorre aumento do conteúdo

de C e diminuição de H e O na estrutura húmica devido às reações de

polimerização e condensação (Canellas et al., 1999). Segundo estes autores, a

diminuição do conteúdo de O decorre principalmente, do processo de

descarboxilação, considerando que os AHs possuem menor conteúdo de

grupamentos COOH do que os AFs.

A partir da análise elementar é possível calcular as razões atômicas (O/C,

H/C e C/N) que podem ser utilizadas na caracterização de AHs (Rice e

MacCarthy, 1991; Lu et al., 2000). A magnitude da razão atômica H/C reflete,

indiretamente, o grau de insaturações, i.e., o grau de condensação das SHs

(Kononova, 1982; Stevenson, 1994). É possível inferir que uma provável natureza

mais alifática das estruturas húmicas corresponda a valores mais elevados da

relação H/C, e valores mais baixos da relação O/C indiquem material humificado

menos oxidado, com maior grau de condensação. Já a razão C/N pode ser

considerada um indicador de fontes das SHs no meio natural (Lu et al., 2000),

como de resíduos mais ou menos lignificados.

O gráfico formado pelas razões atômicas H/C versus O/C, conhecido

como diagrama de Van Krevelen, é freqüentemente usado como indicador da

intensidade das principais reações do processo de humificação (desidratação,

demetilação, descarboxilação, hidrogenação e oxidação) (Garcés, 1987; Rice e

MacCarthy, 1991). Exemplo desse diagrama pode ser observado na Figura 3.

Razão atômica

H/C

Razão atômica O/C

DESIDROGENAÇÃO

OXIDAÇÃO

HIDROGENAÇÃO

DESIDRATAÇÃO

DESCARBOXILAÇÃO

DEMETILAÇÃO

Figura 3- Diagrama H/C versus O/C para AHs extraídos de diferentes solos

(1=.Chernossolo Rendzico, 2= Planossolo Háplico Distrófico, 3=

Cambissolo Háplico Eutrófico, 4= Luvissolo, 5= Chernossolo Argilúvico

e 6= Cambissolo Hístico). Fonte: Baranciková et al. (1997).

2.6. Análise de grupamentos funcionais

As cargas negativas dependentes do pH do solo participam da maioria

das reações no solo, onde as substâncias húmicas possuem um papel importante

apresentando uma capacidade de troca catiônica (CTC) que varia de 400 a 1400

cmol

-1

(Canellas et al., 1999). As reações de troca catiônica são fundamentais

para o suprimento de nutrientes às plantas, na ciclagem de nutrientes e na

fertilidade do solo devido ao fornecimento de íons como K

, Ca

, Mg

, Cu

, entre outros, às plantas (Stevenson, 1994).

As cargas negativas susceptíveis às reações de substituição eletrofílicas

das SHs são fornecidas principalmente pelos grupos funcionais carboxílicos

(COOH) e OH-fenólicos (MacCarthy et al., 1990). Assim, a reatividade química

dos AHs pode ser medida obtendo-se a acidez total das moléculas, definida como

a soma dos grupamentos COOH e OH-fenólicos. No entanto, alguns problemas

ainda são apresentados na determinação desses grupamentos em função da

natureza complexa dos AHs, de sua insolubilização em água e, na maioria dos

solventes orgânicos, da sua interação com reagentes usados formando

derivados, e de sua natureza não estequiométrica (Stevenson, 1994).

Nesse contexto, diversos métodos de análise de cada um desses grupos,

foram desenvolvidos. Os métodos adotados neste estudo foram os descritos por

Schnitzer e Gupta (1965), pois são simples e não requerem equipamentos

especiais, podendo ser usados em análises de rotina. Assim, a acidez total é

determinada com a adição de Ba (OH)

0,5 mol L

-1

, baseando-se na liberação de

dos grupos ácidos que ionizam com o pH da solução reativa, conforme a

seguinte reação:

2RH + Ba(OH)

2 →

Ba + H

Onde R é a macromolécula e H é o próton do grupamento ácido (COOH ou OH

fenólico).

Para determinação da acidez carboxílica (COOH) é, geralmente, utilizado

o Ca(OAc)

, onde somente os grupos COOH ionizam, segundo a reação abaixo:

2RCOOH + Ca(CH

COO)

→

(RCOO)

Ca + 2CH

COOH

O ácido acético liberado é titulado com solução de NaOH 0,1 mol L

-1

A acidez fenólica é obtida pela diferença entre a acidez total e a acidez

carboxílica.

Essas cargas negativas dependentes do pH do solo permitem que os

AHs participem das reações da solução do solo, influenciando na dinâmica deste

(Canellas, et al. 1999). Além disso, a CTC dos AHs (Quadro 2) é

significativamente maior que a CTC dos minerais de argila 1:1, que predominam

em solos altamente intemperizados, como a caulinita (CTC de 3-5 cmol

-1

demonstrando o importante papel dessa fração nas reações do solo.

Quadro 2- Acidez total, carboxílica (COOH) e OH fenólica de ácidos húmicos de

diferentes solos (cmol

-1

AH)

Solo Tipo de vegetação Acidez

Total

Acidez

COOH

Acidez OH

fenólica

Inceptisol Banana (Venezuela) 770 315 455

Alfisol Sorgo (Venezuela) 665 250 415

Entisol Savana (Venezuela) 1177 209 968

Vertisol Savana inundada

(Venezuela)

547 212 334

Oxisol Floresta alta

(Venezuela)

724 214 483

Spodosol Floresta de caatinga

amazónica (Venezuela)

715 290 425

Vertic

Cambisol

Gramínea (Itália) 757 382 375

Orthic Podzol Floresta de conífera

(França)

931 428 503

Argiudoll Cultivo convencional

(Argentina)

1070 380 690

Argiudoll Cultivo não

convencional

(Argentina)

1020 370 650

Brown

Reddish sand

Citrus (Israel) 772 360 412

Argissolo

Amarelo

Cana-de-açúcar (Brasil) 1340 1227 113

Argissolo

Amarelo

Eucalipto (Brasil) 1331 1321 111

Fonte: Chen et al. (1978); Rossel et al. (1989); Rivero et al. (1998); Canellas et al.

(2002b); Senesi et al. (2003).

2.7. Caracterização Espectroscópica

As técnicas espectroscópicas são dispositivos que colaboraram para o

grande avanço no estudo da MOS, no século XX. Essas técnicas conferem

medidas em diversas regiões do espectro eletromagnético, permitindo análises

não destrutivas e que requerem pouca quantidade de amostras (Stevenson,

1994). Além disso, são, na maioria, experimentos simples que não necessitam

de manipulação especial.

Para macromoléculas heterogêneas e com estruturas complexas como

as SHs, não é possível obter uma estrutura molecular discreta. No entanto, essas

análises espectroscópicas permitem a distinção das SHs de diversos ambientes,

caracterizando-as quanto às suas funcionalidades e reatividades.

Dentre as técnicas espectroscópicas mais utilizadas (Kononova, 1982;

Stevenson, 1994; Canellas, 1999; Senesi et al., 2003; Pérez et al., 2004), neste

trabalho destacaremos a absorção no ultravioleta-visível (UV-Visível) e a

espectroscopia de fluorencência, baseadas na transição molecular; e a

espectroscopia de infravermelho, baseada na vibração molecular.

2.7.1. Espectroscopia de UV-Visível: Razão E

A introdução dessa técnica espectroscópica no estudo das SHs

aconteceu por volta de 1930, o que permitiu um grande avanço nesta área. Essa

técnica baseia-se nas transições eletrônicas resultantes da absorção de luz.

Essas transições liberam energia na forma de calor ou radiação eletromagnética

(Skoog et al., 2002).

A absorção de energia no UV-Visível corresponde à faixa de 200 a 800

nm. A absorção por compostos orgânicos deve-se à presença de cromóforos

(grupos de átomos com ligações insaturadas) que contêm elétrons de valência

com energia de excitação relativamente baixa (Skoog et al., 2002). Os

auxocromos são grupamentos (OR, NR

, NO

, ou CO

R) que alteram a

capacidade de absorção do cromóforo.

Os espectros de UV-Visível correspondem a um gráfico de freqüência ou

comprimento de onda de absorção em função da intensidade de absorção,

medida em absorbância. Para as SHs que apresentam grande quantidade e

variedade de grupos funcionais (Stevenson, 1994), os espectros de UV-Visível

não são bem definidos, pois apresentam sobreposição de bandas. No entanto,

podem fornecer informações importantes. A principal informação obtida é a razão

da absorbância em 465 nm/absorbância em 665 nm (razão E

), baseada na

taxa de queda da absorção da luz com o comprimento de onda, que é

proporcional à diminuição da extensão da conjugação nos diferentes sistemas

orgânicos. Esta razão é determinada em função, principalmente, do tamanho da

partícula (peso molecular) e pH, além de se correlacionar com a concentração de

radicais livres, o conteúdo de O, C, COOH e a acidez total (Chen et al., 1977).

A razão E

vem sendo usada em estudos comparativos da formação

de AHs em diversos solos, avaliando o efeito da gênese (Ghosh e Schnitzer,

1979) e da pluviosidade (Martin-Neto et al., 1998); além do efeito das diferentes

coberturas vegetais (Canellas et al., 2002b).

2.7.2- Espectroscopia de fluorescência

Nos últimos anos, o uso da espectroscopia de fluorescência na

caracterização de substâncias húmicas (SHs) de solos vem sendo intensificado,

uma vez que representa um método de análise relativamente simples, muito

sensível e não destrutivo. Essa técnica baseia-se no fenômeno da fluorescência,

que corresponde à energia reemitida pelo elétron a partir do primeiro estado

singlete excitado (S

), após absorção de um quantum de luz e a passagem

desses elétrons a níveis superiores de energia (Skoog et al, 2002). A

fluorescência de um composto depende de sua estrutura molecular e está quase

sempre associada ao sistema eletrônico π. Sua intensidade é alterada por

substituintes, ou seja, grupos doadores e retiradores de elétrons que aumentam e

diminuem a eficácia da fluorescência (Sierra e Giovanela, 1995). No caso de

substâncias complexas como as SHs, que representam anéis aromáticos e

cadeias alifáticas com diversos grupos de substituição, a presença ou ausência e

a proporção relativa desses substituintes podem ser usadas para distinguir as

SHs (Sierra e Giovanela, 1995).

Diferentes espectros de fluorescência podem ser obtidos em função do

tipo de informação desejada, tais como o espectro de emissão, obtido pela

irradiação da amostra com um comprimento de onda excitado fixo, onde se mede

a intensidade de luz reemitida na faixa espectral determinada; o espectro de

excitação, que varia o comprimento de onda de excitação enquanto o

comprimento de onda de emissão é mantido constante, e o espectro

sincronizado, que é determinado pela varredura simultânea de uma faixa

espectral de comprimentos de onda de excitação e emissão apresentando um

intervalo constante entre eles (Sierra e Giovanela, 1995).

A propriedade de fluorescência das SHs é dependente de diversos

fatores, tais como sua origem, massa molar, concentração, pH, força iônica,

temperatura, potencial redox do meio, grau de conjugação, efeitos de

substituintes (Skoog et al., 2002; Chen et al., 2003), além da interação com íons

metálicos, que reduzem a intensidade de fluorescência (Ghosh e Schnitzer,

1981). Segundo Senesi et al. (1991), essas propriedades podem ser usadas

como critério adequado na diferenciação e classificação em vários tipos de SHs

quanto a sua gênese.

A espectroscopia de fluorescência tem sido usada como uma ferramenta

útil na avaliação do grau de humificação das SHs. Millori et al. (2002)

relacionaram a intensidade do espectro de emissão de AHs, baseada no uso da

luz azul (465nm) como fonte de excitação, com o grau de humificação de AHs de

solos sob diferentes coberturas vegetais e sistemas de cultivo. Os valores da

área total sob o espectro de fluorescência (A

465

) foram altamente correlacionados

com teores de radicais livres estáveis obtidos pela ressonância paramagnética de

elétrons. Para áreas agrícolas, Bayer et al. (2002) e Pérez et al. (2004)

observaram maior grau de humificação em solos do cultivo convencional em

comparação ao não convencional, atribuído à maior intensidade de fluorescência

relacionada à maior quantidade de radicais livres e maior percentagem de

carbono aromático. Isso sugere que SHs com maior grau de evolução sofrem

mudanças na intensidade de fluorescência para regiões de maior comprimento de

onda associada a possíveis presença de compostos aromáticos com maior grau

de substituição, ou de sistemas insaturados com maior extensão de conjugação.

2.7.3. Espectroscopia na região do infravermelho (IV)

A espectroscopia de IV foi descoberta no século XVIII. Entretanto, seu uso

generalizado para a identificação de compostos orgânicos começou no fim dos

anos 50 com o surgimento do espectrofotômetro dispersivo (Skoog et al., 2002).

região do visível e de microondas, sendo que a região de interesse para estudos

das SHs está situada entre 4000 e 400 cm

-1

. A espectroscopia de IV baseia-se na

absorção dessa radiação pelas diversas ligações químicas e estruturas

moleculares existentes numa molécula, repercutindo em movimentos de vibração

e rotação de grupos moleculares (Silverstein e Webster, 2000). As duas

vibrações fundamentais nesse processo são os estiramentos (ν) e as

deformações (δ) das ligações entre átomos (Stevenson, 1994). Os estiramentos

são quando os átomos vibram no mesmo eixo variando a distância entre eles,

tendo como principais tipos de vibrações simétricas e assimétricas. Já a

deformação é quando as posições dos átomos em vibração mudam em relação

ao eixo da ligação. Seus principais tipos de vibração são tesoura, balanço, torção

e oscilação, como demonstrado para os átomos de C e H na figura 4.

Vibrações e estiramento Vibrações de deformação

no plano Fora do plano

Simétricas Assimétricas Tesoura Balanço Torção Oscilação

Figura 4- Principais tipos de estiramento molecular. Fonte: adaptado de

Stevenson (1994).

A representação do espectro consiste em um gráfico de absorbância (A)

ou transmitância (T) em função do número de ondas expresso em cm

-1

(inverso

do comprimento de onda). Espectros típicos de AHs podem ser observados na

Figura 5, e as principais atribuições observadas na região do IV são

demonstradas no Quadro 3.

Apesar da técnica de espectroscopia de IV superar a Ressonância

Magnética Nuclear (RMN) no estudo de grupos oxigenados das SHs, aquela

possibilita informações de caráter mais qualitativo do que quantitativo quando

comparada à RMN, pois as extensões, vibrações e movimentos de rotação que

H H

R R

absorvem a energia de IV têm uma ampla classe de absortividade molar, o que

limita o uso de picos como medida quantitativa de vários grupos cromóforos

(Bloom e Leenheer, 1989). Estes autores ainda acrescentam que outra limitação

é a sobreposição de bandas, devido à atividade de múltiplos grupos no IV, o que

normalmente ocorre nas SHs. No entanto, segundo Stevenson (1994), essa

técnica é de grande importância para o estudo das SHs, possibilitando a

obtenção de informações como:

• A natureza, reatividade e arranjo estrutural dos grupos funcionais

oxigenados (COOH, OH- fenólico, OH- alcoólico, OH- enólico, C=O, NH

entre outros) e de compostos estruturais aromáticos e alifáticos.

• A presença de estruturas de proteínas e carboidratos.

• A presença ou ausência de impurezas inorgânicas (metais, argila).

• Análises quantitativas, quando sob condições controladas.

• Interações organo-metais e matéria orgânica-pesticida.

Essas características permitem distinguir AHs provenientes de diferentes

solos (Couto e Resende, 1985; Moreno, 1996; Baranciková et al., 1997; Benites et

al., 1999; Ceretta et al., 1999) e de diferentes coberturas vegetais e manejos de

culturas (Rivero et al., 1998; Canellas et al., 2002b; Senesi et al., 2003), bem

como estudar o processo de humificação (Bravard e Righti, 1991; Haberhauer et

al., 1998), atribuído ao aumento na intensidade das bandas de absorção de

grupos aromáticos e diminuição na intensidade de grupos alifáticos dos

compostos húmicos. Além disso, pode-se avaliar os AHs de origem não

pedogênica, como os de resíduos urbanos (Dick et al., 1998; Canellas et al.,

2000; Canellas et al., 2001; Pajaczkowska et al., 2003).

Tipo II

Tipo I

Transmitância

Freqüência (cm

)

Figura 5- Espectro de infravermelho de ácidos húmicos de diversas fontes (A-

Mollisol, B- Leonardita, C- horizonte B do Spodosol, D- Turfa e E-

humato de sódio de A). Fonte: Stevenson (1994).

Quadro 3 - Principais bandas de absorção na região de infravermelho de ácidos

húmicos

N° de ondas

(cm

-1

)

Principais atribuições

3400 – 3300

ν OH, NH, NH

3077 – 3030

ν C-H de anel aromático ou olefinas

2950 – 2900

ν CH alifático

2750 – 2400

ν de grupos COOH não ionizados

1725 – 1720

ν C=O de COOH e cetonas (traços)

1660 – 1630

ν C=O de amida (banda I), quinona e/ou C=O conjugado

1625 – 1470

ν CH de anel aromático

1590 – 1517

δ N-H e ν C=N

1460 – 1450

ν CH de anel alifático e de grupos metila

1400 – 1390

δ OH e ν CO de OH fenólico, δ CH de CH

e CH

, ν

assimétrico de COOH

1280 – 1200

ν CO e δ O-H em grupos COOH

1170 – 1000

ν CO de polissacarídeos

1050 – 900

ν C-O de polissacarídeos; Si-O (impurezas inorgânicas)

Fonte: Stevenson (1994); Canellas (1999); Cerettta et al. (1999); Silverstein e

Webster (2000). ν= estiramento; δ= deformação.

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Caracterização da área

A maior parte da Reserva Biológica (REBIO) União, fundada em 1998, se

localiza em Rio das Ostras, Estado do Rio de Janeiro - Brasil, situada a 22° 27’

30’’ S; 42° 02’ 15’’ W (Figura 6). Essa reserva possui cerca de 2400 ha de Mata

Atlântica Costeira, classificada como Floresta Ombrófila Densa das Terras Baixas

(Velloso et al., 1991), e 215 ha de plantação de eucaliptos (Corymbia citriodora).

Predomina na região o clima tropical úmido. A pluviosidade média anual é de

2281 mm e a temperatura média de 24,7

C, com a estação seca ocorrendo no

período de junho a setembro.

Figura 6- Localização da Reserva Biológica União em Rio das Ostras – RJ,

Brasil.

A REBIO União pertence à Unidade Geomorfológica Colinas e Maciços

Costeiros (RadamBrasil, 1983). É de perfil arredondado, comum às “meias

laranjas” e baixadas aluvionares, encharcáveis na época chuvosa. Os solos das

áreas estudadas na reserva foram classificados, em loco, como: Argissolo

Vermelho-Amarelo Distrófico latossólico, Gleissolo Háplico Tb Distrófico

argissólico, e Cambissolo Háplico Tb Distrófico argissólico, de acordo com o

Sistema Brasileiro de Classificação de Ciências do Solo (Embrapa, 1999).

Solos da área de estudo

Cambissolo Háplico Tb Distrófico argissólico – Compreende o solo da

mata de morrote (Figura 7). A erosão ocorrente, que apesar de não evoluir graças

à vegetação, atua constantemente sobre os horizontes A e B, resultando na

exposição de materiais total ou parcialmente intemperizados.

Figura 7- Cambissolo sob o fragmento de mata de morrote na ReBio União, RJ.

Gleissolo Háplico Tb Distrófico argissólico – Esse solo está coberto pela

mata nativa, encharcável na época chuvosa (mata alagada), apresentando

influência do lençol freático (Figura 8). A sua gênese está condicionada à

sazonalidade do alagamento, considerando sua persistência ao longo do ano.

Ocorre horizonte glei, mas abaixo de B textural, sinalizando a similaridade com

Argissolo, todavia, diferencia-se pelo status redox do sistema devido à baixa taxa

de difusão do oxigênio na solução do solo. A partir desta taxa, a disponibilidade

do aceptor final O

se finda, e espécies como nitrato e nitrito são rapidamente

esgotadas. Inicia-se, então, a redução dos compostos férricos, responsáveis pela

expressão da cor nos solos aerados. O íon ferroso, no estado reduzido, promove

uma tonalidade acinzentada que evolui para esverdeada ou azulada,

caracterizando o horizonte glei.

Esses solos (Cambissolos e Gleissolos) são do mesmo material original

que o Argissolo, entretanto, estão sob influência de processo de remoção

constante de porções do horizonte A, e da ação do lençol freático com condições

redutoras, respectivamente (Embrapa, 1999).

Figura 8- Gleissolo sob o fragmento de mata alagada na ReBio União, RJ.

Argissolo Vermelho-Amarelo Distrófico latossólico – Compreende os

solos dos plantios de eucalipto (Figura 9). Sua característica fundamental é a

presença de eluviação de argila do horizonte A para o B, formando o horizonte

diagnóstico conhecido como “B textural”. Não possuem reservas de minerais

primários intemperizáveis, pois se encontram em estágio avançado de

intemperismo. Neste processo, ao longo de eras, perderam sua fertilidade, pois

seus nutrientes foram solubilizados e removidos. O horizonte A é geralmente

arenoso e pouco estruturado.

Os solos com argiluviação se caracterizam pela migração de minerais de

argila silicatada do horizonte A para o B, estabelecendo um gradiente textural,

que, em profundidade, redunda em maior teor de argila. Este acúmulo pode

resultar em orientação e evolução para uma massa compacta. Como são

profundos, já que são bastante intemperizados, possuem lençol freático profundo.

Figura 9- Argissolo sob os plantios abandonados de eucaliptos na Reserva

Biológica União, RJ.

3.2. Sítios amostrais

As áreas amostradas foram dois fragmentos de Mata Atlântica de

Baixada, denominadas, nesse estudo, mata alagada (A), com solos encharcáveis

na época chuvosa e mata de morrote (B), presente no perfil arredondado do

relevo, e três áreas de plantios de eucalipto (Corymbia citriodora), em diferentes

idades, que foram abandonados desde 1996 (cerca de 9 anos). Esses plantios

diferem quanto ao histórico de uso do solo e práticas silviculturais. As diferentes

áreas de eucalipto foram denominadas de acordo com as idades de plantio: com

14 anos e 7,60 ha, localizados no topo de um morrote, onde anteriormente era

pastagem (C); com 16 anos e 5,73 ha, localizando-se próximo à sede do IBAMA e

à mata, em um vale entre dois morrotes (D); e com 18 anos e 15,74 ha, localizada

no trecho da reserva, na outra margem da pista rodoviária (E), sendo que esta

área sofreu corte raso para o plantio de eucalipto.

3.3. Coleta das amostras de solo

A amostragem do solo foi realizada em duas profundidades (0 - 0,10 m e

0,10 - 0,20 m). Em cada área, foram feitas três amostras compostas formadas por

dez amostras simples. Antes das análises, as amostras de solo foram secas ao

ar, destorroadas e passadas em peneiras, com abertura de 2 mm para obtenção

da terra fina seca ao ar (TFSA). Essas amostras de solo, também foram avaliadas

por meio das análises químicas e granulométricas segundo Embrapa 1997.

3.4. Fracionamento da MOS

O fracionamento da matéria orgânica foi realizado a partir da simplificação

do método de Belchikova-Kononova, descrito com detalhes em Guerra e Santos

(1999). As amostras de solo foram peneiradas, (2 mm) sofrendo pré-tratamento

com ácido ortofosfórico 2 mol L

-1

, que separou por densidade a fração leve e

solubilizou a fração ácidos fúlvicos livres (AFL). Em seqüência, sobre a amostra

de solo, foi colocada a mistura extratora de NaOH 0,1 mol L

-1

na proporção 1:10

(v/v), que solubilizou os ácidos fúlvicos (AFs) e os ácidos húmicos (AHs). O

resíduo sólido insolúvel resultante do processo de fracionamento foi denominado

de huminas (H). Os AHs foram separados dos AFs por centrifugação após

precipitação em meio ácido obtido com adição de H

concentrado até valor de

pH 1 (Figura 10). O teor de carbono em cada fração foi determinado por meio do

procedimento Walkley-Black modificado, utilizando calor externo (Embrapa,

1997), com três repetições por tratamento.

Resíduos vegetais

Resíduo

Ácido fúlvico

livre

Extração alcalina

(NaOH 0,1M)

Resíduo

Humina

Sobrenadante

Adição de H

Ácido

fúlvico

Ácido

húmico

Extração com H

Solo

Figura 10- Esquema do fracionamento da Matéria Orgânica do Solo.

As diferenças das frações foram determinadas por meio do delineamento

inteiramente casualizado, com os tratamentos mata alagada (A), mata de morrote

(B) e os plantios abandonados de eucalipto com 14, 16 e 18 anos (C, D e E). A

análise de variância foi realizada pelo teste F e, quando significativa, as médias

foram comparadas pelo teste de Tukey a 5%, por meio do programa

computacional Sistema de Análises Estatísticas e Genéticas (SAEG),

desenvolvido pela Universidade Federal de Viçosa.

3.5. Extração, isolamento e purificação de ácidos húmicos

A extração dos AHs foi realizada conforme as normas da IHSS, de acordo

com Ceretta (1995), com pré-tratamento das amostras com uma solução de HCl

0,1 mol L

-1

e extração com NaOH 0,5 mol L

-1

sob atmosfera de N

na razão

solvente: solo 10:1 (v/v). Os AHs foram separados por precipitação em meio

ácido (pH = 1,0 - 1,5) com HCl 6 mol L

-1

. A dissolução dos AHs em meio alcalino

e precipitação em meio ácido foram realizadas três vezes. Em seguida, os AHs

foram tratados com HCl 0,1 mol L

-1

– HF 0,3 mol L

-1

durante 12 horas, com

agitação constante e, após desprezar o sobrenadante, foram lavados com água

até teste negativo com AgNO

. Foram, ainda, dialisados contra água deionizada

(membrana 14 Kda, Thomas Sci., Inc.) e secos por liofilização. Devido à

persistência de altos teores de cinza, as amostras de AHs foram repurificadas.

3.6. Caracterização dos AHs

Análise da composição elementar

A determinação do conteúdo de C, H e N foi realizada, através de

analisador automático (CHN analyzer Perkin Elmer 1420), em amostras de AHs.

O conteúdo de O foi obtido de forma indireta pela diferença do somatório da

composição de C, H e N, descontando o teor de cinzas obtido a partir da

incineração das amostras dos AHs em mufla a 700

C, durante 8h.

Acidez total, carboxílica e fenólica

A acidez total foi determinada pelo método do Ba (OH)

com titulação do

excesso com HCl; a acidez carboxílica pelo tratamento com Ca(OAc)

determinação do ácido acético liberado com NaOH; e a acidez fenólica por

diferença (acidez total – carboxílica), de acordo com método de Schnitzer e Gupta

(1965).

O cálculo da acidez total foi obtido pela seguinte equação:

Acidez total = (volume de HCl titulado no branco – volume de HCl titulado

na amostra) x N do HCl

x 10

/ massa da amostra em mg. Enquanto o cálculo dos

grupos COOH foi obtido pela seguinte equação:

Grupos COOH = (volume de NaOH titulado na amostra – volume de NaOH

titulado no brando) x N do NaOH x 10

/ massa da amostra em mg.

Relação E

e espectroscopia de fluorescência

A relação da absorbância em 465 e 665 nm da espectroscopia de UV-

Visível (relação E

) foi realizada em um espectrofotômetro Shimadzu, de

acordo com a metodologia de Chen et al. (1977), e a área total sob o espectro de

emissão de fluorescência com excitação em 465 nm, varrendo a faixa de 450 a

650 nm, de acordo com Milori et al. (2002). Foram utilizadas soluções de AHs

diluídos (50 mg C L

-1

de NaHCO

0,05 mol L

-1

Espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier (IVTF)

A espectroscopia de IVTF dos AHs foi realizada na faixa de 400 cm

-1

4000 cm

-1

, utilizando-se pastilhas com 1 mg de AH em 100 mg de KBr, num

aparelho Shimadzu 83000. Foi utilizado o modo de subtração do espectro obtido

com a pastilha de KBr, sem utilização da amostra para deduzir a contaminação

com H

O (região entre 3300-3400 cm

-1

) e presença de CO

(2340 ± 10 cm

-1

) nas

amostras. Para se comparar um espectro com outro foi utilizada uma função de

correção da linha base, usando-se os comprimentos 4000 cm

-1

, 2000 cm

-1

e 860

-1

como regime de absorvância (A) zero.

3.7. Densidade e riqueza das plântulas

A avaliação da regeneração das espécies nativas foi realizada pela

determinação da densidade e riqueza de plântulas (indivíduos vivos < 50 cm e ≥

10 cm de altura, exceto lianas e espécies não arbóreas) das áreas amostradas.

Para isso foram realizadas medições de diâmetro à altura da base (DAB) e da

altura das plântulas. Nos plantios de eucalipto, onde parte das espécies foi

avaliada por Rabelo (2003), foram utilizadas as mesmas parcelas já

estabelecidas, em que os indivíduos foram amostrados dentro de 16 sub-parcelas

(2,5 x 5 m), totalizando 250 m

sendo quatro sub-parcelas para cada parcela

retangular de 10 x 20 m, que foram alocadas aleatoriamente em cada área

amostrada (Figura 11). Para os fragmentos de mata, foram estabelecidas

parcelas menores devido à maior densidade de plântulas. Na mata alagada foram

alocadas aleatoriamente cinco sub-parcelas (1 x 2,5 m) para cada uma das

parcelas (10 x 100 m), o que totalizou 25 sub-parcelas por área. As plântulas

foram plaqueadas para posteriores avaliações. Para a mata de morrote, foi

utilizado o banco de dados fornecido por Rodrigues (2004), que considerou como

plântulas indivíduos até 100 cm de altura.

Em função da dificuldade de identificação das espécies de plântulas, a

riqueza foi determinada com base na separação de morfo-espécies e expressa

em morfo-espécies por área avaliada. Enquanto os dados de densidade foram

avaliados segundo a análise de variância realizada pelo teste F e, quando

significativa, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5%, por meio do

programa computacional SAEG. Esses dados forma expressos em indivíduos/ ha.

∆

Figura 11- Esquema de parcela dividida em 16 sub-parcelas para o levantamento

da comunidade de plântulas, sendo ∆ - sub-parcelas amostradas.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Análises química e física dos solos

Na maior parte dos solos das regiões tropicais, há predomínio de

minerais de argila do tipo 1:1 e óxidos, hidróxidos e oxihidróxidos de Fe e Al que

apresentam baixa capacidade de troca catiônica (CTC). Dessa forma, a reação

dos grupamentos funcionais da matéria orgânica com cátions metálicos na

solução do solo é a base química da fertilidade desses solos. A CTC, portanto, é

dependente do pH da solução, e a capacidade de reter bases depende

basicamente da dissociação dos grupamentos funcionais oxigenados da MOS

(Canellas et al., 1999). Assim, a variação das propriedades químicas e físicas em

função dos diferentes tipos de solos e da qualidade da cobertura vegetal pode

permitir um entendimento melhor do funcionamento dos ecossistemas de florestas

tropicais.

Nos trópicos, com o aumento da precipitação pluviométrica, atinge-se um

ponto onde a velocidade de remoção das bases excede a velocidade de liberação

de formas não trocáveis. Assim, os solos das regiões úmidas dos trópicos

apresentam-se, geralmente, bastante ácidos e com baixos teores de Ca

, Mg

e Na

trocáveis (bases trocáveis). Essa acidez está associada à presença de

alumínio e hidrogênio trocáveis.

Com efeito, foram encontrados valores baixos de pH, evidenciando a

acidez elevada nas áreas cobertas tanto com fragmentos de Mata Atlântica

quanto com plantios abandonados de eucalipto (Quadro 4). Em estudo anterior na

reserva e nas mesmas áreas de eucalipto, Vilella et al. (2001a) também

observaram a pobreza de bases trocáveis. Em condições de extrema acidez

(valores de pH muito baixos e altos teores de Al trocável) pode ocorrer limitação

na decomposição da matéria orgânica e seu acúmulo (Tomé Jr., 1997). A maior

parte dos resíduos vegetais, quando chega ao solo, é rapidamente transformada,

podendo ainda sofrer seqüestro pela fração mineral ou transformação bioquímica

através do processo genericamente conhecido como humificação. Tanto a

mineralização como a humificação são dependentes da atividade biológica. De

acordo com Cerri e Volkoff (1988), os principais fatores que controlam a formação

do húmus são temperatura, presença ou ausência de bases e drenagem, sendo

estes os fatores que mais influenciam na atividade biológica. Segundo estes

autores, a presença de bases tem um efeito mais importante sobre os demais

fatores.

A CTC efetiva encontrada variou de 3,1 a 4,8 cmol

-1

na profundidade

de 0 – 0,10 m, e de 2,7 a 3,1 na de 0,10 - 0,20 m (Quadro 4). Esses valores são

extremadamente baixos, similares aos encontrados para caulinitas e óxidos

purificados de solos, que variam de 1 a 5 cmol

-1

. Além da baixa capacidade de

troca, o complexo sortivo dos solos estudados foi dominado por Al

+++

, com a

saturação deste elemento variando de 68 a 87 % nos fragmentos de mata e na

área de plantio abandonado de eucalipto com 16 anos (área D). Nas outras áreas

de eucalipto, foi notado o reflexo da calagem anterior ao plantio, e a saturação por

+++

foi menor (6 a 70%) com aumento no conteúdo de Ca

, mas o complexo

sortivo permaneceu ainda saturado com H+Al (Quadro 4). A conseqüência da

baixa CTC e da elevada acidez é a baixa percentagem de saturação de bases

(V%) encontrada nas áreas, que variou de 4 a 37%, indicando a precária

fertilidade química do solo nas áreas amostradas (Quadro 4).

A cobertura vegetal não influiu nos teores de bases trocáveis do solo,

(Quadro 4) mostrando que nesses ecossistemas a maior parte dos nutrientes está

fixada na biomassa e na serrapilheira, sugerindo um fluxo pequeno para a parte

mineral do solo, o que restringe a atividade microbiana à serrapilheira. A evolução

da matéria orgânica é então limitada, contribuindo para formação e aparecimento

de horizonte de acúmulo de matéria orgânica acima da superfície do solo.

De um modo geral, a análise química dos solos revelou a fertilidade muito

precária nessas áreas. A baixa fertilidade em solos de florestas tropical também

foi observada por Buschbacher et al. (1988) e Vilella et al. (2001b), o que não

implica, porém, restrição ao crescimento e ao estabelecimento da Mata Atlântica.

Essa situação evidencia o auto-sustento desta vegetação e a limitação do uso da

análise de rotina para avaliação da fertilidade do solo.

Com a provável restrição da atividade microbiana pelas condições

observadas de ausência de bases e elevada acidez, além da diminuição do

processo de transformação dos resíduos orgânicos (mineralização), é esperado

que o processo de humificação seja limitado, uma vez que a atividade microbiana

tem reflexos diretos na dinâmica da MOS.

A distribuição das frações humificadas da MOS é apresentada a seguir.

Quadro 4- Propriedades químicas e granulometria de um Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B);

e Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16, e 18 anos (C, D e E), em duas profundidades na

Reserva Biológica União, RJ.

Área pH H+Al Al

P K

MO C Ntotal CTC

pH7

CTC

efetiva

S.B m V Areia Silte Argila

cmol

-3

mgdm

-3

----cmol

-3

--- gdm

-3

----gKg

-1

---- --------cmol

/dm

-3

----- -----%----- ---------gkg

-1

--------

0 – 0,10 m

4,3 10,9 2,6 5 36 0,5 0,4 0,04 45,7 26,5 3,0 11,9 3,6 1,0 72 9 700 90 210

B 4,4 10,2 2,1 3 60 0,5 0,3 0,03 44,5 25,8 2,0 11,2 3,1 1,0 68 9 720 70 210

C 5,4 7,7 0,3 8 31 2,4 1,9 0,10 40,9 23,7 1,7 12,2 4,8 4,5 6 37 540 100 360

D 4,5 12,1 2,5 3 48 0,5 0,5 0,09 44,5 25,8 2,1 13,3 3,7 1,2 67 9 500 110 390

E 5,0 9,7 0,9 2 50 2,3 0,8 0,04 38,6 22,4 2,2 13,0 4,2 3,3 22 25 560 70 370

0,10 – 0,20 m

4,4 8,7 2,5 3 19 0,1 0,2 0,02 26,9 15,6 1,7 9,1 2,9 0,4 87 4 690 90 220

B 4,3 8,8 2,6 2 33 0,2 0,1 0,02 28,6 16,6 1,6 9,2 3,0 0,4 87 4 590 120 290

C 5,2 7,6 1,0 1 12 1,0 1,0 0,09 31,4 18,2 1,8 9,7 3,1 2,1 32 22 460 110 430

D 4,6 8,1 2,4 1 24 0,1 0,3 0,06 26,9 15,6 1,7 8,6 2,9 0,5 82 6 410 160 430

E 4,6 7,7 1,9 2 26 0,5 0,2 0,03 24,3 14,1 1,4 8,5 2,7 0,8 70 9 510 100 390

* Extrator Carolina do Norte

Distribuição do carbono orgânico na MOS

O conteúdo de MOS é resultante do balanço entre os processos de adição

(e.g. resíduos vegetais) e de perda (e.g. decomposição pelos microrganismos). As

SHs representaram menos de 50% do carbono prontamente oxidável,

considerado como Ctotal nesse estudo, e seu conteúdo diminuiu em profundidade

(Quadro 5). A maior parte da matéria orgânica dos solos analisados é constituída,

portanto, pela fração não humificada, chamada de matéria orgânica leve. As

fortes restrições de fertilidade observadas nos solos (Quadro 4) favoreceram o

acúmulo de matéria orgânica pouco transformada em todas as áreas estudadas.

Os resultados do fracionamento da matéria orgânica humificada do solo

estão apresentados no Quadro 5. A maior parte do carbono humificado foi

composto pela fração H, que representou entre 21 e 29% e 17 e 27% do Ctotal

nas profundidades de 0 - 0,10 e 0,10 - 0,20 m, respectivamente (Figura 12). Em

outros Argissolos do Rio de Janeiro, submetidos ao cultivo agrícola e ou ao

pousio, a fração humina constitui normalmente acima de 70% do Ctotal (Canellas

et al., 2000; Canellas et al., 2002; Canellas et al., 2004). A fração H apresenta

natureza química essencialmente alifática proveniente da preservação seletiva de

biopolímeros oriundos de plantas (e.g. ceras, suberinas, cutinas) e

microrganismos (ácidos graxos de cadeia carbônica mais curta) que interagem

intimamente com a fração mineral dos solos (Raice, 2001). Outros fatores

contribuem com a intensificação da formação dessa fração em solos tropicais, tais

como a natureza oxídica da fração mineral e as reações de desidratação

favorecidas pela alternância de períodos secos e úmidos (Canellas et al., 2003).

De acordo com os critérios de interpretação do fracionamento da MOS, adaptados

da proposta do pesquisador Bernard Dabin por Canellas et al. (2003), valores

menores que 45% de C

representam estádio fraco de humificação da MOS.

Assim, apesar do C

ter constituído a maior parte do carbono humificado, sua

percentagem é baixa em relação ao Ctotal

refletindo características de húmus

pouco evoluído, típico de ambientes com fortes restrições a atividade microbiana.

O conteúdo de C na fração H variou de 6,8 a 8,1 g C kg

-1

na profundidade de 0 –

0,10 m, não sendo observadas diferenças significativas em função da cobertura

vegetal. Em subsuperfície, na área de Mata Atlântica que sofre hidromorfismo

periódico, foi observado o menor conteúdo de C

(3,5 g C kg

-1

). De acordo com

Dabin (1981), a evolução do húmus pode ser modificada pelo hidromorfismo.

Nesses ambientes, a via de herança é o processo de humificação predominante,

onde ocorre uma evolução direta dos compostos insolúveis lignificados da matéria

orgânica pouco transformada (Camargo et al., 1999), pois as outras vias de

humificação, tais como a de insolubilização (humificação dos compostos fenólicos

solúveis) e neo-síntese microbiana (humificação das moléculas simples através

da síntese microbiana), necessitam de elevada pressão de O

para manter a

atividade da microbiota do solo. Desta forma, a presença de solos alagados (área

A) nas épocas chuvosas, que torna ambientes pobres em oxigênio, dificulta a

atividade biológica e, por conseqüência, o processo de mineralização e

humificação da MOS.

Poucas diferenças foram observadas no conteúdo de C nas frações

humificadas alcalino solúveis. O conteúdo de C

variou de 1,1 a 1,6 e de 0,5 a

0,8 g C kg

-1

nas profundidades de 0 - 0,10 m e 0,10 – 0,20 m, respectivamente,

enquanto que o conteúdo de C

AFL

oscilou entre 0,5 a 0,8 e 0,2 a 0,8 g C kg

-1

de 1,5 a 2,0 e 0,9 a 1,8 gC kg

-1

na camada superficial e subsuperficial,

respectivamente. Provavelmente, as restrições impostas pela baixa fertilidade do

solo justificam a pouca evolução da matéria orgânica humificada solúvel,

contribuindo para obtenção de valores próximos independente da cobertura

vegetal. Não obstante, foi observado baixo conteúdo de C

AFL

na área de eucalipto

abandonado com 16 anos de plantio na camada de 10 - 20 m (área D).

O conteúdo de C

AHs

dos solos estudados foi menor do que o das frações

fúlvicas (C

AFL

), conferindo valores menores que 1 para a razão C

. Esta

razão foi usada por Kononova (1982) como um indicador da qualidade do húmus,

pois expressa o grau de evolução do processo de humificação da matéria

orgânica. Em solos tropicais, normalmente, essa razão é inferior a 1 devido à

menor intensidade do processo de humificação, i.e., condensação e síntese,

atribuídas à intensa mineralização dos resíduos, restrições edáficas e ao baixo

conteúdo de bases trocáveis à atividade biológica nos solos mais intemperizados

(Canellas et al., 2002b).

Quadro 5- Conteúdo médio (± erro padrão) de carbono das diferentes frações da

MOS de um Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob mata de

morrote (B); e Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com

14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas profundidades

Áreas C total C

AFL

AH/AF

---------------------------------------------g C kg

-1

--------------------------------------

0 – 0,10 m

31,5± 0,2

11,0

0,6± 0,1 2,0± 0,3 1,6± 0,2 6,8± 0,5

0,6

28,3± 0,4

11,1

0,7± 0,2 1,9± 0,1 1,1± 0,1 7,4± 0,80

0,4

27,9± 0,6

11,5

0,5± 0,1 1,8± 0,3 1,1± 0,1 8,1± 0,2

0,5

27,6± 2,3

10,8

0,6± 0,1 1,5± 0,7 1,2± 0,1 7,5± 1,1

0,6

28,1± 0,9

11,5

0,8± 0,1 1,9± 0,3 1,3± 0,2 7,5± 0,8

0,5

CV(%)

5,6 12,7 21,8 24,1 18,5 14,0 29,0

2,9

0,2

1,5

0,5

2,4

0,6

1,4

0,10 - 0,20 m

20,7± 3,2

6,6

0,5± 0,1AB 1,8± 0,8 0,8± 0,1 3,5± 0,7B

0,4

16,6± 0,2

7,3

0,6± 0,1AB 1,1± 0,3 0,7± 0,1 4,8± 0,2AB

0,4

22,5± 0,7

8,6

0,8± 0,3

1,2± 0,3 0,5± 0,1 5,7± 0,3A

0,3

20,2± 0,5

6,3

0,2± 0,1B 0,9± 0,2 0,7± 0,2 4,6± 0,3AB

0,6

20,8± 1,0

6,4

0,7± 0,1

1,2± 0,4 0,7± 0,2 3,8± 0,6AB

0,4

CV(%)

11,3 14,4 36,4 45,8 27,1 14,9 34,9

2,4

9,2

4,9 1,2

0,8

10,8 0,4

Médias nas colunas seguidas por letras diferentes, em cada profundidade, são diferentes pelo

teste de Tukey (P<0,05).

Não significativo. Ctotal= carbono prontamente oxidável da MOS, e

, C

AFL

, C

AF,

e C

representam os teores de carbono contido nas substâncias húmicas e, em

suas frações, ácidos fúlvicos livres, ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e huminas, respectivamente.

0,10 m

100

12345

Composição do húmus (%)

AFL

0,10

0,20 m

A B C D E

Áreas

A B C D E

reas Á

100

12345

Composição do húmus (%)

AFL

A B C D E

Áreas

A B C D E

Áreas

Figura 12- Distribuição percentual do carbono das frações húmicas obtidas no

fracionamento químico de um Gleissolo sob mata alagada (A);

Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo sob plantios

abandonados de eucalipto com 14, 16 e 18 anos (C, D e E), em duas

profundidades: 100%=C

AFL

. C

AFL

, C

AF,

, C

representam os teores de carbono contido nas frações ácidos fúlvicos

livres, ácidos fúlvicos, ácidos húmicos e huminas, respectivamente

A B C D E

Canellas et al. (2003) observaram uma correlação significativa entre o

conteúdo de C, nas frações humificadas da MOS, e a CTC efetiva do solo. Os

valores extremamente baixos da CTC efetiva (Quadro 4) podem estar, portanto

diretamente relacionados com o baixo teor de SHs desses solos (Figura 12) já

que o baixo conteúdo de bases trocáveis diminui o processo de humificação e,

por conseqüência, a relação C

AF.

O conteúdo de SHs é normalmente maior nas camadas superficiais do

solo uma vez que o processo de humificação é mediado pela atividade microbiana

(Orlov, 1998). Nesse estudo também foi observado acúmulo (pequeno) de SHs

alcalino solúveis mais condensadas (AH) e insolúveis (H) em superfície em

relação à subsuperfície. As frações humificadas altamente solúveis, tais como

AFL e AF, apresentam, em função do seu elevado conteúdo de grupamentos

funcionais polares, alta capacidade de solvatação, sendo arrastadas pela água de

percolação do solo. Desta forma, os conteúdos de C

AFL

e C

foram similares

independente da profundidade do solo.

Em outros estudos foram observadas diferenças na distribuição das

frações húmicas. Longo e Espícula (2000) observaram diminuição de C

e C

com a introdução de pastagens em áreas de Cerrado e Floresta Amazônica. Leite

et al. (2003) observaram diminuição em todas frações húmicas em decorrência da

mudança de Mata Atlântica para agricultura de milho, mesmo em diferentes

condições de adubação. A diminuição do conteúdo das SHs, em solos não

florestados em comparação a solos florestados, foi verificada também por

McDonnell et al. (2001). O menor conteúdo de material húmico também foi

observado em Latossolos sob plantios de eucalipto em comparação com a Mata

nativa, no Estado de Minas Gerais (Lima, 2004). Segundo este autor, o intenso

revolvimento dos solos sob plantio de eucalipto, que resultou na quebra de

agregados, expôs o carbono à ação microbiana.

Com efeito, a limitação do processo de humificação atribuído à baixa

fertilidade do solo, que determinou uma pequena percentagem das SHs, pode ter

contribuído para as pequenas diferenças observadas entre as frações húmicas

das áreas deste estudo. De forma geral, a influência de determinados fatores

ambientais nas regiões tropicais, tais como a elevada pluviosidade e temperatura;

o baixo conteúdo de bases trocáveis; o predomínio, na fração argila dos solos, de

minerais como óxidos de ferro e alumínio, e argilosilicatados como a caulinita;

além da diversidade da cobertura vegetal e microbiota do solo (Bayer e

Mieniczuk, 1999), pode determinar um menor acúmulo da MOS e limitar o

processo de humificação do solo em relação às áreas temperadas, refletindo em

distintas características das estruturas químicas das SHs.

A constituição química das frações H e AF são basicamente de ligninas

pouco modificadas e polissacarídeos, sofrendo poucas modificações no processo

de humificação do solo, enquanto os AHs representam a fração que sofre as

maiores mudanças, além de ser esta a fração intermediária no processo de

humificação (Zech et al. 1997). Neste contexto, os AHs possuem um papel chave

como compostos orgânicos humificados marcadores, podendo ser usados como

indicadores do ambiente solo.

Caracterização química dos AHs

A complexidade e heterogeneidade dos AHs não permitem, até agora,

definir uma estrutura química discreta dessa fração (Picollo, 2002). No entanto, a

caracterização de sua natureza química pode ser realizada através da análise dos

constituintes básicos (composição elementar) e dos grupamentos funcionais. A

reatividade dos AHs depende da expressão de sua polifuncionalidade, que pode

servir como indicador do grau de evolução desse material húmico.

Os resultados da composição elementar dos AHs estão apresentados no

Quadro 6. O conteúdo de C observado para os AHs isolados nas diferentes áreas

foi baixo, variando de 344 a 464 g C kg

-1

, diminuindo com a profundidade do solo.

Os valores normalmente encontrados para o conteúdo de C em AHs estão

contidos na faixa de 538 a 587 g C kg

-1

(Stevenson, 1994).

Durante o processo de humificação, normalmente, é verificado o aumento

do conteúdo de C, uma vez que as reações de condensação (união de moléculas

com eliminação da água de solvatação) e de oxidação concorrem para esse

fenômeno. Em solos intemperizados com predominância de “óxidos”, as cargas

positivas da superfície disputam os sítios de carga negativa da matéria orgânica

no processo de humificação, interrompendo, pelo menos em parte, a evolução

química desses compostos húmicos. Dessa forma, continuamente tem sido

reportado, na literatura científica, AHs com baixo conteúdo de C em solos

altamente intemperizados (Rivero et al., 1998; Canellas et al., 2002b; Canellas e

Façanha, 2004). Além disso, a presença de óxidos de ferro, alumínio e de

manganês em solução pode catalisar a clivagem de compostos orgânicos com

anéis aromáticos (Shindo e Huang, 1984) diminuindo a disponibilidade de núcleos

aromáticos para ocorrência da policondensação de anéis fenólicos, uma das

principais vias de humificação da matéria orgânica (Stevenson, 1994). A formação

de compostos humificados polimerizados com elevado grau de evolução é

conseqüência de sua estabilização química, que ocorre também através da

formação de complexos com íons metálicos (Garcés, 1987). Segundo Stevenson

(1994), os principais cátions polivalentes que atuam na complexação argilo-

húmica são Ca

, Fe

+++

e Al

+++

. Diversos fatores influenciam a ligação SHs-metal,

entre os quais incluiem-se pH, força iônica, valência do cátion e conteúdo de

grupamentos funcionais. A influência do pH na estabilidade dos complexos foi

avaliada por Schnitzer (1965). Os grupamentos funcionais oxigenados da matéria

orgânica humificada precisam se ionizar para desenvolver cargas negativas

capazes de formar o complexo com cátions metálicos. Os principais grupamentos

ácidos presentes nos AHs são os fenólicos e os carboxílicos, que se ionizam a

valores de pH entre 9 e 10, e 3 e 5, respectivamente, constituindo-se, portanto,

em ácidos muito fracos e fracos. Os valores de pH da solução de solos tropicais

com elevado grau de intemperização, tais como os observados neste estudo

(Quadro 4), não são suficientemente elevados para ionizar os polieletrólitos de

ácidos fracos da matéria orgânica humificada. Dessa forma, a superfície orgânica

deve permanecer, na sua maior parte, saturada com H

, impedindo a interação

com metais livres da solução e a sua policondensação catalisada pelos metais

polivalentes.

A Figura 13 mostra a representação esquemática da interação da fração

humificada da matéria orgânica com a fração mineral do solo. Na superfície dos

“óxidos” de Fe e Al, predominam cargas dependes de pH, e a interação com os

grupamentos funcionais da matéria orgânica se dá, principalmente, em função da

coordenação direta com o cátion metálico. O processo utilizado para purificação

dos AHs é baseado na ação do ácido fluorídrico sobre os minerais secundários

silicatados, que, promovendo a hidrólise ácida do silicato, remove o silício das

amostras de AHs com a formação do fluoreto de silício, como ilustrado pela

reação: SiO

+ 4HF → SiF

+ 2H

O. Este tratamento é bastante eficaz para a

retirada de minerais silicatados do tipo 2:1 e 1:1, porém é inócuo se a matriz

mineral for dominada por “óxidos”. Dessa forma, os elevados teores de cinzas,

observados após a repetida purificação das amostras de AHs com HF (Quadro 5),

devem ter contribuído para a formação de substância húmica alcalino solúvel com

baixo conteúdo de C e elevado grau de oxidação.

Figura 13- Representação esquemática da interação de ácidos húmicos (AHs),

segundo o modelo tridimensional proposto por Schulten e Schnitzer

(1997), com a gibsita. C=cinza claro, O=vermelho, H=branco e Al=azul

para os AHs e cinza escuro para gibsita.

Os valores obtidos para H e N variaram entre 52 - 72 g H kg

-1

e 27 - 45 g

N kg

-1

, só considerados elevados para AHs. A faixa normalmente encontrada para

o conteúdo de H é de 32 a 62 g H kg

-1

e para N de 8 a 43 g N kg

-1

(Stevenson,

1994). O AH isolado da área de mata alagada apresentou maior conteúdo de N

em relação às demais áreas. O aumento de N em SHs é um indicador bastante

utilizado para avaliar o grau de humificação, uma vez que a condensação de

moléculas parcialmente humificadas é mediada, em parte, pela ação de

grupamentos amino (Kononova, 1982). Se por um lado a natureza oxídica da

fração mineral interrompe o processo de humificação e formação de

macromoléculas húmicas, por outro a natureza ácida dos AHs com predomínio de

grupamentos fenólicos precipita N em solução, imobilizando e tornando-o

indisponível aos microrganismos e às reações de condensação. A interação de

polifenóis com N é bastante conhecida (reação de Folin-Dennis) e é o que

caracteriza a presença de taninos gálicos e elágicos (conhecidos genericamente

como polifenóis da matéria orgânica). A incorporação de N via precipitação com

grupamentos OH-fenólicos pode ser justificada pela elevada presença destes

compostos em todos os AHs estudados (Figura 14).

400

600

800

1000

1200

1400

20 25 30 35 40 45

N (g kg

-1

)

OH fenólico (cmol

-1

)

Figura 14- Relação entre N e acidez fenólica dos AHs extraídos de um Gleissolo

sob mata alagada Cambissolo sob mata de morrote e Argissolo sob

plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos, em duas

profundidades.

O conteúdo de H nos AHs foi semelhante independente da cobertura

vegetal e da profundidade do solo.

O valores de O nos AHs variaram de 432 a 562 g Okg

-1

, faixa

normalmente observada para material humificado menos condensado, como os

AFs, o que implica AHs bastante oxidados e menor intensidade do processo de

humificação. Além disso, o alto conteúdo de cinzas obtido para esses AHs

(Quadro 6), mesmo depois do tratamento com HF, que destrói minerais de argila

com silicatos mas não ataca óxidos de Fe e Al, pode indicar que estes minerais

interagiram com o material húmico e bloquearam seus sítios de reação, que, por

sua vez, impediram a condensação dos AHs, ou seja, sua evolução química

(aumento do conteúdo de C e diminuição de O).

Quadro 6- Composição elementar (± erro padrão) e razão atômica (livres de

cinzas e umidade) e percentagem de cinzas dos AHs extraídos de um

Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B);

e Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18

anos (C, D e E), em duas profundidades

Áreas C H N O C/N H/C O/C Cinzas

-----------------------g kg

-1

------------------- -----%----

0 - 0,10 m

464 ± 51 59 ± 3 45 ± 5 432 ± 53 12,0 1,5 0,7

19,6 ± 6,4

399 ± 52 61 ± 3 38 ± 5 502 ± 53 12,2 1,8 0,9

55,4 ± 0,1

438 ± 45 52 ± 3 28 ± 9 482 ± 46 18,4 1,4 0,8

37,5 ± 0,6

411 ± 38 58 ± 4 34 ± 9 497 ± 40 14,2 1,7 0,9

43,8 ± 0,5

387 ± 46 64 ± 3 44 ± 8 505 ± 47 10,3 2,0 1,0

56,5 ± 0,9

0,10 – 0,20 m

461 ± 46 59 ± 3 42 ± 6 437 ± 47 12,7 1,5 0,7

23,2 ± 2,0

379 ± 47 72 ± 4 38 ± 7 511 ± 47 11,7 2,3 1,0

63,6 ± 0,3

398 ± 47 58 ± 3 27 ± 7 516 ± 53 17,2 1,8 1,0

50,7 ±1,8

359 ± 51 64 ± 3 35 ± 7 542 ± 50 12,0 2,1 1,1

57,3 ± 0,5

344 ± 46 64 ± 3 30 ± 6 562 ± 49 13,3 2,2 1,2

61,6 ± 0,2

A partir da composição elementar dos AHs são obtidas as razões

atômicas C/N, H/C e O/C, que podem ser usadas para analisar o comportamento

químico dos AHs (Lu et al., 2000). Com exceção dos AHs isolados na área C, os

valores encontrados para razão C/N foram baixos (Quadro 6) oscilando entre 10 e

14 e indicando material humificado disponível ao ataque biológico. Vilella et al.

(2004) verificaram que o conteúdo de N, na serrapilheira proveniente da área C,

fora a metade do observado para as outras áreas de eucalipto e para uma mata

adjacente na mesma Reserva Biológica. O valor de N na amostra de solo

(apresentado no Quadro 4), na camada superficial da área C, também foi menor

em relação às demais áreas, porém, o comportamento não foi o mesmo em

subsuperfície. É possível, então, estabelecer uma concepção teórica ou modelo

para humificação da matéria orgânica desta área, que é dependente da atividade

biológica e dos produtos dessa atividade na serrapilheira mais do que na fração

mineral do solo. O fluxo de nutrientes, provenientes da ciclagem da matéria

orgânica presente na serrapilheira, onde as raízes que são superficialmente

dispostas para aproveitar os nutrientes, é bastante compartimentado com pouca

interferência da capacidade de troca de cátions do solo. Desta forma, áreas que

apresentaram serrapilheira com baixo conteúdo de nutrientes produziram SHs

com menor conteúdo de N.

A razão H/C tem sido usada por muitos pesquisadores como um

indicador indireto do grau de aromaticidade ou de insaturação das SHs (Rice e

MacCarthy, 1991). Valores relativamente menores de H/C indicam um grau maior

de aromaticidade, já valores maiores indicam menor grau de substituição e,

portanto, maior presença de cadeias alifáticas. Os valores dessa razão variaram

de 1,4 a 2,0 nos AHs isolados na profundidade 0 - 0,10 m, e de 1,5 - 2,2 na

camada de 0,10 - 0,20 m do solo (Quadro 6). Normalmente em AHs de clima

temperado, a razão H/C é menor que a unidade, indicando a presença de

compostos orgânicos bastante substituídos e com grau mais elevado de

conjugação. Neste estudo, a natureza alifática do material húmico foi bastante

evidente (os valores da razão H/C sempre foram acima da unidade), indicando

também a presença de material com característica apolar nos AHs, típicos de SHs

pouco evoluídas estruturalmente. Com a profundidade, a razão H/C tendeu a

aumentar, sugerindo diminuição do grau de humificação dos AHs, ou seja, quanto

mais distante da atividade biológica sobre a superfície, que permite a maior

síntese do material húmico e com menor pH e conteúdo de bases, é provável que

tenha ocorrido diminuição das reações de substituição e preservação seletiva de

compostos orgânicos alifáticos associados nos AHs.

De acordo com Lu et al. (2000), valores mais altos de O/C indicam AHs

mais oxidados e com menor grau de condensação. Desta forma, as razões O/C

obtidas nos AHs deste estudo mostraram-se elevadas (0,7 – 1,2) independente da

cobertura vegetal e profundidade do solo, aproximando-se dos valores

observados para AFs, que, juntamente com a elevada acidez total, carboxílica e

fenólica, evidenciam características fulváticas aos AHs.

O gráfico constituído a partir das relações H/C e O/C, conhecido como

diagrama de Van Krevelen, pode ser usado para visualização dos processos

químicos que atuam na formação das SHs (Baranciková et al., 1997). A partir

deste, foi possível identificar teoricamente as principais reações de formação das

SHs (Figura 15). Sob esta perspectiva é possível diferenciar três grupos de AHs.

O primeiro é formado pelos AHs mais oxidados, extraídos das áreas D e E, na

maior profundidade. O segundo é formado pelos AHs isolados das duas

profundidades dos solos nas áreas B e C, e da superfície do solo nas áreas D e

E, que, em relação ao primeiro grupo, passaram por reações mais intensas de

demetilação, descarboxilação e desidratação. O AH extraído da superfície da área

C apresentou maior grau nas reações de desidrogenação do que os demais AHs

do segundo grupo. Já o terceiro grupo é composto pelos AHs da mata alagada

(área A), nas duas profundidades do solo, são menos oxidados e possuem a

maior condensação em relação aos outros AHs das outras áreas, atribuída às

maiores quantidades de reação de desidratação (união de moléculas com perda

de água).

DESIDRATAÇÃO

DESIDROGENAÇÃO

DESIDRATAÇÃO

OXIDAÇÃO

HIDROGENAÇÃO

DESCARBOXILAÇÃO

DEMETILAÇÃO

Figura 15- Diagrama H/C versus O/C para AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e

E), em duas profundidades (1=0 - 0,10 m e 2=0,10 - 0,20 m).

As reações químicas que se processam no sistema solo são, em sua

grande extensão, determinadas pelas cargas elétricas na superfície dos colóides

minerais e orgânicos. Nos solos tropicais úmidos com grau elevado de

intemperismo e predominância de minerais de argila 1:1 e “óxidos” com pequena

densidade de cargas elétricas negativas, cerca de 80% dessas cargas são devido

aos colóides orgânicos. Essas cargas são dependentes do pH do solo, que

estabelece a quantidade de íons determinantes de potencial adsorvidos na

superfície (H

e OH

). Os principais grupamentos funcionais ionizáveis na matéria

orgânica humificada são os carboxílicos e os fenólicos, considerados ácidos de

Lewis fracos e muito fracos. A quantificação desses grupamentos é um marco

importante para o estudo da reatividade dos AHs no sistema solo e também um

indicador químico direto de seu grau de evolução, uma vez que, com o avanço do

processo de humificação, as reações de desidratação, condensação e oxidação

diminuem a quantidade de grupamentos funcionais oxigenados capazes de ceder

elétrons para formar uma ligação. A acidez total dos AHs mede a capacidade

potencial de retenção de H

ou cátions e portanto, a capacidade de formação de

complexos.

Os resultados da acidez total, carboxílica e fenólica, encontrados para os

diferentes AHs, são apresentados no Quadro 7. Os valores encontrados para

acidez total foram elevados, entre 875 e 1580 cmol

-1

, típicos de matéria húmica

pouco evoluída quimicamente, como os AFs. A faixa de acidez total, normalmente

observada para AHs, varia de 560 a 890 cmol

-1

(Stevenson, 1994;

Barancíková et al., 1997; Senesi et al., 2003). Os resultados foram similares aos

valores tipicamente observados para AFs. A acidez total dos AHs diminuiu em

profundidade, o que indica menor reatividade dos AHs com a profundidade do

solo. Esta característica, juntamente com o baixo conteúdo de carbono e elevado

de O (elevada razão O/C), indica presença de material muito oxidado e pouco

condensado, ou seja, com baixo grau de evolução, o que confere a esses AHs um

comportamento similar aos AFs. Isto está de acordo com o baixo conteúdo de

AHs encontrado nesses solos (Quadro 5), atribuído às precárias condições de

fertilidade do solo, principalmente à acidez elevada e ao baixo conteúdo de bases

trocáveis, que podem estar impedindo a maior condensação dos AHs.

Os valores encontrados para acidez total são próximos aos obtidos, para

AHs isolados de Argissolos da Região Norte do Estado do Rio de Janeiro, por

Canellas et al. (2002a) e Canellas et al. (2002b), que observaram valores de

acidez total entre 1030 e 1627 cmol

-1

em AHs, sugerindo baixo grau de

evolução dos AHs nesses solos tropicais mais intemperizados. A presença de

material humificado com acidez elevada tem um aspecto importante nos

ecossistemas tropicais. A ciclagem de nutrientes ocorre basicamente na camada

de serrapilheira, de onde a flora e microrganismos retiram os íons necessários

para o seu crescimento. A presença de grande quantidade de moles de H+,

capazes de realizar reações de troca, funciona como uma rede protetora contra a

perda de íons por lixiviação e, principalmente, para atenuar através da

complexação os efeitos deletérios provocados pela presença da quantidade

elevada de Al

trocável (Quadro 4).

A maior parte da acidez total foi devido à contribuição da acidez fenólica,

que foi evidenciada pelas elevadas razões entre acidez fenólica e carboxílica

(OH/COOH), variando entre 3,3 e 6,9. De acordo com Rossel et al. (1989),

ocorrem diminuição no conteúdo de grupos OH fenólicos e um aumento no

conteúdo de COOH com a humificação do solo, indicando a presença de material

húmico pouco evoluído. A predominância de grupamentos fenólicos na acidez

total indica a presença de um material menos ácido, já que OH fenólico é um

ácido muito fraco com capacidade de se dissociar em valores de pH entre 9 e 10.

Se por um lado a sua presença em maioria diminui a probabilidade de formação

de complexos estáveis com íons metálicos, por outro a matéria orgânica com esta

característica apresenta pouca capacidade para atacar minerais através de

reações de hidrólise ácida e, conseqüentemente, baixa capacidade de liberar íons

de forma não trocável para a solução do solo. Esse fenômeno torna a matéria

orgânica menos agressiva à fração mineral do solo.

Considerando-se a cobertura vegetal, os AHs isolados na área de mata

alagada apresentaram a maior acidez total (1580 cmol

-1

), atribuída, pelo

menos em parte, às condições hidromórficas dessa área, que, nos períodos de

abaixamento do lençol freático, favorecem a presença de compostos fenólicos

solúveis nos AHs, conforme observado em solos Glei por Manzatto (1990),

contribuindo para produção de mais radicais ácidos. Nas outras áreas, os valores

de acidez foram muito próximos, indicando que a reatividade da matéria orgânica

depende mais das condições de humificação do que da qualidade da serrapilheira

ou do material precursor dos AHs.

Quadro 7- Valores médios (± erro padrão) encontrados para acidez total,

carboxílica e fenólica; razão E

e área do espectro de fluorescência

de emissão com excitação em 465 nm (A

465

) dos AHs extraídos de um

Gleissolo sob mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B);

e Argissolo sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18

anos (C, D e E), em duas profundidades

AH Acidez total Acidez

COOH

Acidez OH-

fenólica

Razão

OH/COOH

465

---------------------cmol

-1

-------------------- u. a. f.

0 - 0,10 m

1580 ± 80 270 ± 20

1310 4,8 5,8 11240

1000 ± 10 161 ± 7

839 5,2 5,0 10170

1105 ± 75 227 ± 1

878 3,8 4,3 4800

970 ±110 177 ± 13

792 4,5 6,0 1200

1025 ± 65 237 ± 1

788 3,3 6,2 4.600

0,10-0,20 m

1040 ± 60 233 ± 23

807 3,5 3,2 1240

875 ± 15 136 ± 6

738 3,5 6,1 1176

1075 ± 65 164 ± 17

911 5,5 5,3 888

965 ± 55 122 ± 19

843 6,9 6,0 1165

1010 ± 50 165 ± 11

845 5,1 4,1 605

Análises espectroscópicas

A razão E

obtida através da espectroscopia na região ultravioleta-

visível (UV-visível), é amplamente utilizada para avaliar o grau de humificação das

SHs, apesar de algumas controvérsias. Kononova (1982) postulou uma relação

inversa entre o grau de condensação da matéria orgânica humificada (i.e.

presença de anéis aromáticos) e o valor da razão E

. No entanto, estudos

posteriores indicaram que essa razão está mais intimamente relacionada ao

tamanho/massa da partícula do que à presença de anéis aromáticos, devido à

dissipação da luz na solução diluída de macromoléculas (Chen et al., 1977).

Os menores valores dessa razão foram observados para a área de

eucalipto com 14 anos (4,3) na camada 0 - 0,10 m, para a mata alagada (3,2) e

área de eucalipto com 18 anos (4,1), na camada de 0,10 - 0,20 m do solo (Quadro

7). Esses valores não apresentaram uma relação com o aumento da

profundidade, pois a razão E

aumentou nos AHs isolados nas áreas B e C e

diminuiu nas áreas A e E, permanecendo constante na área D. A razão E

não

apresentou nenhuma correlação significativa com os conteúdos de O, C, COOH e

acidez total, diferentemente ao que foi estipulado por Chen et al. (1977),

indicando, assim, que essa razão está mais relacionada ao tamanho das

partículas dos AHs do que com sua reatividade. Klinca e Lowe (1979), analisando

AHs de diferentes ecossistemas florestais, observaram que a propriedade ótica

, sozinha, não distinguiu as diferentes coberturas vegetais estudadas. No

entanto, essa propriedade teve correlação positiva com as condições edáficas tais

como pH, relação C/N do solo e conteúdo de K, o que não foi obtido no presente

trabalho.

Bravard e Righi (1991) encontraram valores elevados da razão E

(8,2

– 9,2) para Latossolos do Amazonas, enquanto Canellas et al. (2002b)

observaram valores que variaram entre 2,6 e 3,4 para Argissolos sob plantios de

eucaliptos e cana-de-açúcar, no Rio de Janeiro. Essa faixa ampla de valores para

a razão E

foi obtida em ambientes completamente diferentes. Originalmente, a

razão E

foi usada para distinção de SHs provenientes de diferentes tipos de

solo, com condições ecológicas de formação bastante diferenciadas, sendo

empregada com bastante sucesso (Kononova, 1982). No entanto, para a distinção

de AHs originados de condições edáficas bastante semelhantes, o uso da razão

pode não ser efetivo, como o observado neste estudo.

A fluorescência de um composto depende de sua estrutura molecular e

está quase sempre associada ao sistema eletrônico π. Sua intensidade é alterada

por substituintes, ou seja, grupos doadores de elétrons que aumentam a eficácia

da fluorescência ou retiradores de elétrons que a reduzem (Sierra e Giovanela,

1995). Bayer et al. (2002); Millori et al. (2002) e Pérez et al. (2004) mostraram que

a intensidade de emissão de fluorescência de AHs com excitação na luz azul (430

nm) pode estar diretamente relacionada com a condensação, revelando-se um

indicador do grau de humificação.

As análises da espectroscopia de fluorescência demonstraram maior

absorção dos AHs dos solos de mata alagada (A) e mata de morrote (B) em

relação às áreas de eucalipto (Quadro 7). Isso foi observado para as duas

profundidades analisadas, sendo que a intensidade de fluorescência diminuiu

consideravelmente na camada 0,10 - 0,20 m do solo. De acordo com Pérez et al.

(2004), a elevada intensidade de fluorescência está diretamente relacionada com

o aumento do grau de aromaticidade e da concentração de radicais livres do tipo

semiquinonas, que, por sua vez, indicam maior grau de humificação. Isso pode

ser atribuído aos grupos fenólicos formados durante o processo de degradação

da matéria orgânica (Zech et al., 1997), que são oxidados durante o processo de

humificação produzindo estrutura do tipo quinona, que é precessora de radicais

livres do tipo semiquinonas.

A mata alagada apresentou maior conteúdo de C; menores reações de

oxidação segundo o diagrama de Van Krevelen; e maior acidez total na camada

de 0 - 0,10 m, que normalmente é obtida com o processo de humificação do solo.

No entanto, os demais parâmetros empregados neste estudo para caracterizar os

AHs não apresentaram diferenças marcantes nos AHs isolados das matas e das

áreas de eucalipto. É possível indicar então que, para ambientes similares, a

técnica de fluorescência apresenta sensibilidade suficiente para discriminar os

efeitos da serrapilheira nas características eletrônicas do material humificado. De

acordo com Sierra e Giovanela (1995), Skoog (2002) e Chen et al. (2003), as

propriedades de fluorescência das SHs são dependentes de diversos fatores,

como sua origem, massa molar, concentração, pH, força iônica, temperatura,

potencial redox do meio, grau de conjugação e efeitos de substituintes. Além

disso, a interação com íons metais reduz a intensidade de fluorescência (Ghosh e

Schnizer, 1981). Nesse contexto, é importante considerar que as áreas de

eucalipto apresentam um maior percentual de argila que as áreas de mata

(Quadro 4) que, juntamente com os hidróxidos de ferro, podem formar complexos

afetando as interações hidrofóbicas. Tais interações são responsáveis pelo

arranjamento das SHs (Picollo, 2002). Assim, interações mais fracas permitem

maior solubilidade dos AHs.

Nesse contexto, foi observado menor conteúdo de cinzas nos AHs

isolados nas áreas de mata (Quadro 5) proporcionando maior disponibilidade

desse material em solução, o que afeta o metabolismo e o crescimento das

plantas, considerando que AHs exercem efeito direto de estimulação de plantas

(Canellas et al. 2002b). O efeito dos AHs está relacionado ao favorecimento da

nutrição celular através da indução da síntese de enzimas H

-ATPases de

membrana plasmática. Essa enzima gera o gradiente eletroquímico necessário

para a energização do transporte de água e nutrientes para a célula, favorecendo

o crescimento radicular (Canellas et al., 2002b).

A espectroscopia de infravermelho (IV) permite distinguir as vibrações

moleculares de diversos grupos funcionais (Silverstein e Webster, 2000), o que

viabiliza a análise qualitativa dos grupos reativos de compostos húmicos. Além

disso, a região compreendida entre 1400 cm

-1

e 900 cm

-1

é conhecida como

região de impressão digital de uma substância orgânica, i.e., compostos

orgânicos iguais apresentam mesma absorção e, conseqüentemente, compostos

orgânicos distintos apresentam absorções distintas nessa região. Essa

propriedade da espectroscopia de IV é muito útil para diferenciação de

compostos.

Nas Figuras 16 e 17 estão apresentados os espectros, na região do IV,

dos AHs extraídos dos solos de áreas de mata nativa e de plantios de eucalipto

abandonados. As possíveis atribuições das bandas de absorção (Quadro 8 e 9)

foram realizadas com base nos trabalhos de Kononova (1982), Bloom e Leenheer

(1989), Stevenson (1994), Rivero et al. (1998), Ceretta et al. (1999), Canellas

(1999), Silverstein e Webster (2000). Canellas et al. (2002b), Senesi et al. (2003)

e Dick et al. (2003).

Em todos os espectros aparecem bandas de absorção bem definidas na

região de 3694 cm

-1

(área A) e 3698 cm

-1

(áreas D e E), na menor profundidade

do solo, e em 3694 cm

-1

(área B) e 3698 cm

-1

(áreas C e E), na camada 0,10 -

0,20 m do solo, que podem ser atribuídas a vibração de estiramento da ligação de

grupos OH e NH livres. Na região de 3378 a 3400cm

-1

, foram observadas bandas

de absorção alargadas nos AHs, exceto para as áreas B e D, na profundidade 0 -

0,10 m. Essa região é característica da absorção da vibração de estiramento de

grupos OH em pontes de H inter e intramoleculares. O tamanho do alargamento

da absorção tem correspondência com a força da interação H, uma vez que,

quanto mais forte a ponte de H, mais energia é necessária para estirar as ligações

proporcionando o alargamento da absorção. As bandas de absorção na região de

3133 a 3155 cm

-1

podem ser atribuídas à presença de C-H aromáticos e ciclos

alcanos. Essa absorção está nos AHs da mata alagada (A) e diminui com a

profundidade do solo. Em todos os espectros, foram observadas absorções na

faixa de 2918 a 2930 cm

-1

, atribuídas normalmente à presença de grupos metilas

(estiramento C-H de grupos CH

), o que confirma a presença de estruturas

alifáticas observadas pela elevada relação H/C (Quadro 6).

Na região de 1700 cm

-1

característica da absorção de carbonilas de

cetonas, foram observadas bandas de absorção em 1706 cm

-1

para AHs da

superfície da área A e da maior profundidade da área C; em 1709 cm

-1

para AHs

da área E (0,10 - 0,20 m) e, em 1711 cm

-1

para área C (0,10 - 0,20 m), que

correspondem a C=O de cetonas e grupos COOH. Esses sinais de absorção são

mais evidentes nos AHs da área de eucalipto C.

As bandas de absorção atribuídas à presença de grupamentos fenólicos

normalmente são observadas na região entre 1290-1350 cm

-1

. Foram observadas

bandas de absorção nos AHs isolados da camada superficial em 1393 cm

-1

área A e B; em 1383 cm

-1

na área D e em 1391 cm

-1

nas áreas C e E. Com a

profundidade, apenas a área A (1400 cm

-1

) se diferenciou das demais áreas.

Essas absorções são mais fortes que as atribuídas aos grupamentos COOH

(1239-1254 cm

-1

), que apresentaram absorção na mesma região para os AHs das

matas, apenas na profundidade 0 - 0,10 m (1393 cm

-1

). Isso confirma a elevada

acidez fenólica observada nas análises dos grupamentos funcionais dos AHs

(Quadro 7).

As absorções nas regiões de 1028 cm

-1

(área A); 1033 cm

-1

(áreas B e E);

1036 cm

-1

(área D) e 1041 cm

-1

(área C) são referentes à presença de

polissacarídeos nos AHs da camada 0 - 0,10 m do solo e são menos intensas na

área C, que possui menor teor de N na composição elementar. As bandas de

absorção foram mais fortes nos AHs extraídos da camada superficial, onde há

maior adição de resíduos e maior atividade biológica. Segundo Garcès (1987),

absorção próxima a 1100 cm

-1

é atribuída à presença de grupos COO

ligados a

cátions metálicos. A presença de um conteúdo elevado de cinza (Quadro 6)

sugere a presença de material inorgânico persistente, mesmo após a purificação

dos AHs, como já observado por Canellas (1999) analisando a capacidade de

adsorção de íons metálicos das SHs.

Para a região de absorção correspondente à de formação de CH

aromático (811-935 cm

-1

), as absorções foram distintas entre os diferentes tipos

de AHs. O mesmo foi observado para as absorções na região de 515 a 539 cm

-1

A região de 1420 a 910 cm

-1

, conhecida como impressão digital,

corresponde à faixa de absorção dos grupamentos funcionais pouco afetados

pelo restante da molécula, sendo, portanto, uma região característica de cada

espectro de AH. Os AHs extraídos dos solos apresentaram diferenças na região e

na intensidade das bandas de absorção. Os espectros de IV mostraram a

presença de estruturas aromáticas e alifáticas, amidas, COOH, OH fenólico, além

de carboidratos nesses AHs. Esses dados demonstraram AHs com funcionalidade

similar, mas com absorções específicas na região de impressão digital, indicando

que há um efeito do tipo de solo e da vegetação de cobertura na assinatura

química dos AHs mas não na sua reatividade geral.

Quadro 8- Possíveis atribuições das bandas de absorção (cm

-1

) encontradas nos

espectros de IV de AHs extraídos de um Gleissolo sob mata alagada

(A); Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo sob plantios

abandonados de eucaliptos com 14,16 e 18 anos (C, D e E), na

profundidade 0 - 0,10 m.

A B C D E Possíveis atribuições

---------------------------- cm

-1

----------------------------

3696(m) - - 3698(m) 3698(m)

δ OH e NH livres

3378(al) - 3400(f) - 3393(al)

ν OH e NH em ligação inter e

intramolecular

- 3143(al) 3155(al) 3150(al) 3133(al)

δ CH aromático e CH

e CH de

ciclo alcanos

2923(F) 2928(f) 2923(f) 2920(f) 2923(f)

ν CH

/CH

alifático

2844(f) 2839(f) 2840(f) 2839(f) -

ν CH

/CH

alifático

1706(f) - 1711(f) - -

ν C=O de CO

H e cetonas

1621(F) 1621(F) 1613(F) 1623(F) 1623(F)

ν C=O amida I, quinonas

1542(f) 1538(f) - - -

δ NH e amidaII

1393(F) 1393(F) 1391(F) 1383(F) 1391(F)

δ OH e ν C-O de OH fenólico,

δ C-H de CH

e CH

e ν COO

1246(F) 1246(m) 1254(m) 1239(m) 1244(m)

ν C-O e δ OH de COOH, ν C-

O de aril-éteres, ésteres

1097(f) - - 1092(f) 1095(f)

ν C-O de polissacarídeos

1028(F) 1033(m) 1041(f) 1036(F) 1033((F)

ν C-O de polissacarídeos

923(m) 926((m) 935(F) 916(F) 935(F)

δ CH aromático

813m) 813(F) 818(F) 811(F) 813(F)

δ CH aromático

676(f) - 671(f) - -

δ CH aromático

529(f) - 515(f) 537(f) 522(f)

ν C=C aromático

ν=estiramento; δ=deformação; al=alargada; f=fraco; m=médio; F=forte

Quadro 9- Possíveis atribuições das bandas de absorção (cm

-1

) encontradas nos

espectros de IV de AHs extraídos de um Gleissolo sob mata alagada

(A); Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo sob plantios

abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e E), na

profundidade 0,10 - 0,20 m.

A B C D E Possíveis atribuições

---------------------------cm

-1

----------------------------

- 3694(f) 3698(m) - 3698(F)

δ OH e NH livres

- - - - 3620F)

δ OH

3395(al) 3400(al) 3390(al) 3400(al) 3390(al)

ν OH e NH em ligação inter e

intramolecular

- 3145(al) 3114(F) 3143(al) 3153(al)

δ CH aromático e CH

e CH de

ciclo alcanos

2920(F) 2923(f) 2918(f) 2930(f) 2918(f)

ν CH

/CH

alifático

2842(f) - - - -

ν CH

/CH

alifático

- - 1706(f) - 1709(f)

ν C=O de CO

H e cetonas

1628(m) 1621(F) 1621(F) 1623(F)

ν C=O amida I, quinonas

1564(f) - 1596(F) - -

δ NH e amidaII

1400(m) 1393(F) 1393(m) 1393(m) 1393(m)

δ OH e ν C-O de OH fenólico,

δ C-H de CH

e CH

e ν COO

1239(m) 1246(m) 1246(m) 1246(m) -

ν C-O e δ OH de COOH, ν C-

O de aril-éteres, ésteres

1033(f) 1033(f) 1033(f) 1041(f) 1033(m)

ν C-O de polissacarídeos

923(f) 928(F) 933(F) 933(F) 926(m)

δ CH aromático

813(m) 811(m) 820(m) 813(m) 811(m)

δ CH aromático

674(f) - - - 674(f)

δ CH aromático

522(f) 524(al) 539(f) 539(f) 529(al)

ν C=C aromático

ν=estiramento; δ=deformação; al=alargada; f=fraco; m=médio; F=forte.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

NÚMERO DE ONDAS (cm

-1

)

Figura 16- Espectros de infravermelho de AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e

E), na profundidade 0 - 0,10 m.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

NÚMERO DE ONDAS (cm

-1

)

Figura 17- Espectros de infravermelho de AHs extraídos de um Gleissolo sob

mata alagada (A); Cambissolo sob mata de morrote (B); e Argissolo

sob plantios abandonados de eucaliptos com 14, 16 e 18 anos (C, D e

E), na profundidade 0,10 - 0,20 m.

Regeneração de espécies nativas e MOS

A vegetação de determinada área é composta pelas espécies ali presentes,

em que a regeneração destes indivíduos compõe sua dinâmica e seu futuro

paisagístico e funcional. As medidas mais comumente utilizadas nas avaliações

de áreas em processo de restauração estão relacionadas com a composição do

estrato arbóreo e do sub-bosque, sendo este último avaliado pela densidade e

número de espécies estabelecidas através da regeneração natural, além da

densidade e número de espécies de outras formas de vida, como as gramíneas,

lianas, entre outras (Fang e Peng, 1997). A regeneração das espécies em uma

determinada área pode refletir as condições futuras desse ambiente.

Os valores de densidade e riqueza de plântulas das áreas amostradas

estão apresentados no Quadro 10. As áreas de mata demonstraram uma

densidade de indivíduos bem superior à que áreas de eucaliptos. Em relação aos

fragmentos de mata, a mata de morrote (B) apresentou maior densidade que a

mata alagada (A). No entanto, o critério de inclusão para a amostragem de

regeneração, utilizado por Rodrigues (2004) na área B, considera como plântulas

indivíduos até 1 m de altura. Isto faz com que essa comparação seja realizada

com as devidas ressalvas, como uma forma de auxiliar na interpretação dos

resultados.

Dentre os plantios de eucalipto, a área C apresentou menor densidade de

indivíduos e riqueza de morfo-espécies (840 ind. ha

-1

). A dominância de

gramíneas, nessa área, como observado por Vilella et al. (2001b), pode ter

dificultado o estabelecimento das plântulas. De acordo com as observações de

Carneiro (2002), as gramíneas podem constituir uma barreira física para o

recrutamento de novas espécies na área.

Em geral, a densidade de indivíduos e a riqueza de morfo-espécies foram

muito baixas para os plantios de eucalipto em relação às matas. Assim, é

importante considerar alguns fatores que afetam no processo de regeneração de

espécies, tais como disponibilidade de luz (Souza, 2000), o grau de isolamento

em relação às fontes de propágulos, i.e., da floresta nativa (Loumeto e Huttel,

1997); a atratividade à fauna dispersora (Parrota et al., 1997; Geldenhuys, 1997);

a drenagem, a disponibilidade de nutrientes do solo, a temperatura (alterada pelo

índice de radiação) e a idade do plantio (Geldenhuys, 1997), entre outros. Nesse

contexto, é necessário considerar a atuação dos diferentes fatores e suas

interações na formação do ecossistema.

Em relação às variáveis do solo, essas, apesar das diferentes classes de

solos, demonstraram situações de baixa fertilidade semelhantes para todas as

áreas amostradas, sendo que os solos das áreas C e E obtiveram menor acidez e

maior saturação de Al (m), na menor profundidade. No entanto, não há uma

relação direta entre o pH e “m” com a densidade de plântulas, apresentando

coeficiente de determinação sempre inferiores a 0,45.

A distribuição das frações humificadas da MOS apresentou poucas

diferenças entre as áreas, o que desvincula o efeito direto desse fator na

regeneração das espécies nativas. Para as diferenças observadas nas análises

químicas do material humificado, como os AHs menos oxidados e com maior

acidez total na mata alagada, e o menor teor de N na área C, também não são

constatadas relações (r

sempre menores que 0,1). Entretanto, uma baixa

concentração de N foi obtida na serrapilheira dessa mesma área segundo os

estudos de Villela et al. (2001b), de forma que isso pode ter refletido no baixo teor

de N do material. De acordo com as avaliações de Geldenhuys (1997), sobre

plantios de pinus e eucalipto no Sul da África, a menor disponibilidade de

nutrientes pode dificultar a regeneração de espécies nativas.

A maior intensidade de fluorescência observada nos AHs das áreas de

mata, que pode estar relacionada às ligações hidrofóbicas mais fracas dessa

fração húmica e, conseqüentemente, à sua maior solubilidade, resultou em uma

relação significativa com a densidade das plântulas (r

=0.72). Dessa forma, a

baixa densidade de plântulas, nas áreas de eucalipto, pode estar sendo

influenciada pela menor disponibilidade do material húmico em solução.

Segundo Lisanework e Michelsen (1994), Ndaw (2003) e Froufe (2003),

alta concentração de lignina (substâncias mais resistentes à decomposição) em

folhas de eucalipto pode dificultar a liberação de nutrientes para a regeneração da

vegetação. No entanto, diversos estudos têm constatado a regeneração natural

de espécies nativas sob plantios de eucalipto de diferentes espécies (Silva Júnior

et al., 1995; Parrota, 1999; Lisanework e Michelsen, 1994).

Loumeto e Huttel (1997) consideraram as florestas plantadas de

Eucalyptus, Pinus e Acacia como catalisadoras da regeneração e,

conseqüentemente, da recuperação da biodiversidade da floresta natural do

Congo. Esse processo de regeneração também foi bem sucedido sob plantios de

Eucalyptus robusta, Casuarina equisetifolia e Leucaena leucocephala (Parrota,

1999).

Carneiro (2002) observou intenso processo de sucessão secundária no

sub-bosque de plantios de Eucalyptus grandis em Itatinga, SP. Essa mesma

espécie favoreceu o estabelecimento de comunidades jovens características de

estádio avançado de sucessão, na Mata Atlântica, Sul do Brasil (Silva Junior et

al., 1995). Estes mesmos autores destacam o potencial dos plantios de

Eucalyptus na recuperação de áreas degradadas.

Quadro 10- Densidade (± erro padrão) e riqueza das plântulas sob fragmentos de

mata alagada (A) mata de morrote (B) e plantios abandonados de

eucalipto com 14, 16 e 18 anos (C, D e E ), respectivamente

Área amostrada Densidade (ind ha

-1

)

Riqueza (morfo-

espécies)

A (62,5 m

)

33440 ± 4605 b

116

B (80 m

)

57000 ± 6074 a

C (250 m

)

840 ± 444 c

D (250 m

)

2360 ± 519 c

E (250 m

)

1440 ± 483 c

CV (%) 41 -

54 -

Médias nas colunas seguidas por letras diferentes são diferentes pelo teste de Tukey (P<0,05).

Esses resultados expressam que outros fatores, além das características

do solo, são preponderantes no processo de regeneração das áreas amostradas.

Assim, é importante considerar que a funcionalidade de um ecossistema é

formada pela correlação de um conjunto de fatores (Swift e Anderson, 1993) e

que a modificação de algum deles pode implicar grandes alterações no ambiente.

Nesse contexto, destaca-se a maior intensidade de luz e a menor

umidade observada nas áreas de plantios em comparação à área de mata nativa,

em especial, no plantio C, que também apresentou uma pequena elevação na

temperatura (Ribeiro, 2004). Isto pode ser atribuído à uma menor cobertura do

dossel, de forma que um maior sombreamento propiciado pelo dossel pode agir

no micro-clima do sub-bosque (Loumeto e Huttel, 1997). Um outro fator a ser

melhor investigado é a alelopatia, que influencia diretamente na germinação e

sobrevivência das espécies. Análises realizadas com o extrato de Corymbia

citriodora demonstraram inibição na germinação de sementes e no crescimento

do epicótilo de alface, grama e outros vegetais (Nishimura et al., 1984).

Além disso, outros fatores necessitam ser avaliados, tais como alterações

na ciclagem de nutrientes (Didham, 1998); acúmulo de serrapilheira, que pode

dificultar a germinação (Bruna, 1999) e a sobrevivência das plântulas; visita de

animais dispersores (zoocoria), que pode estar sendo repelida pelas condições

mais perturbadas das áreas de plantios, além do odor exalado pela espécie C.

citriodora, que pode afetar e dispersar alguns membros da fauna. Além disso, a

proximidade das matas nativas possibilita uma maior “chuva” de sementes no

local (Silva Junior et al., 1995).

Nesse contexto, a variável solo e as características da matéria orgânica

não são determinantes na riqueza e regeneração das espécies sob plantios de

eucalipto. Assim, o sucesso da recomposição da mata nativa parece depender da

compreensão sobre o funcionamento do ecossistema e de sua aplicabilidade de

forma eficiente, em uma intervenção antrópica.

5. RESUMO E CONCLUSÕES

O objetivo deste trabalho foi avaliar a distribuição da matéria orgânica

humificada do solo através do fracionamento químico e também a natureza

química de AHs através de métodos químicos e espectroscópicos. Além disso,

estudou-se uma possível relação entre a qualidade da matéria orgânica

humificada e a regeneração de espécies nativas. Foram realizadas amostras

compostas de solo em duas profundidades (0 - 0,10 m e 0,10 - 0,20 m). Os solos

da reserva apresentaram fertilidade natural muito baixa, indicada, pela baixa CTC

(< 6 cmol

-1

), pH ácido (<5,5) e elevado conteúdo de Al (entorno de

2 cmol

-1

), condições estas limitantes para o processo de humificação. As SHs

representaram, portanto, menos de 50% do carbono prontamente oxidável,

indicando que a serrapilheira tem o papel central na nutrição das plantas e

microrganismos. A distribuição relativa das frações que compõem a matéria

orgânica humificada não foi alterada pela cobertura vegetal e nem pela classe de

solo. Os AHs apresentaram natureza química semelhante à normalmente

encontrada para os AFs, tais como baixo conteúdo de carbono, razões H/C e O/C

elevadas e acidez elevada, caracterizando material humificado pouco

condensado. Porém, foi possível observar, através dos métodos

espectroscópicos, diferenças entre os AHs . A análise de infravermelho permitiu

identificar diferenças na estrutura dessa fração húmica, apesar da funcionalidade

similar indicando a presença de efeito do tipo de solo e da cobertura de vegetação

na assinatura química dos ácidos húmicos. O material humificado isolado da Mata

Atlântica apresentou maior intensidade de fluorescência, possivelmente, devido à

presença de ligações hidrofóbicas mais fracas, sugerindo maior labilidade e

capacidade de ceder elétrons para reações químicas do solo que permitem maior

solubilidade dessa fração húmica. Esses dados expressaram uma relação positiva

com a densidade de espécies nativas, o que pode ser reflexo do favorecimento

dos AHs no crescimento das plântulas, nas áreas de matas.

As diferenças discretas na qualidade da MOS e a baixa fertilidade natural

dos solos estudados indicam que outros fatores ambientais devem estar

influenciando para a baixa regeneração de espécies nativas nas áreas de

eucalipto que, por isso, necessitam ser avaliados. Nesse contexto, é importante

considerar que o sucesso da recomposição da mata nativa depende da

compreensão do funcionamento do ecossistema e de sua aplicabilidade de forma

eficiente, em uma intervenção antrópica.

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