USO DE ROCHAS REGIONAIS NO MANEJO DA FERTILIDADE DE SOLOS AGRÍCOLAS. Eder de Souza Martins

(1)

Eder de Souza Martins

eder.martins@embrapa.br

USO DE ROCHAS REGIONAIS NO MANEJO DA

FERTILIDADE DE SOLOS AGRÍCOLAS

(2)

Equipe

Embrapa Cerrados

Eder de Souza Martins, Dr., Pesquisador, Agrogeologia

João de Deus Gomes dos Santos, Dr., Pesquisador, Fertilidade do Solo Robelio Leandro Marchão, Dr., Pesquisador, Recuperação de Pastagens Sebastião Pedro da Silva Neto, Dr., Pesquisador, Melhoramento de Soja João Paulo Guimarães Soares, Dr., Pesquisador, Sistemas orgânicos André Ferreira Pereira, Dr., Pesquisador, Melhoramento de Soja José Carlos Sousa Silva, Dr., Pesquisador, Fisiologia de raízes

Bolsistas

Maria Inês Lopes de Oliveira, Dra., Biologia do Solo Mariana Bassetto Gabos Goulart, Dra., Química do Solo Luiz Fernando do Santos, Químico, Química do Solo Douglas Rodrigues Mendes, graduando Química

(3)

Tropical

Temperado

(4)

CINTURÕES FÉRTEIS

Alta resiliência Alta performance

(5)

CINTURÕES TROPICAIS

Média a alta resiliência Baixa a média performance

(6)

Qual é a origem desta organização

espacial entre os climas tropical e

temperado?

(7)

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 MnO Latossolo (Brazil)1 39,18 33,10 7,52 0,02 <0,01 <0,01 0,01 2,27 0,02 <0,01 Kansas (EUA)2 79,90 10,70 2,29 0,88 1,23 1,68 2,62 0,71 na 0,04 Nanking (China)2 72,80 15,40 4,31 1,59 0,95 1,28 2,21 0,78 na 0,12 Kaiserstuhl (Ukraine)2 59,90 7,78 2,90 3,45 23,11 0,84 1,27 0,32 na 0,07 Switzerland3 71,00 13,87 1,93 0,36 1,23 3,93 3,84 0,32 na 0,04 Cu Zn Ni Pb Latossolo (Brazil)1 14,0 7,0 4,3 39,9 Kansas (EUA)2 10,0 44,0 11,0 11,0 Nanking (China)2 30,0 78,0 34,0 12,0 Kaiserstuhl (Ukraine)2 13,0 35,0 23,0 12,0

Composição química total de elementos maiores de solos representativos

Composição química total de elementos traços de solos representativos

Fontes: 1. Embrapa (Eder Martins); 2. Taylor et al. 1983. Geochemistry of loess 3. Egli et al. 2001. Weathering of soils on glacial deposits.

106_-107_anos

103_-104_anos

Solo tropical antigo

vs.

Solo temperado jovem

(8)

LATOSSOLO – solo tropical • Intemperismo profundo

• Minerais formadores – óxidos e hidróxidos de Al e Fe, caulinita

• Ácido e com elevado Al trocável

• Elevada densidade de carga positiva permanente

• Baixa CTC (matéria orgânica)

• Elevada CTA (óxidos e hidróxidos)

(9)

MOLLISOL – solo temperado • Baixo intemperismo

• Minerais formadores – argilominerais 2:1

• Solos com pH neutro a levemente alcalino

• Elevada densidade de carga negative permanente

• Elevada CTC (matéria orgânica e argilominerais 2:1)

• Nenhuma CTA

http://en.wikipedia.org/wiki/Mollisol#mediaviewer/File:Mollisol.jpg

(10)

Tropical Temperado SiO₄-4_{, PO} 43-, SO42-, NO4-

Ânions:

SO₄ 2-PO₄ 3-argilominerais

2:1

argilominerais

1:1

Óxihidróxidos Fe e Al

O Problema

(11)

Fonte: Rockström et al. (2009) A safe

operating space for humanity. Nature, 461: 472-475

Limites dos recursos naturais

O Problema

Manejo da

(12)

Teoria da Rochagem

Uso de Agrominerais Silicáticos como:

1. Fontes de cargas permanentes para o manejo sustentável da

fertilidade do solo

(13)

INTEMPERISMO

erosão deposição diagênese metamorfismo geração de magma ROCHAS PLUTÔNICAS ROCHAS VULCÂNICAS soerguimento ROCHAS SEDIMENTARES ROCHAS METAMÓRFICAS

SOLOS AGRÍCOLAS

Conceito de Rochagem

(14)

Definição

AGROMINERAL SILICÁTICO

Agromineral derivado de minerais silicáticos

para aplicação como condicionador de solo

(15)

Rochagem:

Fontes

(16)

Rochagem – Condicionadores de Solo

 Calcário – CO₄2-_{, Ca}2+_{e Mg}2+  Gesso – SO₄2-_{e Ca}2+_(Mg2+_{, K}+₎  Silicato – H₃SiO₄-_{e Ca}2+_(Mg2+₎  Aluminossilicato - H₃SiO₄-_{e Ca}2+_{, Mg}2+_{, K} Dissolução congruente Dissolução total Dissolução incongruente

Dissolução parcial de H₃SiO₄-_{e Ca}2+_{, Mg}2+_{, K}+_{; formação de argilominerais 2:1;}

Alta CTC e elevada carga negativa

Dissolução incongruente Dissolução parcial Agrom iner al Sili cátic o Dissolução congruente

(17)

Óxidos (% massa) SiO₂ 61,5 Al₂O₃ 15,1 Fe₂O₃ 6,28 K₂O 2,4 Na₂O 3,2 CaO 5,5 MgO 3,7 P₂O₅ 0,18 MnO 0,10 TiO₂ 0,68 Total 98,64

Composição dos elementos maiores da crosta terrestre (Wedepohl, 1995).

Química Total

(18)

Química Total

(19)

Química Total

(20)

Composição mineralógica das rochas

Processos de Intemperismo

West e Dumbleton 1979 Mineralogy of tropical weathering. J. Eng. Geol., 3: 25-40.

(21)

(22)

Estabilidade dos Minerais

(23)

(24)

Sedimentares Químicas Sedimentares Bioquímicas

Ígneo ou Metamórfico

Metamórfico

Sedimentar Clástico ou Pedogenético Pedogenético 10-7 10-7 100 101 102 103 103 104 104 104 104 105 105 106 106 106 106 106 107 Silvita KCl Gipsita CaSO4.2H2O Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2 Anortita CaAl2Si2O8 Forsterita Mg2SiO4 Diopsídio CaMgSi2O6 Enstatita Mg2Si2O6

Biotita KMg3AlSi3O10(OH,F)2

Bitownita (Ca,Na)(Si,Al)4O8

Andesina (Na,Ca)(Si,Al)4O8

Sanidina (K,Na)(Si,Al)4O8

Albita NaAlSi3O8

Microclínio KAlSi3O8

Muscovita KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

Cianita Al2SiO5

Caulinita Al2Si2O5(OH)4

Gibbsita Al(OH)3

Quartzo SiO2 Residual

TAXA DE DISSOLUÇÃO (anos) MINERAL _ORIGEM K Ca Fe > Fa ci lid ad e d e in te m p e ri smo ELEMENTOS Na Mg Si Al

(25)

Descoberta de macro e micronutrientes (Malavolta, 2008).

Química Total

(26)

Relação entre elementos químicos e doenças (Malavolta, 2008).

Química Total

(27)

(28)

+ K

Vermiculita

Biotita

+Si +Mg +Fe

Processos de (bio)intemperismo

Fonte: Bonneville et al

(2011) Tree-mycorrhiza Symbiosis accelerate mineral weathering. Geoch.

Cosmoch. Acta, 75:6988-7005

(29)

Dissolução Total Dissolução Parcial + Formação de Argila

Processos de Condicionamento de Solos

+ K Vermiculita

Biotita +Si +Mg +Fe Ca2+_{+ CO}

32-

(30)

Condicionador de Solos

• Aumento de CTC pela formação de minerais 2:1

• Aumenta o pH do solo

• Diminui o Al trocável

• Melhora a eficiência do aproveitamento de nutrientes

• Diminui a perda de nutrientes

• Estimula a atividade biológica nos solos e nas raízes

Fertilizante

• Fornecedor de K, Si, Ca, Mg, Fe, Mn, micronutrientes

(31)

Estudo inicial de biointemperismo

Biointemperismo de rizosfera de milho sobre mica xisto

M1 = Areia + milho

M2 = Areia + 90g de biotita xisto + milho M3 = Areia + 90g de biotita xisto + milho

T1 = Areia + 90g de biotita xisto (Testemunha)

M1 e M2 foram replantadas 6 vezes, deu em torno de 60 a 65 dias. M3 ficou 45 dias com planta

T1 ficou 45 dias

BX = biotita xisto

(32)

Estudo inicial de biointemperismo

Difratograma do substrato formado principalmente por quartzo

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30 40 50 Counts 2500 10000 M1 Peak List 98-004-0799; Quartz low Fsp M1 – Areia + milho

Mineralogia: Qzo + Mica (traço) + Feld K (traço)

(33)

Difratograma do biotita xisto

10 20 30 40 50 Counts 0 2500 10000 BX Peak List 98-004-0799; Quartz low 98-011-4026; Biotite 1M 98-003-8741; Phengite 3T 98-004-8942; Clinochlore 1MIa 98-006-1785; Albite low Chl 14 Å Mca 10,1 Å Mca 9,9 Å Qtz Ab BX – Biotita Xisto Mineralogia:

Qzo + Biotita + Muscovita + Clorita + Albita

Mca

5 Å

Chl

7Å

(34)

Difratograma idêntico ao original sem a ação da rizosfera do milho

0 2500 10000 Counts

10 20 30 40 50 B1 T1 Peak List 98-004-0799; Quartz low Qtz Ab Kfs  Chl 14 Å Mca 10,1 Å Mca 9,9 Å Mca 5 Å Chl 7Å T1 – Areia + 90g de BX (Testemunha) (ficou 45 dias)

(35)

Formação de uma nova fase mineral pelo intemperismo da biotita

0 2500 10000 Counts

10 20 30 40 50 M3 M2 Peak List 98-004-0799; Quartz low Qtz Ab Kfs  Chl 14 Å Mca 10,1 Å Mca 9,9 Å Mca 5 Å Chl 7Å

M2 – Areia + 90g de Biotita Xisto + milho (replantado 6 vezes, 65 dias com planta)

M3 – Areia + 90g de BX + milho (45 dias com a planta)

Estudo inicial de biointemperismo

14,8 Å

Nova fase mineral (hidrobiotita)

(36)

Estudo inicial de biointemperismo

0 2500

10000

Counts

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10

20

30

40

50 B1

T1

Peak List

98-004-0799; Quartz low

14,0 Å

Sem rizosfera do milho

0 2500

10000

Counts

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10

20

30

40

50 M3

M2

Peak List

98-004-0799; Quartz low

0 2500

10000

Counts

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10

20

30

40

50 B1

T1

Peak List

98-004-0799; Quartz low

0 2500

10000

Counts

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10

20

30

40

50 B1

T1

Peak List

98-004-0799; Quartz low

14,8 Å 14,0 Å

Com rizosfera do milho

14,0 Å - Clorita

(37)

(38)

Avaliação do biotita xisto como condicionador de solo

Capacidade de Campo (CC) e Ponto de Murcha Permanente (PM) em areia lavada (410 g) pó de rocha na dose de 90 g ** Teste de médias Nível de significância 0,01. Software Sisvar 5.3

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Milho 60 dias Testemunha Areia (sem pó de rocha)

Qu an tid ad e de ág ua ( g/g ) CC Vol. PM Vol. A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A a ab b A B

(39)

(40)

(41)

Depois SO₄ 2-PO₄ 3-argilominerais 1:1 Óxihidróxidos Fe e Al

A Solução – Geração de cargas permanentes

Antes SO₄ 2-PO₄ 3-argilominerais 1:1 Óxihidróxidos Fe e Al Ca2+_{, Mg}2+_{, K}+_{, Na}+ Argilominerais 2:1

(42)

 disponibilização de nutrientes e formação de novos minerais

0 10 20 30 40 50 60

SiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O

%

Total

Disponibilizado Argila 2:1

(43)

Soluções Colunas de solo

Experimentos em

vasos

Experimentos

a campo

Aumen to do con tr ole de var iá vei s e cond iç ões e xp er imen ta is

Aumento da relação com as condições reais de plantio Sistema mineral-solução

Sistema mineral-solução-solo

Sistema mineral-solução-solo-planta

Sistema mineral-solução-solo-planta-clima

Biointemperismo

Sistema mineral-solução-planta (microrganismos)

ABORDAGEM EXPERIMENTAL MULTIESCALAR

(44)

• O processo de intemperismo é acelerado pela ação da rizosfera

(biointemperismo) das plantas cultivadas. A planta é um agente de intemperismo

• Ao mesmo tempo que está ocorrendo o biointemperismo, dois fenômenos

ocorrem, a liberação de nutrientes e a formação de minerais secundários em um tempo muito curto, dentro do ciclo de uma cultura anual

• A planta consegue o nutriente ao mesmo tempo que gera um mineral

secundário que vai melhorar as características do solo

• Os dois fenômenos melhoram a performance da relação entre a cultura e o

seu meio

• Aumenta a produtividade, com maior eficiência no aproveitamento dos

nutrientes e da água

(45)

Composição Química

• Extração total ou parcial Elementos maiores

Elementos traços...

Classificação de Agrominerais Silicáticos

Composição Mineralógica • Composição Modal

Petrografia, técnicas

mineralógicas, química mineral...

Características Físico-Químicas • pH de abrasão • Potencial de produção de CTC... Composição Granulométrica • Distribuição granulométrica... Comportamento agronômico • Significância em relação à

testemunha (solo ou planta)

• Acumulação de nutrientes

(46)

Garantias mínimas para remineralizadores

Em edição pelo MAPA – GT Rochagem

a. Química

 Soma Total de Bases (maior ou igual a 9%) - parâmetro essencial

 Limite de metais pesados - conforme resultado do Seminário (09/09/14)

b. Parâmetro físico-químico

 pH de abrasão - parâmetro complementar

c. Mineralogia

 Teor de quartzo menor que 25% (volume/volume) - parâmetro essencial

d. Granulometria

 Classes: parâmetro essencial (Recomendação de Uso)

e. Comportamento agronômico

 Referência com controle absoluto (solo ou planta): Teste F (Recomendação de Uso)

(47)

(48)

Fase 1

Potencial como fonte de K e

condicionador de solos

(49)

MÉTODO

Realizar estudos de caracterização química e agronômica das rochas em testes controlados em laboratório e casa de vegetação.

 Soluções extratoras

 Colunas de Lixiviação

 Biointemperismo de Rizosfera

FINALIDADE

Informação básica que permitirá estabelecer critérios de decisão técnica (viabilidade agronômica) e econômica das

rochas estudadas. Resultados obtidos rapidamente (entre seis meses e um ano).

(50)

Experimentos em

vasos

Experimentos

a campo

Aumento da relação com as condições reais de plantio

Sistema mineral-solução

Biointemperismo

FASE 1

Avaliação do potencial

(51)

Metodologia

Lixiviação com soluções extratoras

Extratores inorgânicos:

• Cloreto de amônio, • Ácido sulfúrico,

• Solução extratora Mehlich, • Hidróxido de amônio, e • Água quente

Extratores orgânicos:

• Acetato de amônio, • Ácido cítrico,

(52)

Metodologia

Lixiviação com soluções extratoras

MÉTODO _{DETERMINAÇÃO} REFERÊNCIA

Extrator Mehlich (ácido sulfúrico 0,0125 mol/L + ácido clorídrico

0,05 mol/L)

P, K, Na, Zn, Fe, Mn, Cu, Si,

Ca, Mg, Al EMBRAPA (2009)

Ácido cítrico 2% P, Si, K, Ca, Mg, Na MAPA (2007)

Água quente para fertilizantes

potássicos K, Ca, Mg, Na, Si MAPA (2007)

Solução de Tamm (oxalato de amônio + ácido oxálico)

Fe, Al, Mn, P, Si, K, Ca, Mg,

Na CAMARGO et al., 2009

Ataque sulfúrico Fe, Al, Si, P, K, Ca, Mg, Na CAMARGO et al., 2009

(53)

(54)

Resultados

(55)

Pó de Rocha Extração de nutrientes por ácido cítrico (K, P, Ca, Mg) Extração de K por ácido cítrico Exclusão Teste Agronômico Condicionador de Solos Exclusão Fonte Condicionador de Solos Multinutrientes Materiais ricos em K Teste Agronômico de K Fonte Fertilizante K In Natura K2 O< 9% K2 O>9% K+P+Ca+Mg>Biotita Xisto K+P+Ca+Mg<Biotita Xisto = Controle > Controle K<Biotita Xisto K>Biotita Xisto = C o n tr o le = Biotita Xisto = KCl

Critérios de Classificação

(56)

563 353 360 380 170 1.000 893 1.633 2.960 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 K ( mg kg -1 )

Extração de K por Ácido Citrico Rochas - P<0,150mm

Rochas Fração P80%<0,150mm

Desempenho em Relação ao Biotita Xisto da Pedreira Araguaia

(57)

200 1.000 2.010 893 1.633 2.960 1.360 1.970 1.415 2.296 1.806 1.289 133 60 5.267 47 520 73 5.507 7.967 58 25.967 33.933 2.280 270 317 70 423 627 410 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 K, P , Na , C a e Mg p o r Á cido Cítr ico (mg kg -1 ) Citric Acid K (mg Kg-1) <0,15mm Citric Acid P (mg/dm³) <0,15mm Citric Acid Na (mg/dm³) <0,15mm Citric Acid Ca (mg/dm³) <0,15mm Citric Acid Mg (mg/dm³) <0,15mm

Condicionadores de solos multinutrientes: Ca, Mg, K e P

(58)

Efeito da rizosfera na

solubilização de rochas

silicáticas e em solo, em

(59)

Metodologia

Efeito da rizosfera na solubilização de rochas silicáticas e em

solo, em colunas de lixiviação com solo

4 lixiviações

 Avalia o potencial de lixiviação relativa das rochas em comparação ao KCl  Avalia o equilíbrio de soluções do sistema solo+agromineral+(planta)

(60)

(61)

T0 dias

_{T15 dias}

T30 dias

T45 dias

(62)

(63)

Experimento Agronômico 1

Avaliação do efeito

(64)

 Rochas selecionadas  Biotita Xisto  Rochas selecionadas  Biotita Xisto Curva Agronômica (<0,15mm): 40, 80, 120 e 240 kg de K₂0 kg ha-1 Dose única (<2mm): 66,6 g/vaso e dose recomendada 120 de K₂0 kg ha-1 Testemunha Experimento em vasos

(65)

Descrição:

 Solo: Latossolo Vermelho Amarelo (LVA)

 Milho (semente) - após 45 dias da emergência

(66)

Resultados: dosagem de 240 kg ha

-1

_{de K}

2

0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 Ma ssa Seca ( g)

Massa Seca Parte Aérea - 240 kg ha

-1

_{de K}

(67)

Experimento Agronômico 2 -

Avaliação como fertilizante

(68)

Experimentos em

vasos

Experimentos

a campo

Aumento da relação com as condições reais de plantio

Sistema mineral-solução

Biointemperismo

FASE 2

(69)

Experimento em Vaso Dose única: 480 kg ha-1 _{de K} 2O Curva Agronômica: 60, 120, 240 e 480 480 kg ha-1 _{de K} 2O <2,00mm <0.15mm

Rochas com baixa extração com ácido cítrico e

ineficiente em testes em vaso sem equilíbrio nutricional

Rochas com baixa extração com ácido cítrico e

ineficiente em testes em vaso sem equilíbrio nutricional

 Rochas com elevada extração com ácido cítrico

 Biotita Xisto  Fonolito  KCl

Testemunha

(70)

Metodologia

 Plantas de Milho com 45 dias após a germinação;

 Testemunha Absoluta: solo natural (sem qualquer tipo de

tratamento);

 Testemunha 0 kg/ha: sem K + adubação completa (N, P, Ca,

Mg, S, B, Cu, Mn, Zn);

 Rocha controle: Biotita Xisto (BX).

Avaliação agronômica do uso de agrominerais silicáticos como

fonte de potássio para a cultura do milho

(71)

1,86 2,88 1,86 1,95 2,50 2,07 2,61 [VALOR] 1,97 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 MA SS A S ECA ( G )

Massa Seca Parte Aérea - 240 kg ha-1_{de K} 2O

Fração P80%<0,15mm

Resultados : dosagem de 240 kg ha

-1

_{de K}

(72)

Faixa Granulométrica <0.15mm

(73)

Faixa Granulométrica <0.15mm

(74)

Experimento Casa de Vegetação

Avaliação agronômica do uso de agrominerais silicáticos como fonte de potássio para a cultura do milho

Dose recomendada de 240 kg ha-1_{de K}

2O

FONTES Massa parte aérea (g)*

Média** desv.

Hydrosienito Ca (PE) 3,20 a 0,40 Hydrosienito HS2-Ca-Mg (PE) 3,17 a 0,01 Sienito (BA) 2,88 ab 0,27 KCl 2,61 b 0,23 Biotita xisto Pedreira Araguaia(GO) 2,62 b 0,50 Kamafugito (GO) 2,50 bc 0,26 Sienito (GO) 2,07 cd 0,26 Fonolito Curimbaba (MG) 1,97 d 0,12 Tefrifonolito (GO) 1,95 d 0,29 Sienito (PE) 1,86 d 0,28 Controle (sem adubação) 1,86 d 0,17

122 121 110 100 100 95 79 75 74 71 71 Eficiência*** % Muito Eficiente Eficiente Pouco Eficiente Ineficiente

* Teste t de avaliação de médias. Nível de significância de 0,05. Software Sisvar 5.3 ** Médias seguidas de mesma letra são similares

***O cálculo da eficiência tomou como referência a produção média de massa seca do tratamento com KCl

Grau de Eficiência

(75)

Pesquisa Agrogeológica

Estratégia regional para o desenvolvimento do

manejo sustentável da fertilidade do solo

(76)

DEFINIÇÃO

• Ciência que estuda processos geológicos que

influenciam a distribuição e formação dos solos,

bem como a aplicação de materiais geológicos

em sistemas agrícolas e florestais como forma

de manter e melhorar a produtividade do solo

para o aumento dos benefícios sociais,

econômicos e ambientais.

(Chesworth e Van Straaten, 1993)

(77)

PRINCÍPIOS

• Ciência da Geologia no contexto da Ciência da Agricultura

“A Geologia a serviço da Agricultura”

• Ciência de interface – A Ciência do Solo desenvolvida a

partir da perspectiva geológica

• Solo como recurso geológico primário nos sistemas

agrícolas

• Rochagem

(78)

HISTÓRICO

• Início - Missoux (1953), Hensel (1890)

• 1ª Conferência na Hungria em 1909

• Keller (1948), Fyfe (1981), Leonardos (1987)

• Brasil - até década de 60 (Seção de Agrogeologia)

• China - Anos 2000

(79)

NGRAM Viewer - http://books.google.com/ngrams/graph?content=Agrogeology&year_start=1900&year_end=2008&corpus=0&smoothing=3

Diagrama de frequência do termo “Agrogeology” em livros digitalizados pela Google. Em torno de 2500 textos com citações no total.