bitstream/CNPF-2009-09/44432/1/com_tec206.pd

CAMBRONERO, Y. C.

DEDECEK, R. A.

HANSEL, F. A.

MAIA, C. M. B. D. F.

Infoteca-e

206ISSN 1517-5030Colombo, PROutubro, 2008TécnicoComunicadoDBIndução à Repelência àÁgua em Solo Arenoso apartir de Extratos NaturaisHidrofóbicosClaudia Maria Branco de Freitas Maia1Renato Antonio Dedecek2Yorleni Chang Cambronero3Fabrício Augusto Hansel41 Engenheira Agronôma, Doutora, Pesquisadora da Embrapa Florestas. claudia.maia@cnpf.embrapa.br2 Engenheiro Agronômo, Doutor, Pesquisador da Embrapa Florestas. dedecek@cnpf.embrapa.br3 Engenheira Florestal, Mestranda, Universidade Federal do Paraná. yorchang@hotmail.com4 Químico, Doutor, Analista da Embrapa Florestas. hansel@cnpf.embrapa.brA repelência à água ou hidrofobicidade em solos temsido reportada como um aspecto negativo para seumanejo e uso pois, sob esta condição, o solo resiste aser molhado pela água da chuva ou irrigação, porperíodos que vão de poucos segundos até horas, diasou semanas (DOERR et al., 2000; DEKKER; RITSEMA,2003; BUCZKO et al., 2005). Este problema leva àdiminuição da taxa de infiltração e da quantidade deágua disponível no solo, conseqüentemente,prejudicando a germinação de sementes e ocrescimento vegetal. Além disso, pela menorinfiltração, pode ocorrer o aumento do escoamentosuperficial da água em áreas declivosas, aumentando aerosão.A propriedade da repelência à água em solos vemsendo estudada desde 1917 em várias partes domundo, sob diversas condições climáticas e usos daterra (DEKKER; RITSEMA, 2003). No Brasil, háregistros de solos hidrofóbicos no Espírito Santo, Rio deJaneiro, Maranhão, Mato Grosso, Pará e Paraná, sobdiferentes coberturas vegetais como palmeiras,gramíneas e florestas (PÉREZ et al., 1998; JOHNSONet al., 2005; MAIA et al., 2005; JANSEN et al.,2006). Em solos florestais, a repelência éespecialmente estudada em regiões com clima semi-árido e tropical, porém existem poucos registros naliteratura abordando este assunto no Sul do País. Maiaet al. (2005) identificaram diferentes graus derepelência em plantios de pínus e eucaliptos no Paranáe sul do Estado de São Paulo. Estes estudos revelaramtambém a maior incidência da repelência em solos commaior teor da fração areia e/ou de matéria orgânica(MAIA et. al, 2005).É comumente aceito que a repelência à água écausada pelo recobrimento das partículas do solo porcompostos orgânicos hidrofóbicos derivados deresíduos vegetais e da decomposição desses resíduospor microorganismos (BUCZKO et al., 2005; DOERR etal., 2000). Tipos particulares de vegetação estãoassociadas com a maior produção de substânciashidrofóbicas, especialmente espécies de árvores comconsiderável quantidade de resinas, ceras e óleosaromáticos, tais como as dos gêneros Pinus eEucalyptus (DOERR et al., 2000). A repelência à águaExperimento de indução à repelência. Foto: YorleniChang Cambronero.2 Indução à Repelência à Água em Solo Arenoso a partir de Extratos Naturais Hidrofóbicosfoi detectada em diferentes tipos de solos, comdiversos graus de hidrofobicidade, porém os casos maisextremos foram encontrados em solos arenosos(DOERR et al., 2000; WALLIS; HORNE, 1992).DeBANO (2003) sugere que a incidência de hidrofobiaseja mais provável em solos com menos de 10 % deteor de argila.Assim, o objetivo do presente trabalho foi avaliar aefetividade da indução de repelência em um solo-testearenoso, a partir de extratos hidrofóbicos obtidos deum solo florestal sob plantio de Pinus taeda.Para obtenção dos extratos, foram coletadas amostrasde um Neossolo Litólico distrófico, textura média(SANTOS et al., 2006), de 0 a 5 cm de profundidade,sob plantio de Pinus taeda de 16 anos de idade, emPiraí do Sul, PR. Este solo apresentou, em estudosanteriores, caráter severamente hidrofóbico (MAIA etal., 2005). As extrações foram realizadas em Soxhletde 500 ml, conforme método proposto por Franco etal. (2000), com pequenas alterações. Brevemente, acada extração, 200 g do solo foram peneirados a2 mm e colocados em tubo de papel filtro. Umasolução de clorofórmio:acetona (9:1, v/v) foi utilizadaprimeiramente para extrair a fração lábil (livre) decompostos hidrofóbicos, com 12 h de refluxo. Ossolventes foram removidos do extrato sob vácuo emrotavapor, a 45 ºC e, finalmente, o extrato foi seco emestufa a  45 ºC. A amostra foi então seca àtemperatura ambiente e, em seguida, uma parte foiselecionada para avaliar a repelência. Para isto, foiaplicado o método do tempo de penetração de gotasde água (water drops penetration time ou WDPT), jádescrito anteriormente (MAIA et al., 2005). O grau derepelência à água foi estabelecido conforme Bisdom etal., (1993), citado por Doerr (1998) e segundo asclasses: hidrofílico (< 5 s), levemente hidrofóbico(entre 6 s e 60 s), fortemente hidrofóbico (entre 61 se 600 s), severamente hidrofóbico (entre 601 s e3.600 s), e extremamente hidrofóbico (> 3.600 s).Foram feitas quatro leituras de tempo por placa dePetri.Após a primeira extração, a amostra de solo foicolocada novamente em Soxhlet com uma solução deisopropanol:amônia (IPA:NH3) 15.7 mol.L-1 (7:3, v/v)por 24 h, para extrair a fração fixa (ligada). Nestafase, foi necessário pré-umedecer as amostras com osolvente por 15 min, antes de iniciar o refluxo. Aotérmino da extração, o solo foi retirado do aparelho eseco em capela à temperatura ambiente. A seguir,parte da amostra de solo foi submetida ao testeWDPT, para verificar o caráter hidrofóbico dasamostras. Os solventes foram removidos do extratohidrofóbico sob vácuo em rotavapor a 80 ºC e omaterial extraído foi liofilizado.Para o preparo do solo-teste arenoso, areia finacomercial foi lavada com água destilada e peneiradaem malha de 53    m, para eliminar o silte. A areia foisubmersa em seguida, em solução HCl 3 mol.L-1(~pH 4) por 24 h, para eliminar as cinzas. A soluçãoácida foi retirada e a areia tratada com uma soluçãode NaOH 3 mol.L-1 (~pH 8), por 24 h, para removerresíduos orgânicos. A solução alcalina foi removida efinalmente a areia foi lavada três vezes com águadestilada e colocada para secar em temperaturaambiente. A quantidade de areia utilizada em cadatratamento foi correspondente ao volume das placasde Petri (5 cm de diâmetro e volume médio de25,6 cm3), no qual o material foi colocado pararealizar o teste de repelência, com três repetições.Com base no rendimento obtido de extrato hidrofóbicodo solo sob plantio de Pinus taeda, após a segundaextração com solução de IPA/NH3, (5,76 g.kg-1 desolo), foram estabelecidas as concentrações deextrato hidrofóbico (CEH) para os experimentos deindução à repelência à água, de acordo com: i) CEH 0:sem extrato hidrofóbico (testemunha); ii) CEH 1:metade do rendimento, ou 2,88 g extrato hidrofóbicopor quilo de solo-teste; e iii) CEH 2: igual aorendimento, ou 5,76 g extrato hidrofóbico kg-1 de solo.Os extratos foram diluídos em metanol a 40 ºC eadicionados às misturas de solo-teste. Após a adiçãodos extratos, uma solução de metanol:clorofórmio(1:1 v/v) foi adicionada aos tratamentos para suamelhor distribuição. O frasco contendo a mistura foilacrado com rolha e parafilm, agitado por 2 h ecolocado para secar em estufa a 70 ºC, para removeros solventes.Os resultados dos rendimentos dos extratos e do graude repelência do solo, antes e após as extrações comclorofórmio:acetona (fração livre) e comisopropanol:amônia (fração ligada) são mostrados naTabela 1. Antes das extrações, o solo apresentou umcaráter extremamente hidrofóbico e depois daextração com CHCl3 (fração livre), manteve essecaráter, com um tempo do teste WDPT porém, muitosuperior ao da amostra original.3Indução à Repelência à Água em Solo Arenoso a partir de Extratos Naturais HidrofóbicosTabela 1. Tempo de penetração de gotas de água (s), grau de repelência de um Neossolo Litólico antes e depois daextração com CH Cl3 e IPA/NH3 e massa extraída em cada etapa.Tempo de penetração de gotas de água (s) Massa extraída (g kg-1) Antes da extração Grau de repelência* Após extração com CHCl3** Grau de repelência Após extração com IPA/NH3*** Grau de repelência CH Cl3  IPA/NH3  9718 Extremamente hidrofóbico 15 334 Extremamente hidrofóbico < 5 Hidrofílico 10,34± 2,98 5,76± 0,93  * Segundo Letey, J. (1968, p. 43-47); ** Clorofórmio: acetona (9:1, v/v);  *** Isopropanol:amônia 15.7M (7:3, v/v).Após a extração da fração ligada, com IPA/NH3, arepelência foi quebrada, tornando a amostra hidrofílica.Os resultados confirmam outras pesquisas queconcluem que a repelência está pouco relacionada coma fração livre do solo (DOERR et al., 2005). SegundoFranco et al. (2000), análises da repelência à água emsolos arenosos na Austrália indicaram que o principalcomponente do solo que contribuiu com ahidrofobicidade foi a fração ligada. Esta fração resultade uma combinação da incorporação de resíduos deplantas, tais como a cutina e a suberina, associados àmaterial vegetal degradado via processos microbianos(HANSEL et al., 2008).O rendimento de extrato com IPA/NH3 foi de5,76 g.kg-1 de amostra do Neossolo. Em estudosrealizados por DOERR et al. (2005), obteve-se1,22 g.kg-1, em solos sob pínus de caráter levementehidrofóbico. No mesmo estudo, o menor valor(0,23 g.kg-1) foi obtido em duna hidrofílica com baixoteor de MO, e o maior valor (9,76 g.kg-1) foiencontrado em solo arenoso sob pastagem, caráterfortemente hidrofóbico e mais rico em MO.À concentração CEH 0, o solo-teste permaneceuhidrofílico, já em CEH 1 e 2, a repelência à água foiinduzida, confirmando que os compostos orgânicosextraídos foram os responsáveis pela repelência à água(Tabela 2).Tabela 2. Médias da repelência à água (s) para os tratamentos com MO a diferentes temperaturas para diferentes níveis deconcentração de extrato hidrofóbico.Nível de concentração de extrato hidrofóbico CEH 1 CEH 2 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC 22ºC 40ºC 70ºC 105ºC % de MO no Solo-teste ------------------------------------- Repelência (s) ------------------------------- 0 278d 100ab 230ab 1433a 34c 105ab 69bc 254c 3 750b 46bcd 141c 533b 120b 155a 170a 411a 6,5 632c 155a 279a 364c 202a 135a 117ab 352ab 10 894a 85bc 204bc 395c 261a 130a 109ab 294bc  Médias seguidas por letras minúsculas distintas nas colunas diferem entre si pelo teste t (P<0,05).4 Indução à Repelência à Água em Solo Arenoso a partir de Extratos Naturais HidrofóbicosÀ concentração CEH1, o solo-teste tornou-sefortemente hidrofóbico à temperatura ambientequando secas a 40 °C e 70 °C, já as amostras secas a105 °C alcançaram grau severamente hidrofóbico(Tabela 2). Para a CEH 2, esperavam-se tempos derepelência superiores a CEH 1, porém isto nãoaconteceu. A amostra à temperatura ambienteapresentou grau levemente hidrofóbico e as amostrassecas a 40 °C, 70 °C e 105 °C tornaram-sefortemente hidrofóbicas. Tal resultado sugere que operíodo de secagem das amostras (24 h) foiinsuficiente para a remoção da água em algunstratamentos, o que foi comprovado pela determinaçãoda água residual nestas amostras (dados nãopublicados). Dekker e Ritsema (1994, 2003) relatamque existe um conteúdo crítico de umidade no solo,abaixo do qual o solo é repelente à água e acima doqual o solo é molhável. Após saturar com água e secarentre 40 °C e 105 °C, o teor de água residual (quevariou de 0,5 g/100g a 6,8 g/100g) permaneceu acimado valor crítico.Para validação do procedimento, foram medidas asrepelências em misturas do solo-teste com diferentesconcentrações (0,3 %, 6,5 % e 10 %) de matériaorgânica, aqui representada por carvão moído etratados com extratos obtidos com IPA/NH3. Arepelência foi avaliada pelo método WDPT e osresultados representam a média de quatro leituras detempo para cada amostra em triplicata (Tabela 2).Nesta etapa, as amostras precisaram ser umedecidasantes de serem submetidas à secagem, parauniformizar a umidade de partida.À temperatura ambiente, na CEH 1, o tratamento como maior tempo de repelência à água (894 s) foi aquelecom 10 % de MO, classificando-se como severamentehidrofóbico. Não houve correlação entre aconcentração de MO e o grau de repelência no grupode amostras submetido à concentração CEH 1 deextrato. Porém, à concentração CEH 2 e àtemperatura ambiente, esta correlação foi diretamenteproporcional.Após a secagem a 40 ºC, o tempo de repelênciadiminuiu, porém mantendo algum grau dehidrofobicidade, mostrando que, nesta temperatura, onível crítico de água onde os solos apresentamrepelência estava perto de ser alcançado. Observa-seque, após secar as misturas a 70 ºC por 24 h, arepelência não foi completamente restabelecida. À105 ºC, o tratamento com 0 % de MO apresentou-seseveramente hidrofóbico. Fortes aumentos darepelência à água a 105 ºC foram observados por(DOERR et. al., 2005), evidenciando que a simplesausência ou presença de compostos orgânicos não ésuficiente para influenciar a repelência, devendo-seconsiderar outros fatores como hidratação e arranjointramolecular.Para a CEH2, o tratamento com o maior tempo derepelência foi aquele com 6,5 % de MO. No processode secagem, a repelência apresentou umcomportamento similar ao da CEH1, porém os temposde repelência foram menores. Este resultado pode serexplicado pela grande dificuldade encontradaexperimentalmente para homogeneizar as amostrasdurante a aplicação do extrato hidrofóbico em suaconcentração mais alta. Aqui, novamente as amostrasprecisaram ser umedecidas, o que provavelmenteocasionou maiores teores de água residual em suacomposição, evitando a manifestação da repelência emseu pleno potencial.Concluindo, o método de extração utilizado quebrou arepelência à água do solo, mostrando-se eficiente naretirada das substâncias orgânicas responsáveis poresta propriedade. Os compostos hidrofóbicos extraídosde um solo sob plantio de Pinus taeda induziram àrepelência à água do solo-teste, em diferentes graus deintensidade. O grau de repelência induzida nasamostras de solo foi inferior ao encontrado no solocoletado no campo. Isto pode estar relacionado tanto auma descaracterização molecular ou conformacionaldos compostos orgânicos causada pela extração comoà ausência nos extratos, de parte dos compostosresponsáveis pela repelência à água desse solo.ReferênciasBUCZKO, U.; BENS, O.; HÜTTL, R. F. Variability of soil waterrepellency in sandy forest soils with different stand structureunder Scots pine (Pinus sylvestris) and beech (Fagus sylvativa).Geoderma, Cottbus, v. 126, p. 317-336, 2005.DeBANO, L. F. The role of fire and soil heating on waterrepellency. In: RITSEMA, C. J.; DEKKER, L.W. (Ed.). Soilwater repellency: ocurrence, consequences and amelioration.Wageningen: Elsevier, 2003. p. 193-202.DEKKER, L. W., RITSEMA, C. J. How water moves in a waterrepellent sandy soil. I. Potential and actual water repellency.Water Resources Research, Washington, DC, v. 30, p. 2507-2517, 1994.5Indução à Repelência à Água em Solo Arenoso a partir de Extratos Naturais HidrofóbicosDEKKER, L. W.; RITSEMA, C. J. Wetting patterns in waterrepellent Dutch Soils. In: RITSEMA, C. J.; DEKKER, L. W.(Ed.). Soil water repellency: ocurrence, consequences andamelioration. Wageningen: Elsevier, 2003. p. 151-166.DOERR, S. H. On standardizing the water drop penetrationtime and the molarity of an ethanol droplet techniques toclassify soil hydrophobicity: a case study using mediumtextured soils. Earth Surface Processes and Landforms,Durham, v. 23, p. 663–668, 1998.DOERR, S. H.; LLEWELLYN, C. T.; DOUGLAS, P.; MORLEY,C. P.; MAINWARING, K. A.; HASKINS, C.; JOHNSEY, L.;RITSEMA, C. J.; STAGNITTI, F.; ALLINSON, G.; FERREIRA,A. J. D.; KEIZER, J. J.; ZIOGAS, A. K.; DIAMANTIS, J.Extraction of compounds associates with water repellency insandy soils of different origin. Australian Journal of SoilResearch, Collingwood, v. 43, p. 225-237, 2005.DOERR, S. H.; SHAKESBY, R. A.; WALSH, R. P. D. Soilwater repellency: it causes, characteristics and hydro-geomorphological significance. Earth-Science Reviews,Swansea, v. 51, p. 33-65, 2000.FRANCO, C. M. M.; CLARKE, P. J.; TATE, M. E.; OADES, J.M. Hydrophobic properties and chemical characterisation ofnatural water repellent materials in Australian sands. Journalof Hydrology, Adelaide, v. 231-232, p. 47-58, 2000.HANSEL, F. A.; AOKI, C. T.; MAIA, C. M. B. F.; CUNHAJÚNIOR, A.; DEDECEK, R. A. Comparison of two alkalinetreatments in the extraction of organic compounds associatedwith water repellency in soil under Pinus taeda. Geoderma,Amsterdam, v. 148, p. 167-172, 2008.JANSEN, I.; KRUMMELBEIN, J.; REINERT, D. J.; REICHERT,J. M.; HORN, R. Water repellency of ferralsol as a function oftexture and soil depth. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE MANEJOE CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA, 16., 2006,Aracaju. Novos desafios do carbono no manejoconservacionista: resumos e palestras. Aracaju: SociedadeBrasileira de Ciência do Solo, 2006. 1 CD-ROM.JOHNSON, M. S.; LEHMANN, J.; STEENHUIS, T. S.; OLIVEI-RA, L. V.; FERNANDES, E. C. M. Spatial and temporalvariability of soil water repellency of Amazonian pastures.Australian Journal of Soil Research, Collingwood, v. 43,p. 319-326, 2005.LETEY, J. Measurement of contact angle, water droppenetration time, and critical surface tension. In: SYMPOSIUMON WATER-REPELLENT SOILS, 1968, Riverside. Proceedings.Riverside: University of California, 1969. p. 43–47. Edited byLeonard F. DeBano and John Letey.MAIA, C. M. B. F.; DEDECEK, R. A.; MALUCELLI, C. S.Identificação de repelência à água em solos sob plantiosflorestais. Colombo: Embrapa Florestas, 2005. 6 p. (EmbrapaFlorestas. Comunicado técnico, 147).PÉREZ, D. V.; SIMÃO, S. M.; SALATINO, A. Identificação ecaracterização da repelência á água em alguns solos brasilei-ros. Revista Brasileira de Ciências do Solo, Rio de Janeiro,v. 22, p. 197-207, 1998.SANTOS, H. G.; JACOMINE, P. K. T.; ANJOS, L. H. C.;OLIVEIRA, V. A.; OLIVEIRA, J. B.; COELHO, M. R.;LUMBRERAS, J. F.; CUNHA, T. J. F. (Ed.). Sistema Brasileirode Classificação de Solos. 2. ed. Rio de Janeiro: EmbrapaSolos, 2006. 306 p.WALLIS, M. G.; HORNE, D. J. Soil water repellency.Advances in Soil Science, Boca Raton, v. 20, p. 91-146,1992.Exemplares desta edição podem ser adquiridos na:Embrapa FlorestasEndereço: Estrada da Ribeira Km 111, CP 319Fone / Fax: (0**) 41 3675-5600E-mail: sac@cnpf.embrapa.br1a edição1a impressão (2008): conforme demandaPresidente: Patrícia Póvoa de MattosSecretária-Executiva: Elisabete Marques OaidaMembros: Álvaro Figueredo dos Santos, Dalva Luiz deQueiroz Santana, Edilson Batista de Oliveira, EleniceFritzsons, Jorge Ribaski, José Alfredo Sturion, MariaAugusta Doetzer Rosot, Sérgio AhrensSupervisão editorial: Patrícia Póvoa de MattosRevisão de texto: Mauro Marcelo BertéNormalização bibliográfica: Elizabeth Câmara TrevisanEditoração eletrônica: Mauro Marcelo BertéComitê dePublicaçõesExpedienteComunicadoTécnico, 206CGPE 7335

Indução à repelência à água em solo arenoso o partir de extratos naturais hidrofóbicos.

http://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/bitstream/doc/315486/1/comtec206.pdf

Indução à repelência à água em solo arenoso o partir de extratos naturais hidrofóbicos.

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Infoteca-e