Frações da matéria orgânica e composição molecular de substâncias húmicas de solos sob cultivo de eucalipto em biomas distintos

Abstract

O eucalipto é uma essência florestal de rápido crescimento que durante o ciclo e após a colheita aporta ao solo grande massa de resíduos, os quais podem contribuir para a formação da matéria orgânica do solo (MOS). A presente tese teve como objetivos gerais: i) avaliar o impacto do cultivo do eucalipto nas frações da MOS em solos de texturas distintas no Rio Grande do Sul; ii) avaliar as alterações nos estoques de C e N em frações da MOS sob influência da duração da rotação, e do tempo após a reforma de povoamentos de eucalipto; iii) realizar caracterização mais aprofundada da composição molecular de ácidos fúlvicos (AF) e húmicos (AH) de solos sob cultivo do eucalipto em biomas distintos no Brasil, por meio de técnicas de espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) do 13C. No primeiro estudo verificou-se que o solo argiloso sob cultivo do eucalipto (segunda rotação) apresentou estoques menores de C-AH, C associado à humina (C-HU) e à biomassa microbiana (C-BM), mas não se observaram diferenças nos estoques C orgânico total (COT), C associado à matéria orgânica leve (C-MOL) e C-AF em relação àquele sob mata nativa. No solo arenoso com povoamentos de eucalipto em segunda rotação houve maiores estoques de COT, C-MOL, C-AH e C-AF do que os observados no solo da mata nativa. O solo argiloso sob eucalipto estocou mais COT e substâncias húmicas (SH) que o solo arenoso. Ao contrário, os estoques de C-MOL e C-BM em áreas cultivadas sob eucalipto foram maiores no solo arenoso. O solo argiloso apresentou maior capacidade de armazenar MOS e SH, em razão dos maiores teores de argila. No segundo estudo constatou-se decréscimo nos estoques de COT, C-HU e C-MOL após 10 anos de cultivo com eucalipto em solo originalmente sob campo nativo. Contudo, observou-se recuperação dos estoques de C-BM e C-AF. No eucalipto com 13 anos observavam-se aumentos nos estoques de COT, C-AF, C-AH, C-MOL (0-100 cm) e C-BM (0-60 cm). Na fração humina aumento no estoque de C só foi observado após 22 anos de cultivo de eucalipto. Quando se procedeu à reforma de povoamentos com 13 anos de idade ocorreram aumentos no estoque do COT, C-AF, C-AH, C-HU e N-HU após um ano da reforma (0-100 cm), mas nesse período houve reduções no C-MOL e C-BM. Quatro anos após a reforma ainda eram observados menores estoques de C-MOL e frações mais estáveis da MOS em relação ao solo do campo nativo. Assim, o cultivo de eucalipto com rotações curtas e reformas mais freqüentes parece não fornecer o tempo suficiente para a recuperação da MOS em razão da decomposição continuada da MOS e da baixa contribuição da serapilheira nos anos iniciais após a reforma. No terceiro estudo o uso de RMN de 13C com as técnicas de polarização direta, e alta rotação da amostra em torno do ângulo mágico (DP/MAS, do inglês "Direct Polarization/Magic Angle Spinning"), polarização cruzada com supressão total das bandas laterais (CP/TOSS, do inglês "Cross Polarization/Total Suppression of Sidebands"), e filtro de anisotropia do deslocamento químico (CSA, do inglês "Chemical Shift Anisotropy") permitiram a estimativa acurada do grau de aromaticidade das SH. A aromaticidade baseada em experimentos de DP/MAS foi maior que aquela baseada em experimentos de CP/TOSS. Os principais grupos identificáveis foram aromáticos, grupos COO, peptídeos, ligninas, carboidratos e alifáticos não polares. A substituição da vegetação nativa por eucalipto aumentou a contribuição relativa de grupos alifáticos não polares em AH de solos previamente sob Mata Atlântica, no Espírito Santo, Campo Nativo, no Rio Grande do Sul e Cerrado, em Minas Gerais (Curvelo). Tendência similar foi observada para o AF. Existem evidências de contribuição substancial de ligninas para AH e AF de solos sob pastagens plantadas de Brachiaria sp. Em todos os biomas a técnica de defasagem dipolar confirmou a presença de C em compostos aromáticos condensados, possivelmente como contribuição de material herdado de queima natural e antrópica. A relação alquil/O alquil (A/O-A) decresceu do AH para o AF, revelando grau mais avançado de humificação do primeiro.

The eucalypt is a fast growing forest species. During its growth cycle and after its harvest contributes to the soil a large amount of biomass, which can contribute to formation of soil organic matter (SOM). The present thesis has as general goals: i) to evaluate the impact of eucalypt cultivation on C and N in fractions of SOM in soils of different texture in Rio Grande do Sul State; ii) to evaluate the alterations in the stocks of C and N in SOM fractions under influence of the rotation duration, and time after harvest and new planting of eucalypt plantations and; iii) to carry out characterization of molecular composition of fulvic acids (FA) and humic acids (HA) from soils under eucalypt cultivation in different biome in Brazil through 13C Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. In the first study it was verified that the clayey soil under eucalypt cultivation (second rotation) presented smaller stocks of C-HA, C associated to humin (C-HU) and the microbial biomass (C-MB), and similar total organic C stock (TOC), C associated to the light organic matter (C-LOM) and C-FA in comparison to the soil under native forest. In the sandy soil with eucalypts plantations in the second rotation there were larger stocks of TOC, C-LOM, C-HA and C-FA than in the forest soil. The clayey soil under eucalypt plantation stored more TOC and humic substances (HS) than the sandy soil. On the other hand, the stocks of C-LOM and C-MB were larger in sandy soil under eucalypt. The clayey soil presented larger capacity to store SOM and HS, because of greater clay content. In the second study a decrease was verified in the TOC, C-HU and C-LOM stocks after 10 years of eucalypt cultivation in a soil previously under native grassland. However, recovery of the stocks of C-MB and C-FA was observed in this period. In the 13 year old eucalypt increases were observed in TOC, C-FA, C-HA, C-LOM (0-100 cm) and C-MB (0-60 cm) stocks. However C stocks in the HU increased only after 22 years of eucalypt cultivation. When the 13 year old plantations were harvested and a new planting was performed, increases in TOC, C-FA, C-HA, C-HU and N-HU along with reductions in LOM and MB were verified after year (0- 100 cm). After four years of the new planting, decreases were observed in C-LOM stocks and SOM mummified fractions. Eucalypt plantation management with short rotations and more frequent reforms seems not to provide enough time for the recovery of SOM. In the third study 13C NMR associated with advanced procedures of DP/MAS (Direct Polarization/Magic Angle Spinning), CP/TOSS (Cross Polarization/Total Suppression of Sidebands), and CSA (Chemical Shift Anisotropy) allowed obtaining more quantitative estimates of the degree of HS aromaticity. According to the results DP-based aromaticity was greater than the CP-based aromaticity. The major NMR-identifiable components in these HS were primarily: aromatics, COO groups, peptides, lignins, carbohydrate and nonpolar aliphatics. The replacement of native vegetation by eucalypt plantations increases the relative contribution of nonpolar aliphatic groups in HA from soils previously under Atlantic Forest (Sooretama and Montanha sites), grassland and the Cerrado (Curvelo site only) biomes. The same trend was observed for FA. There is evidence of substantial contribution of lignin-derived C for HA and FA, especially in sites planted with Brachiaria sp pastures. In all biomes the dipolar dephasing technique confirmed the presence of condensed C in the aromatic regions, possibly inherited from charred materials derived from natural and anthropic fires in the region. The ratio of alkyl to O alkyl (A/O-A ratio) decreased from HA to FA, revealing a more advanced humification degree of HA.