ESTOQUES DE MATÉRIA ORGÂNICA DE UM SOLO
CONSTRUÍDO APÓS A MINERAÇÃO DE CARVÃO COM
DIFERENTES IDADES DE IMPLANTAÇÃO DE GRAMÍNEAS
Otávio dos A. Leal(1); Rosa Maria V. Castilhos; Letiane H. Penning; Elisa S. Lemes;
Eloy A. Pauletto; Clenio N. Pillon. (1) Doutorando, Programa de Pós-graduação em Ciência do
Solo, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves, nº 7712, CEP: 91540-000, caixa
postal: 15100, Porto Alegre/RS
Email: [email protected]
RESUMO
A principal reserva de carvão mineral brasileira encontra-se no município de Candiota/RS, onde o carvão
é explorado à céu aberto. Após a mineração é realizada a recomposição topográfica da área, originando os
chamados solos construídos. Estes solos normalmente apresentam baixos estoques de matéria orgânica,
sendo a mesma um dos principais indicadores da qualidade do solo. Portanto, após a mineração é
necessária implantação de coberturas vegetais no solo construído, buscando elevar os estoques de matéria
orgânica e proteger o solo dos processos erosivos. Sendo assim, este trabalho objetivou avaliar os
estoques de matéria orgânica de um solo construído vegetado com diferentes espécies. Avaliou-se dois
experimentos em um solo construído, em Candiota/RS, um com seis anos (E6), e outro com dois anos
(E2). Os tratamentos constituíram-se de coberturas vegetais: Hemártria (T1), Pensacola (T2), Grama
Tífton (T3) e Braquiária Brizantha (T4), no E6 e T1 – Vaqueiro, T2 – Braquiária Brizantha, T3 –
Tanzânia, T4 – Braquiária Humidícola, T5 – Hemártria e T6 – Tifton, no E2. Amostrou-se o solo na
camada de 0,00 a 0,03m nos tratamentos acima e em área adjacente amostrou-se um solo construído
descoberto (T8) e um solo natural (Argissolo Vermelho) com vegetação nativa (T9), para comparação.
Determinou-se os teores de carbono orgânico total (COT) do solo, a densidade do solo e os estoques de
carbono orgânico total. Não foram verificadas diferenças nos teores e estoques de COT no E6 e o mesmo
ocorreu no E2. Entretanto, em ambos os experimentos as coberturas vegetais elevaram estes valores em
relação ao T8, mostrando uma tendência de recuperação do solo construído. Já em relação ao solo natural,
nenhuma das coberturas avaliadas, tanto em E6 como em E2, alcançou os teores e estoques de COT deste
solo.
PALAVRAS-CHAVE: recuperação, área degradada, Candiota, vegetação
1. INTRODUÇÃO
No estado do Rio Grande do Sul (RS), no município de Candiota/RS, encontrase a maior jazida de carvão mineral do país, com reservas que atingem um bilhão de
toneladas passíveis de serem mineradas à céu aberto, até uma profundidade de 50
metros (CRM, 2011). Conforme a extração do carvão vai sendo realizada, as cavas de
mineração vão sendo preenchidas com material não aproveitado e com o solo que
anteriormente à mineração encontrava-se na superfície. Com isto, são formados os
chamados “solos construídos”, também chamados de minesoils.
Devido aos processos de mineração e “construção” do solo, os solos construídos
normalmente apresentam mistura de horizontes, fazendo com que os mesmos
apresentem características muito diferentes daquelas anteriores à mineração. Dentre
outras características, os solos construídos tendem a apresentar baixo pH, elevada
densidade do solo, estrutura inadequada, baixa disponibilidade de nutrientes, baixa
capacidade de retenção de água, baixo potencial para produção de biomassa vegetal e
baixos teores de matéria orgânica, dificultando o processo de recuperação do solo
degradado (Shukla e outros, 2004; Sever e Makineci, 2009).
Apesar da dificuldade na recuperação de solos construídos após a mineração, as
empresas mineradoras são obrigadas, de acordo com a constituição de 1988 da
República Federativa do Brasil, a recuperar a área degradada, possibilitando que o solo
tenha uma capacidade produtiva aceitável. A separação da camada superficial do solo
antes dos processos de mineração serem iniciados e a posterior disposição desta camada
sobre o solo construído facilitam o processo de recuperação do mesmo, pois as camadas
superficiais são aquelas que geralmente apresentam maior fertilidade e teor de matéria
orgânica e possuem um banco natural de sementes que farão a vegetação do solo
(Quiñones, 2004).
A matéria orgânica tem sido utilizada como um dos principais indicadores da
qualidade do solo, pois ela afeta direta e/ou indiretamente atributos químicos, físicos e
biológicos do solo. Rajan e outros. (2010), buscando o melhor indicador da qualidade
de solos degradados, avaliaram 12 indicadores de qualidade do solo, dentre eles:
densidade do solo, água disponível, micro-agregados do solo, nitrogênio e fósforo
disponíveis, carbono orgânico e carbono da biomassa microbiana. Estes autores
concluíram que o melhor indicador para solos degradados foi o carbono orgânico e de
acordo com Shrestha e Lal (2006), a MOS é o indicador chave para solos construídos
em recuperação. Segundo Corrêa (2009), substratos minerados normalmente apresentam
teores de MOS abaixo de 1% e elevar esse valor para 2%, no mínimo, é essencial para o
sucesso de uma vegetação.
A elevação dos estoques de matéria orgânica de solo construídos pode ser
realizada através da implantação de coberturas vegetais sobre o solo, protegendo-o dos
processos erosivos provocados principalmente pelas chuvas e incorporando material
orgânico ao mesmo. Segundo Tordoff e outros. (2000), a adição de materiais orgânicos
ao solo desempenha três papéis principais: a) melhora a condição física e favorece o
desenvolvimento de raízes, aumentando especialmente a capacidade de retenção de
água e nutrientes; b) aumenta o fornecimento de nutrientes para as plantas e de energia e
nutrientes para a microbiota, restabelecendo a atividade biológica e a ciclagem dos
nutrientes essenciais à vegetação; c) em casos de solos contaminados, contribuem para
amenizar a fitotoxidez dos contaminantes.
Bendfelt e outros. (2001) avaliaram os efeitos de materiais orgânicos na
reabilitação de solo de mineração na Virgínia. Foram avaliados: serragem, lodo de
esgoto, vegetação com Pinus sp. e Festuca arundinaceae e monitorou-se vários
atributos do solo durante 16 anos. Estes autores concluíram que os efeitos da adição de
serragem e lodo na qualidade do solo, não foram duradouros, melhorando o estoque de
MOS apenas por curto período de tempo e o custo de transporte e aplicação, pode não
justificar a melhoria na qualidade do solo. Já na adição de matéria orgânica ao solo
através da vegetação, ficou evidente a vantagem deste processo, embora seja um
processo de adição um pouco mais lento.
Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de coberturas vegetais
sobre os estoques de carbono orgânico de um solo construído após a mineração de
carvão no Sul do Brasil, em Candiota/RS.
2.
2.1
MATERIAL E MÉTODOS
Caracterização da área experimental
O local de realização do experimento encontra-se no município de Candiota/RS,
a 400 km da capital Porto Alegre, na região da Campanha do estado do Rio Grande do
Sul (RS), com altitude de 230 m e coordenadas geográficas de 31° 33' 55,5"S e 53° 43'
30,6"W.
O clima da região foi classificado (Wilhelm Köppen) como sendo do tipo
subtropical úmido (Cfa). O solo da área experimental é um solo construído após a
mineração de carvão a céu aberto (Figuras 1 e 2), caracterizado pela mistura de
horizontes A, B e C, com acentuado predomínio de horizonte B, pertencendo à classe
textural Argila. O solo natural, anterior à mineração, foi classificado como Argissolo
Vermelho Eutrófico típico (Embrapa, 2006) e pertence à classe textural Franca (Tabela
1).
Sobre o solo construído foram instalados dois experimentos (Figuras 3 e 4), um
iniciado em novembro/dezembro de 2003 (SV6) e outro iniciado em setembro/outubro
no ano de 2007 (SV2). Os delineamentos experimentais foram de casualização por
blocos com quatro repetições por tratamento, sendo cada uma delas representada por
uma parcela de 20 m2 (4m x 5m). Em ambos os experimentos os tratamentos foram
compostos por espécies de coberturas vegetais. No SV6 os tratamentos eram compostos
de espécies vegetais “solteiras” e consorciadas: Hemártria (Hemarthria altissima (Poir.)
Stapf & C. E. Hubbard), Grama Tifton (Cynodon dactilon (L.) Pers.) + Amendoin
forrageiro (Arachis pintoí); Hemártria + Amendoin forrageiro; Pensacola (Paspalum
notatum Flüggé); Grama Tifton; Pensacola + Amendoin forrageiro e Braquiária
Brizantha (Brachiaria brizantha (Hochst.) Stapf). Considerando que o amendoim
forrageiro não se estabeleceu foram avaliados apenas os tratamentos com os cultivos
solteiros, procedendo a denominação dos tratamentos da seguinte forma: Hemártria
(T1), Pensacola (T2), Grama Tífton (T3) e Braquiária Brizantha (T4). No SV2 os
tratamentos avaliados foram os seguintes: T1 – Vaqueiro (Cynodon dactilon (L.) Pers.);
T2 – Braquiária (Brachiaria brizantha (Hochst.) Stapf); T3 – Tanzânia (Panicum
maximum Jacq); T4 – Braquiária humidícola (Brachiaria humidicola (Rendle)
Schweickt); T5 – Hemártria (Hemarthria altissima (Poir.) Stapf & C. E. Hubbard) e T6
– Tífton (Cynodon dactilon (L.) Pers.).
Como forma de obter parâmetros comparativos com os tratamentos dos
experimentos SV6 e SV2 foram coletadas amostras de solo em duas áreas adjacentes à
área experimental, uma área de solo construído sem coberturas vegetais (T8) (Figura 5)
e uma área de solo natural com vegetação nativa composta principalmente por arbustos
(T9) (Figura 6).
Tabela 1. Granulometria e classe textural das áreas experimentais, vegetada há seis anos
(SV6) e vegetada há dois anos (SV2) e das áreas adjacentes, um solo construído sem
cobertura vegetal e um solo natural sem vegetação nativa.
Tratamentos
Areia
Silte
Argila
-------------------g kg-1---------------------
Classe textural
SV6
T1 - Hemártria
T2 - Pensacola
T3 - Tífton
T4 - Braquiária
298,1
291,9
283,8
289,7
238,3
233,9
246,8
257,7
463,7
474,2
469,7
452,6
Argila
Argila
Argila
Argila
312,8
318,9
307,0
313,3
314,3
315,8
311,7
483,6
219,1
225,6
217,6
207,1
221,8
222,8
231,5
289,1
468,0
455,5
475,4
479,6
463,9
461,4
456,7
227,2
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Argila
Franca
SV2
T1 - Vaqueiro
T2 – Braquiária Briz.
T3 – Tanzânia
T4 – Braquiária Hum.
T5 – Hemártria
T6 – Tífton
T8 - Solo descoberto
T9 - Solo natural
No momento da instalação do experimento foi realizada uma escarificação na
área experimental a uma profundidade de 10 a 15 cm. Após esta escarificação procedeuse a calagem do solo, utilizando-se 10,4 toneladas ha-1 de calcário com PRNT 100%.
Além disso, foram aplicados 900 kg ha-1 da fórmula 5-20-20 (NPK). Durante o período
do experimento, nos meses de outubro/novembro foram aplicados 40 Kg ha-1 de sulfato
de amônio e neste mesmo período eram realizadas capinas manuais para exclusão de
espécies vegetais invasoras.
Em setembro de 2009 foram coletadas as amostras de solo (com pá de corte,
deformando minimamente as amostras) nos dois experimentos e nas áreas adjacentes
aos mesmos, solo construído descoberto (T8) e solo natural (T9). As amostras foram
coletadas na camada superficial do solo (0,00 a 0,03 m). Estas amostras foram levadas
ao Departamento de Solos da Universidade Federal de Pelotas, onde após secarem ao ar,
foram peneiradas em malha de 2,00 mm, resultando em amostras de terra fina seca ao ar
(TFSA). Nas amostras de TFSA analisou-se o teor de carbono orgânico total (COT) em
analisador elementar Truspec (CHN). A densidade do solo (Ds), para posterior obtenção
dos estoques de carbono do solo, foi obtida coletando-se amostras indeformadas de solo
na camada de 0,00 a 0,05 m, utilizando-se anéis volumétricos de 3 cm de altura e 4,85
cm de diâmetro.
Figuras 1 e 2: Área minerada e construção do solo
Figuras 3 e 4: Entrada da área experimental e condição atual da área.
Figuras 5 e 6: Áreas adjacentes ao experimento, solo construído descoberto (T8) e solo
natural com vegetação nativa (T9).
2.2 Análise dos teores de carbono, cálculo do estoque de carbono orgânico total e
análise estatística
As amostras de TFSA foram moídas em gral de ágata e analisou-se o teor de
carbono orgânico total (COT) em analisador elementar Truspec (CHN) na Embrapa
Clima Temperado, Pelotas/RS. O estoque de COT foi obtido com base nos teores de
COT e com base na densidade do solo, conforme mostra a fórmula abaixo:
Teor de COT (g kg-1) X Ds X 0,03 X 100 X 100 X 0,001
Os experimentos foram analisados estatisticamente de forma individual. Para
cada um deles, os resultados de teores e estoques de COT, referentes aos tratamentos
com as coberturas vegetais foram submetidos à análise de variância e ao teste de
Duncan ao nível de 5% de probabilidade. O solo construído descoberto (T8) e o solo
natural (T9) não foram incluídos na análise estatística, pois não faziam parte do
delineamento experimental.
3.
3.1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Solo construído vegetado há seis anos (SV6)
Os teores de COT não diferiram entre os tratamentos com as coberturas vegetais.
Em média, estes tratamentos apresentaram um teor de COT de 13 g kg-1. Sever e
Makineci (2009) encontraram um teor de 14 g kg-1 na camada de 0,00 a 0,03 m de um
solo construído após a mineração de carvão na Turquia, vegetado por 17 anos com
Pinus (Pinus pinaster).
Apesar de nenhuma das coberturas vegetais ter se destacado em relação às
demais, as mesmas resultaram, em média, em um teor de 5,77 g kg-1 a mais de COT em
relação ao solo construído sem coberturas vegetais (T8) (Tabela 2). Esta maior
concentração de carbono resulta em teor um teor de matéria orgânica do solo (MOS) 1%
superior.
Em comparação ao solo natural (T9), as coberturas vegetais resultaram em um
teor de COT, em média, 2,25 vezes inferior, evidenciando que o processo de
recuperação dos teores de COT do solo é relativamente lento.
Tabela 2. Densidade do solo (Ds), teores e estoques de carbono orgânico total (COT) na
camada de 0,00 a 0,03 m de um solo construído vegetado há seis anos (SV6), vegetado
há dois anos (SV2), e sem cobertura vegetal e em um solo natural com vegetação nativa.
Tratamentos
SV6
T1 - Hemártria
T2 - Pensacola
T3 - Tífton
T4 - Braquiária
Média
SV2
T1 - Vaqueiro
T2 – Braquiária Briz.
T3 – Tanzânia
T4 – Braquiária Hum.
T5 – Hemártria
T6 – Tífton
Média
T8 - Solo descoberto
T9 - Solo natural
Teor de COT
g kg-1
Ds
Mg m-3
Estoque de COT
Mg ha-1
15,00 a
12,25 a
10,95 a
13,58 a
12,95
1,36
1,46
1,43
1,41
5,92 a
5,10 a
4,60 a
5,37 a
5,25
10,10 a
12,15 a
12,73 a
9,70 a
10,18 a
10,08 a
10,82
7,18
29,10
1,48
1,39
1,43
1,41
1,42
1,41
4,47 a
5,07 a
5,44 a
4,09 a
4,32 a
4,26 a
4,61
2,93
12,20
1,46
1,47
Médias seguidas de mesma letra na coluna dentro de cada experimento, não diferem estatisticamente pelo
teste de Duncan ao nível de 5% de probabilidade.
Os estoques de COT variaram de 4,60 Mg ha-1 (T3) a 5,92 Mg ha-1 (T1) (Tabela
1). Entretanto esta diferença não foi significativa. Isto provavelmente ocorreu devido ao
pouco tempo de experimento (seis anos) e ao fato de as quatro espécies avaliadas serem
gramíneas. Quando da instalação do experimento tentou-se implantar espécies
leguminosas em consórcio com as presentes gramíneas e em cultivo separado, mas as
condições de clima (estiagem, frio e temperaturas elevadas) e o avançado grau de
degradação do solo construído não possibilitaram o estabelecimento das leguminosas.
Em média as coberturas vegetais resultaram em um estoque de COT 44%
superior ao encontrado no solo construído descoberto (T8), indicando que o processo
de recuperação do solo vegetado encontra-se em andamento.
A constante adição de resíduos sobre o solo natural (T9) e o não revolvimento
do mesmo resultaram num estoque de COT de 12,20 Mg ha-1, ou seja, 7,00 Mg ha-1 a
mais de carbono do que a média do solo com as coberturas vegetais (Tabela 2).
Chatterjee e outros. (2009) compararam o estoque de COT da camada 0,00 a 0,10m de
um solo construído após a mineração de carvão e vegetado durante 11 anos com
espécies arbóreas (Fraxinus americana e Pinus strobes), com o de um solo natural e
observaram que o solo natural apresentou 10 Mg ha-1 a mais de COT do que o solo
construído. Segundo estes autores, o baixo estoque de COT dos solos construídos devese ao aumento da mineralização da MOS, erosão do solo proveniente da baixa
agregação do mesmo e à lixiviação da MOS.
3.2
Solo construído vegetado há dois anos (SV2)
De forma semelhante ao experimento SV6, as coberturas vegetais cultivadas no
SV2 não resultaram em teores de COT diferentes, apesar de os mesmos terem variado
de 9,70 g kg-1 (T4) a 12,73 g kg-1 (T3) (Tabela 2). Neste experimento também tentou-se
implantar espécies leguminosas, o que causaria uma variação na dinâmica da matéria
MOS, podendo resultar em diferentes teores de COT entre os tratamentos. Entretanto,
devido aos mesmos motivos já ditos anteriormente, as leguminosas, como por exemplo
o Amendoim Forrageiro (Arachis pintoi Krap. & Greg.) e o Lotus (Lotus pedunculatus
Cav.) não se estabeleceram.
As coberturas vegetais resultaram, em média, em um teor de COT 3,62 g kg-1
superior ao encontrado no solo construído sem cobertura vegetal. Mostrando que em
dois anos de experimento as plantas já adicionaram carbono ao solo, dando início ao
processo de recuperação do solo degradado. Entretanto, em comparação com o solo
natural (T9), fica evidente, que apesar da recuperação parcial destes teores, eles não se
aproximaram daquele encontrado no solo natural com vegetação nativa, 29,10 g kg-1
(Tabela 2). Em relação a média dos tratamentos com as coberturas vegetais, o T9
apresentou teor de 18,3 g kg -1 a mais de COT.
Os estoques de COT embora variando de 4,09Mg ha-1 a 5,44Mg ha-1, não
diferiram significativamente entre os tratamentos (Tabela 2). Porém, em média, eles
elevaram o estoque de COT em 36% em relação ao solo descoberto (T8), o que segundo
Reeves (1997) promove o aumento na qualidade do solo. Entretanto, este incremento
não foi suficiente para aproximá-lo do solo natural, o qual apresentou um estoque de
COT 62% superior, em média, ao do solo vegetado. Anderson e outros. (2008),
avaliando um solo natural e um solo construído após a mineração de carvão e vegetado
por 11 anos com gramíneas, verificaram que o solo natural, vegetado com arbustos
(Artemisia tridentata, Artemisia cana e Ericameria nauseos) e gramíneas apresentava
um estoque de carbono 59% superior ao solo vegetado.
4.
CONCLUSÕES
As coberturas vegetais elevaram da mesma forma os teores e estoques de
carbono orgânico total do solo em relação ao solo construído descoberto, tanto no
experimento com vegetação implantada há seis anos como no experimento com
vegetação implantada há dois anos.
Nos dois experimentos embora as coberturas vegetais tenham recuperado
parcialmente os teores e estoques de carbono orgânico total, após seis e dois anos de
experimento, esta recuperação foi insuficiente para aproximar-se dos teores e estoques
de COT do solo natural.
5.
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revegetation and reclamation of metalliferous mine wastes. Chemosphere, v. 41, p. 219228, 2000.
6.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq pela bolsa de mestrado e ao Programa de Pós-Graduação em
Agronomia da Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) pela oportunidade de
realização do curso de mestrado.
Ao CNPq e à Fapergs pelas bolsas de iniciação científica.
À Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) por disponibilizar
sua estrutura e os equipamentos para realização das análises de teor de carbono orgânico
total do solo.
À Rede do Carvão pelo apoio financeiro para realização do projeto de
recuperação da área degradada em Candiota/RS.
À Companhia Riograndense de Mineração (CRM) pela parceria com a UFPEL
no desenvolvimento e realização do projeto.