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Tipo: Tese
Título: Utilização de carvão vegetal no solo para redução do impacto ambiental da aplicação de herbicidas
Use of charcoal into the soil to reduce the environmental impact of the application of herbicides
Autor(es): Abreu, Adley Bergson Gonçalves de
Abstract: O objetivo deste trabalho foi estudar a sorção e a lixiviação de herbicidas em latossolos e otimizar um método de mitigação da lixiviação destes compostos utilizando carvão vegetal. Esta tese está dividida em quatro capítulos. No primeiro foi avaliado o comportamento dos herbicidas alachlor e metolachlor no solo, quanto ao potencial de lixiviação destes compostos. Foram utilizadas técnicas de avalição direta e indireta. Os estudos foram conduzidos em colunas de solo estruturado, em condições de campo, e complementados com estudos de sorção, isotermas de sorção (modelo isotérmico de Freundlich) e modelagem matemática empregando o modelo RF. Para fazer as analises dos herbicidas nas amostras de águas utilizou-se a técnica de microextração em fase sólida. No segundo foi avaliado o potencial atenuador do carvão, quando utilizado como condicionador do solo. Foram avaliadas as potencialidades do carvão em alterar as propriedades químicas sortivas do solo. Um planejamento experimental, com fatorial de 24 completo, foi delineado para averiguar como a adição do carvão em dois níveis de concentração e granulometria podem afetar as propriedades químicas e sortivas de um latossolo vermelho (LV) com e sem adição de calcário. Os efeitos dos fatores e suas interações foram averiguados estatisticamente por análise de variância (ANOVA) com base nos gráficos de Pareto. No terceiro foi realizado um estudo mais aprofundado sobre como o carvão vegetal altera a capacidade de um solo sorver o herbicida ametryn. Foram realizados estudos de sorção usando o método “batch equilibrium” em três composições de amostras: LV (2,0 g de solo), CA (0,10 g de carvão) e LV- CA5% (1,90 g de solo + 0,10 g de carvão). Os resultados obtidos foram ajustados aos modelos de isoterma de sorção de Freundlich, Langmuir e Sips. Os métodos estatísticos utilizados, para averiguar o ajuste dos modelos, foram a analise do coeficiente de determinação (R2) e a análise do gráfico de resíduos.No quarto foi avaliado a ação mitigadora do carvão vegetal na lixiviação dos herbicidas ametryn e atrazine. Foram feitos estudos do tempo de equilíbrio e sorção/dessorção e lixiviação, com solos contendo 0% 1% e 3% de carvão. Neste trabalho o estudo de lixiviação foi feito com colunas de lixiviação construídas com tubos de PVC e com canaletas instaladas nas colunas para coletar água, ou seja, a ideia foi avaliar a lixiviação em diferentes profundidades da coluna e não apenas analisar a água que tenha percolado toda a coluna. Os resultados e as conclusões obtidas em cada capítulo foram as seguintes: No primeiro capítulo os valores da constante de Freundlich (KF) para o alachlor indicam baixa sorção e já o modelo RF classificou este herbicida como imóvel ou moderadamente imóvel, para o s-metolachlor foram obtidos valores de KF e RF inferiores ao do alachlor. Nas amostras de água coletadas nos lisímetros as concentrações encontradas para o alachlor foram de 3,75 a 237,98 μg L-1 e as encontradas para o s-metolachlor foram de 2,93 a 153, 64 μg L-1. Com os resultados obtidos conclui-se que os herbicidas estudados apresentam baixa retenção no solo estudado e que nos experimentos com lisimetros os herbicidas alachlor e s-metolachlor apresentaram alto potencial de lixiviação. No segundo capítulo o sistema formado por solo e 5% de carvão com diâmetro igual ou inferior á 0,1 mm sem a adição de calcário teve influências significativas nas propriedades químicas do solo, proporcionando um aumento em média de 47, 44 e 253 % nas concentrações de cálcio, magnésio e potássio respectivamente, e elevou o pH, o teor de matéria orgânica, e a concentração de cátions trocáveis no solo. Este mesmo sistema alterou de forma significativa o comportamento sortivo do solo o que proporcionou um aumento de 4 vezes a adsorção do herbicida ametryn. O carvão vegetal produzido em carvoaria pode ser utilizado como um condicionador do solo estudado e agente mitigador da lixiviação do herbicida ametryn. No terceiro capítulo o modelo de Langmuir apresentou o pior ajuste e o de Freundlich o melhor ajuste, os valores de R2 para o modelo de Sips foram próximos aos encontrados para o modelo de Freundlich, os gráficos de resíduos confirmaram a simplificação da isoterma de Sips na isoterma de Freundlich. A alteração da isoterma do tipo C para isoterma do tipo L mostra uma ação direta do carvão vegetal no comportamento sortivo do solo. A amostra CA apresentou um KF 250 vezes maior que o KF da amostra LV. Na amostra LV-CA5%, em concentrações baixas de ametryn, a sorção ocorre apenas no carvão, a medida que aumenta a concentração do herbicida tende a saturação dos sítios do carvão e a sorção passa o correr nos sítios do solo. Conclui-se que a adição de carvão vegetal em um solo com baixo teor de matéria orgânica irá aumentar sua capacidade sortiva, e desta forma ajudará na mitigação da lixiviação de pesticidas, contribuindo para a manutenção da qualidade das águas subterrâneas. No quarto capítulo a adição de 3% de carvão reduziu o tempo necessário para atingir equilíbrio do ametryn e atrazine para 8 e 4 h respectivamente. A adição de 1 e 3% de carvão proporcionaram o aumento da sorção e uma diminuição na dessorção do ametryn e atrazine. A alteração no comportamento sortivo foi mais significativa para o ametryn. No solo estudado a adição de 1% de carvão não foi capaz de mitigar a lixiviação do ametryn e atrazine, mas o solo condicionado com 3% de carvão mitigou quase que a metade do lixiviado. Conclui-se que para o solo estudado recomenda-se o condicionamento com 3% de carvão para ter efetividade na mitigação da lixiviação dos herbicidas ametryn e atrazine. O objetivo deste trabalho foi alcançado, pois foi comprovada a ação mitigadora do carvão vegetal na lixiviação de agrotóxicos e foi demonstrado seu potencial como condicionador do solo, por melhorar a fertilidade do mesmo. Por ser um material de fácil aquisição e proveniente de área de reflorestamento o uso deste produto pode ser popularizado como um importante insumo agrícola.
The objective of this work was to study the sorption and leaching of herbicides in oxisols and optimize a method of mitigating the leaching of these compounds using charcoal. This thesis is divided into four chapters. In the first, the behavior of herbicides alachlor and metolachlor in soil was evaluated, for the potential of leaching of these compounds. Direct and indirect evaluation techniques were used. The studies were conducted in structured soil columns, under field conditions, and complemented by sorption studies, sorption isotherms (Freundlich isothermal model) and mathematical modeling using the RF model. To do the analysis of herbicides in the water samples, microextraction technique of the solid phase was used. In the second, the attenuator potential of the coal was evaluated when used as a soil conditioner. The coal potentials were evaluated in changing the sorption chemical properties of soil. An experimental plan, with a factor of 24 complete, was designed to investigate how the addition of coal in two levels of concentration and particle size can affect the chemical and sorptive properties in a oxisol (LV) with and without addition of limestone. The effects of the factors and their interactions were checked statistically by analysis of variance (ANOVA) based on Pareto charts. In the third one, further study was conducted on how charcoal changes the capacity of a soil sipping ametryn herbicide. Sorption studies were performed using the batch equilibrium method on three compositions samples: LV (2.0 g of soil), AC (0.10 g charcoal) and LV-CA5% (1.90 g soil + 0.10 g of charcoal). The results were adjusted to the Freundlich sorption isotherm, Langmuir and Sips models. Statistical methods used to assess the adjustment of the models were the analysis of the coefficient of determination (R2) and the analysis of residues chart. On the fourth, the mitigating action of charcoal in leaching ametryn and atrazine was evaluated.Studies of the time of balance and sorption/desorption and leaching in soils containing 0%, 1% and 3% of coal were done. In this work the study of leaching was done with leaching columns built with PVC pipes and channels installed on the columns to collect water, therefore, the idea was to evaluate leaching at different depths of the column, not only to analyze the water that has percolated the entire column. The findings and conclusions in each chapter are as follows: In the first chapter the constant values of Freundlich (KF) for alachlor indicate low sorption and the RF model rated this herbicide as unmovable or moderately unmovable, in the s-metolachlor they obtained KF and RF values lower than that of alachlor. In water samples collected in lysimeters the concentrations found for alachlor were 3.75 to 237.98 ug L-1 and the ones found for s-metolachlor were 2.93 to 153, 64 ug L-1. With the results obtained it is concluded that the herbicides studied have low retention in the soil studied and that in the experiments with lysimeters the herbicides alachlor and metolachlor-s showed high leaching potential. In the second chapter, the system formed by soil and 5% coal with diameters equal or less than 0.1 mm without the addition of limestone had significant influences on the chemical properties of the soil, resulting in an increase in average 47, 44 and 253% in the concentrations of calcium, magnesium and potassium, respectively, and increased the pH, organic matter content, and the concentration of exchangeable cations in the soil. This same system significantly altered the sorptive behavior of the soil which afforded an increase of 4 times the herbicide adsorption of ametryn. The charcoal produced in coal may be used as a studied soil conditioner and mitigating agent of the leaching of the herbicide ametryn. In the third chapter the Langmuir model had the worst adjustment and Freundlich the best adjustment, the R 2 values for the Sips model were close to those found for the Freundlich model, the residual charts confirmed the simplification of Sips isotherm in Freundlich isotherm. Changing the Type C isotherm for the L-type shows a direct action of charcoal on sorption behavior of the soil. The CA sample had a KF 250 times higher than the KF of the LV sample. In the LV-CA5% sample, at low concentrations of ametryn, the sorption occurs only in the coal, as it increases the concentration of the herbicide tends to saturation of the carbon sites and the sorption starts to occur on soil sites. We conclude that the addition of charcoal in a soil low in organic matter will increase their sorption capacity, and thus help in mitigating pesticide leaching, contributing to the maintenance of the quality of underground water. In the fourth chapter the addition of 3% coal reduces the time required to reach equilibrium for atrazine and ametryn, 8 and 4 h respectively. The addition of 1 and 3% charcoal provided increasing sorption and decrease in desorption in ametryne and atrazine. The change in sorption behavior was more significant for the ametryn. In the soil studied the addition of 1% of charcoal was not able to mitigate the leaching of atrazine and ametryn, but the conditioned soil with 3% charcoal mitigated almost half the leachate. We conclude that the studied soil is recommended a conditioning with 3% charcoal to be effective in mitigating the leaching of ametryn and atrazine. The objective of this work was achieved because it was proven that the mitigating action of charcoal in leaching of pesticides and it demonstrated its potential as a soil conditioner for improving fertility. Because it is an easy material to acquire and reforestation area from the use of this product can be popularized as an important agricultural input.
Palavras-chave: Solos - Efeito de herbicidas
Solos - Lixiviação
Solos - Sorção
Carvão vegetal
CNPq: Química Analítica
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: ABREU, Adley Bergson Gonçalves. Utilização de carvão vegetal no solo para redução do impacto ambiental da aplicação de herbicidas. 2015. 98f. Tese (Doutorado em Agroquímica) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2015.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/8524
Data do documento: 27-Jul-2015
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