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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2017.tde-18052017-184016
Documento
Autor
Nome completo
Mariane Chiapini
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Torrado, Pablo Vidal (Presidente)
Almeida, Jaime Antonio de
Camargo, Plinio Barbosa de
Cerri, Carlos Eduardo Pellegrino
Título em inglês
Genesis and organic matter chemistry of sombric horizons in subtropical soils (Paraná State, Brazil)
Palavras-chave em inglês
δ13C isotopic composition
Black carbon
Paleoenvironmental reconstruction
Pyrolysis-GC/MS
Resumo em inglês
Soil organic matter (SOM) plays an important role in the global carbon cycle. Therefore, it is important to understand the stability of SOM, which is related to several processes. Its intrinsic properties may be related to its stability, for example black carbon is considered to be relatively resistant to degradation. In most soils, the dark horizons coincide with the superficial layers or horizons due to the greater accumulation of organic matter, but in the southern states of Brazil, the presence of soils with dark subsurface horizons is frequently observed. The dark subsurface horizon of these soils are similar to a sombric horizon. Aspects about its origin, formation and preservation have not yet been fully elucidated. The objective of this work is to understand the formation of 'sombric' horizons in soils of the region from Tijucas do Sul (Paraná, Brazil). Five soil profiles were described and collected, from which three originate from a toposequence and contained a 'sombric' horizon (P1-P3), a reference soil that is representative of the area (P5) and an intermediate soil (P4) that showed morphology between the reference soil and the soils with a 'sombric' horizon. To this end SOM is studied for its molecular composition by the pyrolysis technique coupled to gas chromatography and mass spectrometry (pyrolysis-GC-MS). In addition, 13C isotopic composition (δ13C) and phytolytic composition were studied in order to understand paleoclimatic conditions. These results will be related to past environmental conditions using 14C dating techniques, and supported by classical soil analysis. The samples of the horizons were submitted to the SOM chemical fractionation, generating two fractions: extractable fraction with NaOH (EXT) and residue (RES). The morphology of the profiles showed an intense biological activity in A horizons and a wide distribution of microfragments of charcoals. The lateral continuity of 'sombric' horizons in toposequence soils was also observed, which differentiated them (P1-P3) from buried A horizons. The distribution of SOM in the fractions studied was the same for the five profiles studied: EXT> RES. Products related to wildfires such as polyaromatics (PAHs; BC) were found in all profiles, but in greater relative abundance in the 'sombric' horizons, indicating a higher incidence of fire during the formation of these horizons and these compounds can be related to the maintenance of dark color of the 'sombric' horizons. In relation to the paleoclimatic conditions it was observed that the dark subsurface horizons were developed during the Mid-Holocene under vegetation composed mainly by C4 grasses with shrubs, evidencing a drier climate corresponding to a higher fire incidence.
Título em português
Gênese e química da matéria orgânica de horizontes sômbricos em solos subtropicais (Paraná, Brasil)
Palavras-chave em português
Black carbon
Composição isotópica (δ13C)
Pirólise-CG/EM
Reconstrução Paleoambiental
Resumo em português
A matéria orgânica do solo (MOS) desempenha um papel importante no ciclo global do carbono. Portanto, é importante entender a estabilidade da MOS, que está relacionada a vários processos. As suas propriedades intrínsecas podem estar relacionadas com a sua estabilidade, por exemplo, o "black carbon" é considerado relativamente resistente à degradação. Na maioria dos solos, os horizontes escuros coincidem com as camadas ou horizontes superficiais devido ao maior acúmulo de matéria orgânica, mas nos estados do sul do Brasil, a presença de solos com horizontes subsuperficiais escurecidos é frequentemente observada. O horizonte subsuperficial escurecido destes solos assemelha-se a um horizonte sômbrico. Aspectos sobre sua origem, formação e preservação ainda não foram totalmente elucidados. O objetivo deste trabalho é compreender a formação de horizontes 'sômbricos' em solos da região de Tijucas do Sul (Paraná, Brasil). Foram descritos e coletados cinco perfis de solo, dos quais três estão localizados em uma topossequência e continham um horizonte similar ao sômbrico (P1-P3), um solo de referência representativo da área (P5) e um solo intermediário (P4) que apresentou uma morfologia entre o solo de referência e os solos com horizonte 'sômbrico'. Para este fim, a MOS foi estudada pela sua composição molecular através da técnica de pirólise acoplada à cromatografia gasosa e espectrometria de massa (pirólise-GC-MS). Além disso, estudou-se a composição isotópica 13C (δ 13C) e a composição fitolítica, a fim de compreender as condições paleoclimáticas que foram relacionados com as condições ambientais passadas usando técnicas de datação com 14C, e suportados pelas análises clássicas de solo. As amostras dos horizontes foram submetidas ao fracionamento químico MOS, gerando duas frações: fração extraível com NaOH (EXT) e resíduo (RES). A morfologia dos perfis mostrou uma intensa atividade biológica nos horizontes A e uma ampla distribuição de microfragmentos de carvão. Observouse também a continuidade lateral de horizontes 'sômbricos' em solos da topossequência (P1-P3), diferenciando-os dos horizontes A enterrados. A distribuição da MOS nas frações estudadas pela pirólise foi a mesma para os cinco perfis: EXT> RES. Os produtos relacionados a incêndios florestais como os poliaromáticos (PAHs, BC) foram encontrados em todos os perfis, mas em maior abundância relativa nos horizontes sômbricos, indicando uma maior incidência de incêndio durante a formação destes horizontes. Os PAHs podem estar relacionados com a manutenção da cor escura dos horizontes 'sômbricos'. Em relação às condições paleoclimáticas observou-se que os horizontes subsuperficiais escurecidos foram desenvolvidos durante o Holoceno Médio sob vegetação composta principalmente por gramíneas C4 com arbustos, evidenciando um clima mais seco correspondente a maior incidência de incêndio.
 
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Data de Publicação
2017-06-07
 
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