Variabilidade espacial dos teores de elementos maiores e traços em solos do Estado de Minas Gerais

Abstract

O solo é um recurso natural finito que oferece suporte a diversas atividades humanas. Produto da interação entre o material parental, o clima, a vegetação, os organismos vivos e outros fatores, o solo possui uma grande diversidade. Essa diversidade pedológica é expressa em diversidade de seus teores de elementos químicos. Nesse sentido, o presente estudo objetivou analisar a variabilidade espacial dos teores de metais, semimetais e ametais na camada superficial de solos do Estado de Minas Gerais. O Estado de Minas Gerais possui uma área de 588.384 km2 e diversidade pedo-geológica ímpar no país. Fez-se uso dos resultados analíticos de 499 amostras de solo coletadas com o intuito de representar a diversidade pedo-geológica do Estado. Foram utilizados os teores de Al, As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sr, V e Zn extraídos por solubilização ácida, conforme o método SW 3051A. Foram realizadas análises estatísticas descritivas dos teores de elementos químicos e cálculo do coeficiente de correlação de Spearman. Os teores foram padronizados para análise de agrupamento cluster por distância euclidiana e pelo método de Ward. Os teores foram submetidos a testes prévios para avaliar a dependência espacial, e em seguida interpolados para todo o território estadual por krigagem ordinária. Um mapa de erro padronizado de predição também foi confeccionado, seguindo os mesmos parâmetros definidos para a krigagem ordinária. Através do semivariograma foi testada a influência da litologia e da classificação do solo na distribuição espacial dos teores. A partir dos parâmetros da krigagem ordinária e do mapa de erro padronizado de predição foram definidas áreas prioritárias para reamostragem, com o intuito de reduzir os valores de erro da interpolação. Foram registrados teores médios mais elevados que em outros estudos em solos brasileiros. Registraram-se também elevados valores de desvio-padrão, confirmando a elevada diversidade pedológica do Estado. Em geral, foi registrada correlação significativa entre os elementos. A análise cluster permitiu identificar três grupos de elementos químicos com comportamentos distintos: i) elementos maiores, residuais, que formam minerais secundários de alta resistência ao intemperismo em condições ácidas e oxidantes; ii) elementos mais solúveis, com elementos mais susceptíveis à lixiviação, e; iii) elementos menores e traços, com elementos que formam minerais primários altamente instáveis em condições ácidas e oxidantes, e associados à enriquecimento geogênico. Todos os elementos registraram dependência espacial. Os maiores teores médios foram registrados nas Províncias São Francisco e Paraná, e os menores na Província Mantiqueira. Os Cambissolos Háplicos registraram os maiores teores médios e os maiores valores de desvio-padrão, indicando que o incipiente grau de pedogênese desses solos confere elevados teores de elementos químicos, e que a diversidade de materiais de origens nesses solos se expressa em diversidade de teores. Os Neossolos Quartzarênicos apresentaram os menores teores de elementos químicos. Esse resultado é relacionado ao baixo conteúdo de argilo-minerais que atuariam na co-precipitação de elementos químicos ao longo do processo de pedogênese. Foi registrada diferença significativa dos teores médios entre as províncias geológicas, mas não foi registrada entre as subordens de solo. Isso sugere que o material de origem influencia mais os teores dos elementos químicos no solo do que o processo de pedogênese. Tal resultado foi confirmado pelo teste de semivariograma transformado. O mapa de erro padronizado de predição permitiu identificar 181 novas amostras com relevância espacial para coleta. A simulação de um novo mapa de erro de predição com a reamostragem permitiu reduzir os valores de erro de predição para valores aceitáveis em mais de 80 % da área do Estado para todos os elementos químicos, exceto As, Cu e V. Foi possível identificar sete grupos de amostras, com teores médios estatisticamente diferentes.

Soil is a finite natural resource that supports various human activities. Produced by the interaction between the parental material, climate, vegetation, organisms and other factors, the soil has a great diversity. This diversity is expressed in geochemical diversity. The present study aimed to analyze the spatial variability of major, minor and trace elements in the soil surface layer of Minas Gerais State, Brazil. Minas Gerais State has an area of 588,384 km 2 and a highlighted pedo- geological diversity in the country. We used the analytical results of 499 soil samples collected in order to represent the pedo-geological diversity. We used the contents of Al, As, B, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sr, V and Zn extracted by solubilizing acid as described in Method SW 3051A. Descriptive statistical analyzes were performed in the contents of chemical elements and calculating the Spearman correlation coefficient. The content were standardized for cluster analysis by Euclidean distance and the Ward method. The contents were tested prior to evaluate the spatial dependence, and then interpolated to the State territory by ordinary kriging. A map of standardized prediction error was made using the same parameters defined for ordinary kriging. Through the semivariogram was tested the influence of lithology and soil classification in the spatial distribution of the content of chemical elements. The parameters of the kriging error map and standardized prediction were utilized to define priority areas for resampling, with the aim of reducing the interpolation error values. Were recorded average contents higher than in other studies in Brazilian soils. Also recorded high valuesof standard deviation, confirming the high pedological diversity in Minas Gerais. In general, there was a significant correlation between the elements. The cluster analysis identified three groups of chemical elements with different behavior: i) major elements, which form stable secondary minerals under oxidant and acidic weathering; ii) more soluble elements, with elements more prone to leaching, and; iii) minor and trace elements, with elements that form highly unstable primary minerals in acidic and oxidizing conditions, and associated with geogenic enrichment. All elements reported spatial dependence. The highest average contents were recorded in San Francisco and Paraná provinces, and lowest in the Mantiqueira Province. We identified significant statistical difference of mean content of chemical elements between lithological provinces. The Haplic Cambisols registered the highest average levels and the highest standard deviations, suggesting that the incipient pedogenetical development gives higher chemical concentrations in these soils, and that the high diversity of parental materials is reflected in the chemical composition of soils. The Arenosols showed the lowest levels. This is associated to low clay concentrations in these soils. We did not identified significant significant difference of mean content of chemical elements between soil classification, but found it between geological province, suggesting that parental material is more influent in chemical composition of soils than pedogenesis. This result was confirmed bu transformed semivariogram analysis. The standardized prediction error map identified 181 new relevant samples. The simulation of a new map of prediction error with resampling allowed reducing the values of the prediction error to acceptable values by more than 80% of the state area for all chemical elements except As, Cu and V. It was possible to identify seven groups of samples, with mean levels statistically different.