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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2019.tde-20191220-130250
Documento
Autor
Nome completo
Oscarlina Lucia dos Santos Weber
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2000
Orientador
Título em português
Cargas elétricas e seletividade catiônica de solos com carga variável medidas pelo método da adsorção de césio
Palavras-chave em português
CARGAS ELÉTRICAS
CÁTIONS
CÉSIO
MINERALOGIA
SOLOS ÁCRICOS
Resumo em português
Na região Norte Paulista, extensas áreas agrícolas são cultivadas com cana de açúcar, soja, feijão e trigo num nível tecnológico elevado, englobando solos tropicais com cargas variáveis de caráter ácrico. Estes solos caracterizam-se por apresentarem baixíssimos valores de capacidade de troca (< 1,5 cmol kg-1 argila) sendo suas frações argila predominantemente constituídas por caulinita, hidróxidos de Fe e a gibbsita. Embora de constituição simples, esses minerais mostram uma grande diversidade de características como, tamanho de partículas, exposição de faces, graus de substituição isomórfica etc., o que os leva a apresentar comportamentos diferenciados em importantes reações do solo. A diversidade das características é atribuída, principalmente, aos diferentes ambientes de formação desses minerais. Essa diversidade de características influi de maneira decisiva no balanço de cargas permanentes e variáveis desses solos. Além disso, as práticas agrícolas como a adição de corretivos, fertilizantes e matéria orgânica também devem influir significativamente no balanço das cargas totais. Embora eles tenham grande importância econômica, geográfica e taxonômica o seu comportamento eletroquímico tem sido pouco estudado. A literatura elucida que aspectos sobre manejo e gênese desses solos podem ser usados como padrão para uma ampla faixa de solos que ocorrem em condições tropicais. Os objetivos do presente trabalho foram quantificar as cargas elétricas de solos com material ácrico e estudar os efeitos da remoção de óxidos e da matéria orgânica, no comportamento de quatro latossolos ácricos e uma Terra Roxa Estruturada. Foram utilizadas amostras de solos a duas profundidades, superficiais e subsuperficiais na maior expressão do horizonte B. Tendo sido estudados dois latossolos roxos ácricos (LR ác-Rib e LR ác-Gua) e dois latossolos ácricos variação Una (LUna ác-argare e LUna ác-mtarg) das regiões de Ribeirão Preto, Guaíra e Miguelópolis e uma Terra Roxa Estruturada do município de Ribeirão Preto. Estas amostras de solo foram investigadas pelo método da adsorção iônica desenvolvido para medir a carga permanente (σ0 comparada com uma TE com predomínio de carga permanente. O método baseou-se na preferência que os sítios siloxanos de superficie têm para Cs+ sobre Li+ e de grupos de superfície ionizáveis de menor seletividade ao íon Cs+. A caracterização mineralógica dos óxidos de ferro e da fração argila total por difratometria de raio X (DRX) e análise térmica diferencial também foram feitas. Os coeficientes de seletividade condicionais foram determinados nos solos originais e para aqueles cuja matéria orgânica e óxidos de ferro foram removidos a partir das frações molares dos íon césio e das cargas permanentes e totais obtidas na determinação das cargas estruturais pelo método de adsorção do césio. Os resultados obtidos mostraram que a porcentagem da carga variável representou mais que 50% das cargas totais dos solos originais avaliados. Eles revelaram um valor mínimo de 55% para a TE e um máximo de 77% para o LUna ác-mtarg para camada superficial. Para a camada mais profunda, eles apresentaram um valor mínimo de 47% para a TE e um máximo de 73% para ambos os solos, LR ác-Gua e LUna ác-argare. Os latossolos ácricos exibiram significante quantidade de carga permanente a qual pode ser atribuída à baixas quantidades de vermiculita com hidróxido de alumínio nas entrecamadas e de clorita, ambos detectados pela DRX. A quantidade de carga permanente apresentada pela TE comparada ao Latossolo ác-Gua foi cinco vezes superior que é devido, provavelmente, à diferença mineralógica. Aproximadamente 23 a 34% das cargas negativas a pH 6,0 dos latossolos ácricos e 45 a 53% da TE resultou da contribuição das cargas permanentes. Considerando os Latossolos Roxos ácricos a carga permanente diminuiu à medida que o índice de intemperização (ki) diminuiu exceto para os Latossolos ácricos variação Una. A complexação do césio pela matéria orgânica conduziu a valores de carga permanente superestimados. Nos solos onde a matéria orgânica foi removida, as cargas variáveis apresentaram-se reduzidas na superfície, exceção do LUna ác-argare que manteve essa mesma quantidade de carga e, aumentadas na subsuperfície. As cargas permanentes na superfície diminuíram para os solos TE e L Una ác-argare, para os demais houve acréscimo. Estas cargas aumentaram para todos os solos na subsuperfície. As cargas totais mostraram predomínio das cargas variáveis nas duas profundidades para quase todos os solos, exceto a TE. Este solo mostrou predomínio das cargas permanentes em profundidade, refletindo igual participação dos dois tipos de cargas na capacidade de troca catiônica. Nos solos onde os óxidos de ferro amorfos e livres foram removidos, todas as cargas aumentaram nas duas profundidades para todos os solos avaliados. As cargas permanentes apresentaram predomínio sobre as variáveis na camada superficial para quase todos os solos. Na subsuperfície a carga variável predominou sobre a permanente para todos os solos. A contribuição das cargas variáveis pode estar diretamente relacionada com os materiais oxídicos presentes nos perfis, principalmente na forma livre. Os coeficientes de seletividade mostraram adsorção preferencial para césio para todos os solos. O maior coeficiente de seletividade condicional ao íon césio foi obtido pelo LUna ác-argare e os menores pelos LR ác-Gua e LUna ác-mtarg. Com a remoção de matéria orgânica, a TE exibiu maior seletiva seletividade. Entre os latossolos ácricos, o LUna ác-argare mostrou ser mais seletivo ao íon césio. Após a remoção dos óxidos de ferro amorfos, o LUna ác-mtarg mostrou ser o mais seletivo ao íon césio e após a remoção dos óxidos de ferro livres, o LR ác-Gua; mostrou ter maior seletividade ao íon césio. Os solos comportaram-se como trocadores não ideais. O método foi capaz em quantificar significativa quantidade de carga permanente mesmo em solos com baixas quantidades de argilominerais 2:1.
Título em inglês
Electric charges and cationic selectivity of variable charge soils measured by the cesium adsorption method
Resumo em inglês
ln the north of São Paulo State-Brazil, we have very big sugar cane, soy bean, bean and wheat producing areas using high technology where the soil is classified as acric Oxisols. These soils are characterized by having a lower exchange capacity (< 1,5 cmol kg-1 clay) due to their kaolinite, iron hydroxy and gibbsite composition. Although they have a very simple composition, these minerals show a great diversity of characteristics such as particle size, face exposition, isomorphic substitution levels etc. This may lead them to have different behavior in important soil reactions. Their diversity of characteristics is due mainly to the different formation environments where they are found. This diversity of characteristics has a vital role in the permanent and variable charge balance of these soils. Besides this fact, agriculture practices as added amendments, fertilizers and organic matter must also have a very strong influence on the total charge balance. They also have a relevant economical, geographical and taxonomic function but their electrochemical behavior has been little studied. The literature elucidates that aspects on management and genesis of these soils may be used as a standard for a large range of tropical soils. The aims of this paper were to quantify the electric charges of acric soils and to study the oxide and organic matter removal in the behavior of four acric Oxisols and one Alfisol (TE). Surface soil samples and deeper layer samples from B horizon were used. Four acric Oxisols, two classified as Dusk-Red Latosol (LR ac-Rib and LR ac-Gua) and two as Una variant Latosol (Luna ac-argare and Luna ac-mtarg), were collected from Ribeirão Preto, Guaíra and Miguelópolis regions, in the North of São Paulo State-Brazil. These soil samples were investigated by an ion adsorption method developed to measure the structural charge density (σ0) and compared to an Alfisol (TE) which had a predominantly permanent charge. The method is based on the preference of siloxane surface sites for cesium over lithium and on the lower selectivity of ionizable surface group for ion cesium. The mineralogical characterization for iron oxides and total clay by X-ray difratometry (XRD) and differential thermal analysis were carried out. The conditional selectivity coefficients were determined for the original soils and for those whose organic matter and iron oxides were removed. The results obtained showed that the variable charge percentage represented more than 50% of the total soil charges evaluated. They revealed a minimum value of 55% to an Alfisol (TE), and a maximum value of 77% to an Una variant Latosol (LUna ác-mtarg) for the surface layer. For the deeper layer, they presented a minimum value of 47% to the Alfisol and a maximum of 73% for both Dusky-Red Latosol (LR ác-Gua) and Una variant Latosol (LUna ác-argare). The acric soils exhibit significant structural charge amounts which may be attributed to small quantities of aluminium hydroxy-interlayer vermiculite and chlorite, detected by XRD. The amount of permanent charge presented by the Alfisol as compared to the Dusky-Red Latosol (LR ác-Gua) was five times higher, which is, probably, due to differences in the mineralogy. Approximately 23 to 34% of the negative charges at pH 6.0 of acric Oxisols and 45 to 53% of the Alfisols resulted from permanent charge contributions. Considering the acric Dark-Red Latosol, the structural charges decreased as the weathering index decreased except for the Una variant Latosols. The complexation of cesium by organic matter led to overestimated values for the structural charges. In the soils where the organic matter was removed, the variable charges showed a decrease in the surface, except for the Una variant Latosol that maintained this charge quantity steady and increased in the deeper surface. Permanent charges in the surface decreased for Alfisol (TE) and Una variant latosol soils, but they increased for the others. These charges increased for all the soils in the deeper surface. The total charges showed a predominance of the variable charges in the two layers for almost all the soils, except for Alfisol (TE). This soil showed a predominance of permanent charges in the deeper layer, reflecting the same participation of the two kinds of charges in the cationic exchange capacity. In the soils where amorphous and free iron oxides were removed, all the charges increased in the two layers for all soils evaluated. The permanent charges showed a predominance in the surface layer for almost all the soils. In the deeper layer the variable charge was more predominant. The variable charge contribution can be directly related to the oxides present in the two layers, mainly in the free state. The selectivity coefficients showed a preferential adsorption to cesium for all the treatments. The highest selectivity coefficient to the ion cesium was obtained by the Una variant Latosol and the lowest ones by the Dusk-Red Latosols. After the organic matter removal, Alfisol exhibited the highest selectivity. Among the acric Oxisols, the LUna ác-argare showed to be more selective to the ion cesium. After the amorphous iron oxide removal, the LR ác-Gua showed higher ion cesium selectivity. Soils behaved as non- ideal exchangers for all the treatments. This method was able to quantify significant amounts of permanent charges even in soils with low amounts 2:1 of clay minerals.
 
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Data de Publicação
2019-12-20
 
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