Química do solo - Soil chemistry

A química do solo é o estudo das características químicas do solo . A química do solo é afetada pela composição mineral , matéria orgânica e fatores ambientais . No início da década de 1850, um químico consultor da Royal Agricultural Society da Inglaterra, chamado J. Thomas Way, realizou muitos experimentos sobre como os solos trocam íons. Como resultado de seu trabalho diligente e árduo, ele é considerado o pai da química do solo. Mas depois dele, muitos outros cientistas renomados também contribuíram para esse ramo da ecologia, incluindo Edmund Ruffin , Linus Pauling e muitos outros.

História

Até o final dos anos 1960, a química do solo se concentrava principalmente nas reações químicas do solo que contribuíam para a pedogênese ou que afetavam o crescimento das plantas. Desde então, aumentaram as preocupações com a poluição ambiental , contaminação orgânica e inorgânica do solo e potenciais riscos para a saúde ecológica e ambiental . Consequentemente, a ênfase na química do solo mudou da pedologia e ciência do solo agrícola para uma ênfase na ciência do solo ambiental .

Química ambiental do solo

O conhecimento da química ambiental do solo é fundamental para prever o destino dos contaminantes, bem como os processos pelos quais eles são inicialmente liberados no solo. Uma vez que um produto químico é exposto ao ambiente do solo, podem ocorrer inúmeras reações químicas que podem aumentar ou diminuir a toxicidade do contaminante. Essas reações incluem adsorção / dessorção , precipitação , polimerização , dissolução , complexação e oxidação / redução . Essas reações são freqüentemente desconsideradas por cientistas e engenheiros envolvidos com a remediação ambiental . A compreensão desses processos nos permite prever melhor o destino e a toxicidade dos contaminantes e fornecer o conhecimento para desenvolver estratégias de remediação cientificamente corretas e econômicas.

Conceitos chave

Estrutura do Solo

A estrutura do solo refere-se à maneira como essas partículas individuais do solo; são agrupados para formar grupos de partículas chamados agregados.

Formação de agregados

  • Os agregados podem se formar em condições variadas e diferir uns dos outros no horizonte e na estrutura do solo
  • Os agregados naturais resultam no que chamamos de peds, enquanto os agregados artificiais são chamados de torrões.
  • Os torrões são formados devido à perturbação do campo por aragem ou escavação.
  • A atividade microbiana também influencia a formação de agregados.

Tipos de estrutura do solo: A classificação das formas estruturais do solo é amplamente baseada na forma.

I.) Estrutura Esferoidal-

Suas características são esféricas ou arredondadas. Todos os eixos têm aproximadamente as mesmas dimensões, com faces curvas e irregulares. Estes são encontrados comumente em campos cultivados.

a.) A estrutura do miolo é pequena e é como miolo de pão por ser porosa

b.) A estrutura granular é menos porosa do que os agregados da estrutura do miolo e são mais duráveis ​​do que os agregados da estrutura do miolo

II.) Estrutura Platy-

suas características são principalmente alinhadas horizontalmente ao longo das áreas vegetais, com as unidades delgadas sendo laminares e as unidades espessas dos agregados são classificadas como platy. As estruturas Platy são geralmente encontradas na superfície e às vezes nos subsolos inferiores.

Partículas esferoidais de solo estruturadas
Partícula de solo estruturada Platy

III.) Estrutura tipo bloco-

É caracterizada por partículas dispostas em torno de um ponto central e envolvidas por superfícies que podem ser planas ou um tanto arredondadas. Esses tipos são geralmente encontrados no subsolo.

a.) Bloco angular - tem cantos angulares presentes

b.) Os cantos de blocos angulares são mais arredondados do que os agregados de blocos angulares

IV.) Estrutura tipo prisma-

É caracterizada por partículas que são mais longas do que largas, com o eixo vertical sendo maior do que o eixo horizontal. Eles são comumente encontrados no horizonte do subsolo de solos de regiões áridas e semi-áridas. Eles podem ser divididos em dois subgrupos.

a.) Prismático - mais angular e hexagonal no topo do agregado

b.) Partículas colunares que são arredondadas no topo do agregado

Partículas de solo estruturadas semelhantes a blocos
Partículas de solo estruturadas semelhantes a prisma

Minerais

  • Os componentes minerais do solo são derivados das rochas parentais ou regolito. Os minerais representam cerca de 90% do peso total do solo. Alguns elementos importantes, que são encontrados no estado composto, são O, Fe, Si, Al, N, P, K, Ca, Mg, C, H, etc.
  • A formação de minerais primários e secundários pode definir melhor quais minerais estão na composição da rocha

Poros do solo

As interações dos microporos e macroporos do solo são importantes para a química do solo, pois permitem o fornecimento de água e elementos gasosos ao solo e à atmosfera circundante. Os macroporos ajudam a transportar moléculas e substâncias para dentro e para fora dos microporos. Os microporos estão incluídos nos próprios agregados.

Água do solo

  • A água é essencial para os organismos no perfil do solo e preenche parcialmente os macroporos em um solo ideal.
  • A lixiviação do solo ocorre à medida que a água carrega íons mais profundamente para os horizontes inferiores do solo, fazendo com que o solo se torne mais oxidado em outros horizontes do solo.
  • A água também passará de um potencial hídrico mais elevado para um potencial hídrico mais baixo, o que pode resultar na atividade de capilaridade e força gravitacional ocorrendo com o dueto da água para a adesão da água à superfície do solo e coesão entre as moléculas de água.

Ar / Atmosfera

A atmosfera contém três gases principais: oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio. Na atmosfera, o oxigênio é 20%, o nitrogênio é 79% e o CO 2 é de 0,15 a 0,65% em volume. O CO 2 aumenta com o aumento da profundidade do solo devido à decomposição da matéria orgânica acumulada e abundância das raízes das plantas. A presença de oxigênio no solo é importante porque ajuda a quebrar a massa rochosa insolúvel em minerais solúveis e humificação orgânica. O ar no solo é composto por gases que estão presentes na atmosfera, mas não nas mesmas proporções. Esses gases facilitam as reações químicas em microrganismos. O acúmulo de nutrientes solúveis no solo o torna mais produtivo. Se o solo for deficiente em oxigênio, a atividade microbiana é retardada ou eliminada. Fatores importantes que controlam a atmosfera do solo são temperatura, pressão atmosférica, vento / aeração e precipitação.

Textura do solo

Triângulo de textura do solo

A textura do solo influencia a química do solo no que diz respeito à capacidade do solo de manter sua estrutura, à restrição do fluxo de água e ao conteúdo das partículas no solo. A textura do solo considera todos os tipos de partículas e um triângulo de textura do solo é um gráfico que pode ser usado para calcular as porcentagens de cada tipo de partícula totalizando 100% para o perfil do solo. Essas separações de solo diferem não apenas em seus tamanhos, mas também em sua influência sobre alguns dos fatores importantes que afetam o crescimento das plantas, como aeração do solo, capacidade de trabalho, movimento e disponibilidade de água e nutrientes.

Areia

As partículas de areia variam em tamanho (cerca de 0,05 mm-2 mm). A areia é o mais grosso dos grupos de partículas. A areia tem os maiores poros e partículas de solo dos grupos de partículas. Ela também drena com mais facilidade. Essas partículas tornam-se mais envolvidas em reações químicas quando revestidas com argila.

Lodo

As partículas de lodo variam em tamanho (cerca de 0,002 mm-0,5 mm). Os poros dilatados são considerados de tamanho médio em comparação com outros grupos de partículas. O silte tem consistência de textura de farinha. As partículas de lodo permitem que a água e o ar passem facilmente, mas retêm a umidade para o crescimento da cultura. Solo argiloso contém quantidades suficientes de nutrientes orgânicos e inorgânicos.

Argila

A argila tem partículas com o menor tamanho (cerca de <0,002 mm) dos grupos de partículas. A argila também tem os poros mais pequenos, o que lhe confere uma porosidade maior e não escoa bem. A argila tem uma textura pegajosa quando molhada. Alguns tipos podem crescer e se dissipar ou, em outras palavras, encolher e inchar.

Barro

Uma combinação de areia, silte e argila que envolve os solos. Ele pode ser nomeado com base nas partículas primárias na composição do solo, ex. franco-arenoso, franco-argiloso, franco-silte, etc.

Biota

Esses organismos, juntamente com a matéria orgânica, ajudam a formar o sistema biológico do solo.

Organismos do solo

(SOM) Matéria Orgânica do Solo

  • Húmus
  • Os principais elementos encontrados no húmus são carbono, hidrogênio, oxigênio, enxofre e nitrogênio. Os compostos importantes encontrados no húmus são carboidratos, ácido fosfórico, alguns ácidos orgânicos, resinas, uréia, etc.
  • O húmus é um produto dinâmico e está em constante mudança devido à sua oxidação, redução e hidrólise. Conseqüentemente, ele tem muito carbono e menos nitrogênio.

Outros conceitos associados:

Métodos de investigação

Novos conhecimentos sobre a química dos solos geralmente vêm de estudos em laboratório nos quais amostras de solo retiradas de horizontes de solo não perturbados no campo são usadas em experimentos que incluem tratamentos e controles replicados. Em muitos casos, as amostras de solo são secas ao ar em temperatura ambiente (por exemplo, 25 o C) e peneiradas até um tamanho de 2 mm antes de serem armazenadas para estudos posteriores. Essa secagem e peneiramento de amostras de solo perturba marcadamente a estrutura do solo, a diversidade da população microbiana e as propriedades químicas relacionadas ao pH, ao estado de oxidação-redução, ao estado de oxidação do manganês e à matéria orgânica dissolvida; entre outras propriedades. O interesse renovado nas últimas décadas levou muitos químicos de solo a manter as amostras de solo úmidas no campo e armazenadas a 4 o C em condições aeróbias antes e durante as investigações.

Duas abordagens são freqüentemente usadas em investigações de laboratório na química do solo. O primeiro é conhecido como equilíbrio de lote. O químico adiciona um determinado volume de água ou solução salina de concentração conhecida de íons dissolvidos a uma massa de solo (por exemplo, 25 mL de solução para 5 g de solo em um tubo de centrífuga ou frasco. A lama do solo é então agitada ou agitada durante um determinado período de tempo (por exemplo, 15 minutos a muitas horas) para estabelecer um estado estacionário ou condição de equilíbrio antes de filtrar ou centrifugar em alta velocidade para separar grãos de areia, partículas de silte e coloides de argila da solução equilibrada. O filtrado ou centrifugado em seguida, é analisado usando um de vários métodos, incluindo eletrodos específicos de íons, espectrofotometria de absorção atômica, espectrometria de plasma indutivamente acoplado, cromatografia de íons e métodos colorimétricos. Em cada caso, a análise quantifica a concentração ou atividade de um íon ou molécula na fase de solução , e multiplicando a concentração ou atividade medida (por exemplo, em mg íon / mL) pela razão solução-solo (mL de solução de extração / g solo), o químico obtém o resultado em mg íon / g solo. Este resultado baseado na massa do solo permite comparações entre diferentes solos e tratamentos. Uma abordagem relacionada usa um volume conhecido para solução para lixiviar (infiltrar) a solução de extração através de uma quantidade de solo em pequenas colunas em uma taxa controlada para simular como a chuva, a água do degelo da neve e a água de irrigação passam pelos solos no campo. O filtrado é então analisado usando os mesmos métodos usados ​​nos equilíbrios de lote.

Outra abordagem para quantificar os processos e fenômenos do solo usa métodos in situ que não perturbam o solo, como ocorre quando o solo é agitado ou lixiviado com uma solução de extração de solo. Esses métodos geralmente usam técnicas de espectroscopia de superfície, como espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear (NMR), espectroscopia Mossbauer e espectroscopia de raios-X. Essas abordagens visam obter informações sobre a natureza química da mineralogia e química das superfícies de partículas e colóides, e como íons e moléculas estão associados a tais superfícies por adsorção, complexação e precipitação.

Esses experimentos e análises de laboratório têm uma vantagem sobre os estudos de campo, pois os mecanismos químicos sobre como os íons e as moléculas reagem nos solos podem ser inferidos a partir dos dados. Pode-se tirar conclusões ou formular novas hipóteses sobre reações semelhantes em diferentes solos com diversas texturas, conteúdos de matéria orgânica, tipos de minerais e óxidos de argila, pH e condição de drenagem. Os estudos de laboratório têm a desvantagem de perder um pouco do realismo e heterogeneidade do solo não perturbado no campo, enquanto ganham controle e o poder de extrapolação para solo não estudado. Os estudos mecanísticos de laboratório combinados com estudos de campo observacionais mais realistas e menos controlados geralmente fornecem aproximações precisas do comportamento e da química dos solos que podem ser espacialmente heterogêneos e temporalmente variáveis. Outro desafio enfrentado pelos químicos do solo é como as populações microbianas e a atividade enzimática em solos de campo podem ser alteradas quando o solo é perturbado, tanto no campo quanto no laboratório, particularmente quando as amostras de solo são secas antes dos estudos e análises laboratoriais.

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