Impacto da adição de carbono pirogênico nas propriedades químicas do solo e na qualidade e quantidade de matéria orgânica de um cambissolo subtropical e de um argissolo tropical

Abstract

O carbono pirogênico (CPi) pode entrar no solo via adição de carvão vegetal ou via queima de vegetação, e sua recalcitrância bioquímica sugere que o mesmo pode elevar o sequestro de carbono (C) no solo. No Brasil, existem 2 contextos relacionados ao CPi: altas quantidades de carvão vegetal são descartadas e a frequente queima de Floresta Amazônica (FA). Objetivando avaliar o efeito do CPi sobre a matéria orgânica do solo (MOS) de um Cambissolo e de um Argissolo no Brasil, 3 estudos foram realizados. Os Estudos 1 e 2 objetivaram avaliar o efeito de doses (T1=0, T2=10, T3=20, T4=40 Mg ha-1) de finos de carvão vegetal sobre a composição e a biodegradabilidade da MOS de um Cambissolo. Após 20 meses da aplicação do carvão, amostras de solo foram coletadas nas camadas de 0-5, 5-10, 10-20 e 20-30 cm. Na camada de 0-5, o T4 aumentou o teor de C total (CT) e o teor de C na fração particulada da MOS em 38 e 127%, respectivamente. Na camada de 10-20 cm, o T4 aumentou os teores de CT e de C na fração silte+argila em 23 e 26%, respectivamente, comparado ao T1. Os dados de δ13C e de microscopia eletrônica confirmaram que fragmentos coloidais de carvão foram lixiviados para a camada de 10-20 cm e que fragmentos maiores permaneceram na camada de 0-5 cm. Maior teor de C nas frações ácido húmico (CAH) e ácido fúlvico (CAF) foram observados na camada de 20-30 cm em T4, o que aparentemente está relacionado ao estímulo da humificação da MOS endógena, uma vez que não foi observada presença de carvão nessa camada. O T4 aumentou os teores de CAH nas camadas de 0-5 e 10-20 cm e os teores de CAF na camada de 10-20 cm, provavelmente devido à presença de carvão humificado nessa camadas. O T4 aumentou o teor de C na humina e tornou a MOS mais aromática na camada de 0-5 cm, explicando o maior (11%) tempo médio de residência da MOS de lenta ciclagem em comparação ao T1. O fracionamento virtual dos espectros de 13C RMN confirmou que estruturas aromáticas do carvão foram preferencialmente preservadas durante 5 meses e meio de experimento de incubação. O estudo 3 investigou o efeito da queima de FA na composição da MOS e na retenção de C nas frações minerais de um Argissolo. Neste estudo, 4 ha de FA nativa foram queimados de forma controlada. Após 2 anos, amostras de solo foram coletadas em 11 camadas (0-200 cm) em 3 áreas: FA nativa (FAN), FA queimada (FAQ) e pastagem (PT) (FAN queimada há 23 anos). A FAQ apresentou maior teor de CT em relação à FAN e PT na camada de 0-5 cm. Isto foi atribuído à entrada de CPi em FAQ e à perda de C do solo após a conversão FAN-PT. Em FAQ, a argila apresentou limite de saturação (81 g kg-1), parcialmente atribuído ao aquecimento da superfície do solo pela queimada. Possivelmente, a queima diminuiu a área superficial e os sítios de interação organo-mineral da argila, facilitando sua saturação.

Pyrogenic carbon (PyC) usually enters the soil via charcoal addition or via vegetation burning, and its biochemical recalcitrance suggests that this material has potential to enhance carbon (C) sequestration into the soil. In Brazil there are 2 important scenarios related to PyC: great amounts of fine charcoal residues are usually discarded and Amazon Forest (AF) burning is frequent. In order to evaluate the effects of PyC on soil organic matter (SOM) of Brazilian Cambisol and Acrisol, 3 studies were performed. Study 1 and Study 2 aimed to evaluate the effect of doses (T1=0, T2=10, T3=20 and T4=40 Mg ha-1) of charcoal fines on SOM composition and biodegradability of a Cambisol. Twenty months after the charcoal application, soil samples were collected at 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm depths. At 0-5 cm depth, T4 increased the total C (TC) content and the C content in the particulate SOM fraction by 38 and 127%, respectively. At 10-20 cm depth, T4 increased TC and the C content in the silt+clay fraction by 23 and 26%, respectively, in comparison to T1. The δ13C and the scanning electron microscopy data confirmed that colloidal charcoal fragments were leached to 10-20 cm depth and that coarser fragments remained at 0-5 cm depth. Higher C content in the humic acid (CHA) and in the fulvic acid (CFA) was observed at 20-30 cm depth in T4. It is apparently related to the stimulation of the endogenous SOM humification, since charcoal presence was not observed at this depth. The T4 increased the CHA at 0-5 and 10-20 cm depths, and the CFA content at 10-20 cm depth, probably due to the presence of humified charcoal at these depths. The T4 increased the C content in the humin and shifted SOM composition toward higher aromaticity at 0-5 cm depth, explaining the higher (11%) mean residence time of the slow SOM pool in comparison to T1. The virtual 13C NMR spectra fractionation confirmed that charcoal aromatic structures were preferably preserved during a 5.5 month incubation experiment. Study 3 aimed to investigate the effect of AF burning on SOM composition and C retention in mineral fractions of an Acrisol. In this study, 4 ha of native AF were burned under controlled conditions. After 2 years, soil samples were collected at 11 depths (0-200 cm) in 3 areas: native AF (NAF), burned AF (BAF) and grassland (GA) (OAF burned 23 earlier). The BAF presented higher TC content than OAF and GA at 0-5 cm depth. It was attributed to the input of PyC in BAF and also to the soil C loss after the conversion AF-GA. The clay fraction of BAF presented a C saturation limit (81 g kg-1), partially attributed to the soil surface heating due to the burning. Possibly, it decreased the surface area of the clay and its available sites for organomineral interactions, facilitating its saturation.