Irriga, Botucatu, v. 26, n. 2, p. 439-459, abril-junho, 2021 439
ISSN 1808-8546 (ONLINE) 1808-3765 (CD- ROM)
EFEITOS DA APLICAÇÃO DE VINHAÇA NA FERTILIDADE DO SOLO
RUBENS FERNANDO SERAFIM1; LAUREN NOZOMI MARQUES YABUKI1 ; JOÃO GABRIEL THOMAZ QUELUZ1; LARISSA RUAS GALDEANO1; MARCELO
LOUREIRO GARCIA 1
Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista, Avenida 24 A,1515, Bela Vista, CEP: 13506-900, Rio Claro, SP, Brasil. E-mail: rubens.serafim@unesp.br; lauren.yabuki@unesp.br ; queluz@fca.unesp.br; larissa_ruas@hotmail.com marcelo.garcia@unesp.br
1 RESUMO
O objetivo deste trabalho foi analisar os efeitos da aplicação de vinhaça sobre as características de fertilidade do solo. Um estudo de monitoramento desses parâmetros foi realizado em uma fazenda localizada no interior do estado de São Paulo, no período de 2012 a 2017. Informações mineralógicas e sobre a concentração de metais no solo foram reportadas. Alterações significativas nas propriedades químicas do solo ao longo do tempo foram observadas, sendo a aplicação da vinhaça um dos fatores que exerceram influência na variação das características do solo, em combinação com fatores ambientais e o manejo agrícola. A saturação por bases decresceu em média de 64 para 40% entre 2012 e 2017,
respectivamente, enquanto o volume médio anual de vinhaça foi 188 ± 31 m3 ha-1. A tendência de crescimento ao longo dos anos do parâmetro saturação por alumínio foi evidente e os valores de pH foram em torno de 5. Apesar da adoção de aplicação da vinhaça nos solos proporcionar a disponibilidade de nutrientes e água, é recomendado que o monitoramento e controle da qualidade do solo seja sempre realizado, mantendo-se consequentemente, a sua fertilidade e a sustentabilidade da produção de cana-de- açúcar.
Palavras-chave: fertirrigação, dosagens de efluente, características químicas do solo , impactos ambientais .
SERAFIM, R. F.; YABUKI, L. N. M.; QUELUZ, J. G. T.; GALDEANO, L. R.; GARCIA, M. L.
EFFECTS OF VINASSE APLICATION ON SOIL FERTILITY
2 ABSTRACT
This study aimed to evaluate the effects of vinasse application on soil fertility characteristics. A monitoring study of soil fertility parameters was conducted in a farm fertirrigated with vinasse, located in the state of São Paulo, over the period from 2012 to 2017. Mineralogical and soil metal concentration information was reported. Significant alterations in the chemical properties of the soil over time were observed, being the vinasse application one of the factors that influenced the variation of the soil characteristics, combined with environmental factors and agricultural management. The base saturation decreased on average from 64 to 40% between 2012 and 2017, respectively, while the mean annual volume of vinasse was 188 ± 31 m3 ha-1. The increasing trend in the years for the parameter aluminum saturation was
Recebido em 19/03/2021 e aprovado para publicação em 18/06 /2021
DOI: http://dx.doi.org/10.15809/irriga.2021v26n2p439- 459
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remarkable and the pH values were around 5. Although the adoption of vinasse application in soils provides the availability of nutrients and water, it is recommended that the monitoring and control of soil quality be performed at all times maintaining, consequently, its fertility and
the sustainability of sugarcane production.
Keywords: fertigation, effluent dosage, soil´s chemical characteristics, environmental impacts.
3 I NTRODUÇÃO
No Brasil, a cultura da cana-de - açúcar tem um grande e expressivo destaque socioeconômico desde a época da colonização. Com a valorização do etanol
como biocombustível renovável, a
direto da vinhaça em corpos d’água, a Portaria n° 323 de 1978 proibiu seu despejo em cursos hídricos (BRASIL, 1978 ). Assim, o principal, mais viável e econômico destino dado à vinhaça é a sua aplicação na própria cultura de cana-de -
açúcar através da técnica denominada
produção brasileira de cana-de-açúcar se fertirrigação (PRADO; CAIONE ;
destaca mundialmente e tem aumenta do constantemente devido às melhorias nas variedades da planta, do manejo da cultura e do sistema de colheita (KOHLHEPP ,
CAMPOS, 2013). Ao longo do tempo, a normatização da destinação da vinhaça envolvendo órgãos ambientais foi realizada mediante diversas portarias e/ou resoluções
2010). O volume de produção de cana-de- regulamentando os critérios e
açúcar na safra 2020/21 foi de 6 54,8 milhões de toneladas, com uma produção de 41,25 milhões de toneladas de açúcar e de 32,8 bilhões de litros de etanol. Desta forma, foram gerados bagaços da ordem de
143 milhões de toneladas, 23 milhões de toneladas de torta de filtro, 110 milhões de toneladas de palha, 6,3 milhões de toneladas de cinzas e 426 bilhões de litros de vinhaça. Para a safra de 2021/22 há uma previsão de decréscimo de 9,14% na
produção de etanol e 5,71% na produção de açúcar em comparação à safra anterior
procedimentos para sua aplicação no solo. Atualmente vigente no estado de São Paulo há a Portaria P4.231 da CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) denominada “Vinhaça – Critérios e
procedimentos para a aplicação da vinhaça no solo agrícola” que está na 3ª. edição e 2ª. versão (CETESB, 2015).
Dentre as inúmeras vantagens da aplicação da vinhaça, sob critérios técnicos, no solo pode-se citar o aumento da
fertilidade natural do solo e consequente incremento na produtividade agrícola,
(CANA-DE-AÇÚCAR, 2021). elevação do pH, acréscimo n a
A vinhaça é considerada como a principal água residuária do processo
disponibilidade de nutrientes, elevação da atividade microbiana que contribui para o
produtivo de etanol em usinas aumento do estado de agregação do solo e
sucroalcooleiras; é gerada em grandes capacidade de retenção da água (FUESS ,
quantidades e apresenta certas 2013). No estudo de Sivaloganathan et al.
características peculiares como: alta temperatura, pH ácido, altas concentrações de matéria orgânica, sólidos suspensos (partículas > 1,2 µm), cálcio, potássio,
nitrogênio e fósforo, entre outros nutrientes (FUESS; GARCIA, 2014). Devido aos grandes impactos negativos do lançamento
(2013), o tratamento controle apresentou valores de produtividade agrícola da cana e
açúcar de 78 t ha-1 e 9,02 t ha-1, enquanto os melhores resultados da fertirrigação com
vinhaça foram alcançados com a diluição 1:10, com valores de produtividade agrícola
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da cana e açúcar de 115,0 t ha-1 e 13,5 t ha - 1 .
O uso controlado da técnica da
fertirrigação por meio da vinhaça também é essencial do ponto de vista econômico e ambiental devido à redução da captação de água para irrigação e redução do uso de fertilizantes químicos sintéticos. Oliveira et al. (2014) avaliaram os efeitos da aplicação
da vinhaça (conjuntamente ou não com adubação mineral) no cultivo da cana-de -
e direcionada de fertilizantes e/ou corretivos, de acordo com normas e legislações nacionais e estaduais vigentes,
tornam-se fatores importantes no manejo sustentável do efluente (CAVALETT et al. , 2012). Cabe destacar também, a importância do conhecimento prévio sobre as propriedades químicas e mineralógicas do solo estudado, uma vez que, os tipos de
argilominerais presentes no solo também são fatores que podem influencia r
açúcar, indicando melhor produção agrícola mudanças físico-químicas, promover
ao utilizar apenas a fertirrigação com vinhaça, tanto na produtividade da cana (49,98 t ha-1) quanto na produtividade de açúcar (7,01 t ha-1) e assim reduzindo o uso
da adubação mineral .
No entanto, a aplicação inadequada de vinhaça no solo pode levar ao risco de contaminação do solo e das águas subterrâneas e superficiais pela presença da
amônia e de metais potencialmente tóxicos (principalmente Al, Fe, Cu, Cr, Ni, Pb e Zn) além de causar alterações no oxigênio dissolvido em corpos hídricos (SOTO ; BASSO; KIANG, 2017 ).
Segundo Fuess, Rodrigues e Garcia (2017) os elevados níveis de sólidos totais dissolvidos (TDS > 4000 mg L-1) e matéria orgânica biodegradável da vinhaça (>14 g L-1) podem favorecer a salinização e aumento da acidez do solo. Estas alterações
alterações no processo de lixiviação de macro e micronutrientes e facilitar a percolação da vinhaça nos perfis d e
profundidade do solo (BUENO et al., 2009) .
Neste trabalho, as propriedades físico-químicas e mineralógicas do solo sob aplicação da vinhaça para a produção de cana-de-açúcar foram avaliadas, a fim de
identificar possíveis influências da dosagem da vinhaça na fertilidade do solo, buscando a integração sustentável entre o manejo do efluente e o agrícola .
4 MATERIAL E MÉTODOS 4.1 Área de estudo
A área de estudo está localizada no
químicas consequentemente podem município de Pirassununga-SP, apresenta
acarretar também em alterações físicas como densidade do solo, porosidade total e armazenamento e disponibilidade de água implicando em variações decrescentes ou
726,9 km2 de extensão e elevação de 627m ao nível do mar, estando situada na latitude 21º59'46" Sul e longitude 47º25'33" Oeste. A área de cultivo da cana-de-açúcar com
crescentes no comportamento da aproximadamente 553 ha é subdividida em
condutividade hidráulica do solo (SOTO ;
BASSO; KIANG, 2017; UYEDA et al. , 2013) .
Assim, diante de cenários que podem ser benéficos ou prejudiciais, a s características físico-químicas da vinhaça e o manejo do solo com a aplicação adequada
glebas, apresentadas na Figura 1 com o
numerações de 1 a 34. As avaliações dos dados para o presente estudo foram efetuadas nas glebas 5, 9, 15, 22 e 23 e o período de aplicação das vinhaças nessas glebas abrangeu os anos de 2012 a 2017.
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Figura 1. Área de estudo e suas subdivisões em glebas
Na área de estudo, ocorre a presença de três unidades de relevo: o Planalto Central da Bacia do Paraná, o Patamar
Oriental da Bacia do Paraná e a Depressão
por alumínio trocável, exigindo o manejo adequado com corretivos e fertilizantes (SANTOS et al., 2018).
O clima da área de estudo, de
Periférica Paulista (IBGE, 2013), acordo com a classificação climática de
caracterizando-a com declives que variam de suaves a colinosos (FERREIRA ; CAETANO-CHANG, 2008). O tipo de solo mais predominante é o L atossolo
Vermelho-Amarelo distrófico (LVAd), com textura média/argilosa (relevo suave ondulado), presença de indicativos de intensa intemperização de minerais primários, baixa capacidade de troca catiônica e relativa concentração de
argilominerais resistentes e/ou óxidos e
Köppen, é do tipo Cwa, tropical de altitude com verão chuvoso e inverno seco (RORIZ , 2014). Dados de Lima (2016) indicam que o período de déficit hídrico ocorre durante a
estação seca, nos meses de abril a setembro e os meses com maiores índices de precipitação ocorrem de dezembro a fevereiro. A distribuição irregular das chuvas salienta a necessidade do uso de algum tipo de sistema de irrigação após o
plantio ou colheita, pois tais etapas de
hidróxidos de ferro e alumínio. Geralmente, desenvolvimento são fortemente
LVAd são solos com boas propriedades físicas (elevada permeabilidade interna, profundidade e porosidade relativas) situados em sua maioria, em relevo
favorável ao manejo agrícola. Sua principal
dependentes da água existente no solo. N o presente estudo esta variável não será explorada, em vista do denso pacote de dados já apresentados nos Planos de
Aplicação da Vinhaça (PAV’s), entretanto ,
limitação corresponde à baixa cabe reforçar a necessidade do
disponibilidade de nutrientes e à toxicidade
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monitoramento do índice pluviométrico em trabalhos futuros.
4.2 Análise dos Planos de Aplicação de Vinhaça
Neste estudo, os parâmetros analisados para a caracterização físico - química do solo e sua fertilidade levaram
em conta os parâmetros preconizados na Portaria P4.231 da CETESB (Tabela 1) .
Tabela 1. Parâmetros químicos conforme portaria P4.231 (Companhia Ambiental do estado de São Paulo, 2015)
Caracterização da fertilidade do solo Caracterização ambiental do solo
Alumínio trocável (Al) Antimônio (Sb) Selênio (Se)
Cálcio (Ca) Arsênio (As) Zinco (Zn)
Magnésio (Mg) Bário (Ba) Varredura de VOC
Sódio (Na) Cádmio (Cd) Varredura de SVOC
Sulfato (SO2) Chumbo (Pb)
Acidez potencial Cobalto (Co)
Potássio (K) Cobre (Cu)
Matéria orgânica (MO) Cromo (Cr)
CTC Mercúrio (Hg)
pH Molibdênio (Mo)
CTC capacidade de troca catiônica; V% percentagem de saturação de bases; VOC Compostos Orgânicos Voláteis; SVOC Compostos Orgânicos Semi- Voláteis.
A Portaria P4.231 estabelece normas e procedimentos para a disposição da vinhaça no solo e exige que as usinas
sucroalcooleiras realizem e entreg uem anualmente o Plano de Aplicação da
Vinhaça (PAV) que deve conter as áreas e as taxas de dosagem a serem aplicadas. A dosagem máxima de vinhaça definida pela
referida portaria é representada abaixo (Equação 1) (CETESB, 2015) :
3 ℎ ç . ℎ −1 = [(0,05. − ). 3744 + 185]/ (1 )
Em que 0,05 corresponde a 5% da CTC (capacidade de troca catiônica, cmol c
dm-3); ks é a concentração de potássio no solo (cmolc dm-3); 3744 é a constante para transformação dos resultados expressos em cmolc dm-3, para kg de potássio em um volume de 1 ha por 0,8 metros de profundidade; 185 é a massa, em kg, de K2O extraído pela cultura por ha, por corte;
e kvi é a concentração de potássio na vinhaça em kg de K2O m-3 .
Os dados constantes nos PAV’s da área de estudo, decorrentes das análises de solo das glebas visando ao atendimento da portaria, foram compilados em planilhas
que permitiram as análises da evolução
temporal das alterações químicas do solo através de gráficos, possibilitando a avaliação de uma possível correlação entre a utilização da vinhaça na fertirrigação e a fertilidade do solo. O levantamento de dados deste trabalho de pesquisa se referiu, portanto, aos resultados das análises laboratoriais constantes nos PAV’s durante o período de 2012 a 2017 disp onibilizados pela CETESB de Mogi-Guaçu SP .
4.3 Amostragem de solo e análises químicas
Foram realizadas amostragens em campo em 2018 em três locais da área de
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estudo. As áreas selecionadas e suas coordenadas são apresentadas a seguir: gleba 3, longitude -47,493684 e latitude -
21,944610; gleba 23, longitude - 47,498589 e latitude -21,937313 e gleba 26, longitude -47,503523 e latitude -21,937238. Cabe salientar que as amostras da gleba 3 (controle) foram coletadas em um limite da fazenda onde não houve aplicação d e
Mesquita Filho” (Unesp), campus de Rio Claro. O equipamento utilizado foi o Espectrômetro de Fluorescência de Raios- X
da Philips modelo PW-2400 e os procedimentos analíticos foram utiliza dos conforme a metodologia proposta por Nardy et al. (1997).
A partir das análises mineralógicas da área de estudo foram obtidas a relação
vinhaça, permitindo avaliações Sílica-Alumina (SiO2/Al2O3), representada
comparativas dos resultados analíticos relativos à mineralogia e à concentração de metais. Contudo, os resultados referentes aos parâmetros de fertilidade da gleba 3 não
pela expressão a seguir (Equação 2 ), considerada como um índice de intemperismo do solo :
foram reportados nos PAV´s.
Em cada ponto foram cole tadas
Ki = SiO2⁄Al2O3 . 1, 7
(2 )
amostras de solo nas profundidades de 30 e 100 cm para verificar a distribuição dos minerais e metais pesados ao longo do perfil do solo. A profundidade do solo de 30 cm foi escolhida devido à tendência de
concentração de nutrientes e matéria orgânica nas camadas mais rasas do solo, nas quais há uma maior mobilidade dos íons e revolvimento do solo (VIEIRA, 1996). De acordo com Oliveira e Pra do (1987), em solos tipo latossolos, como os
solos do presente estudo, a profundidade de 80 a 100 cm é ideal para a avaliação da lixiviação de metais presentes no solo.
As amostragens de solo foram caracterizadas em relação à mineralogia e à concentração de metais com o intuito de
avaliar se os possíveis argilominerais presentes nos solos amostrados também apresentariam eventuais efeitos com a aplicação de vinhaça. As análises foram realizadas após pesagem e peneiramento das amostras através da técnica analítica de
espectrometria de fluorescência de raios- X (FRX), realizadas no Laboratório de Fluorescência de Raios-X do Departamento de Petrologia e Metalogenia (DPM) da
Universidade Estadual Paulista “Júlio de
Onde, Ki é uma medida das proporções da caulinita Al₂Si₂O₅(OH)₄ e da gibbsita Al(OH)₃ (BAPTISTA; MADEIRA NETO; MENESES, 1998) .
5 RESULTADOS E DISCUSS ÃO
Os resultados foram divididos e discutidos de acordo com a caracterização do solo em termos de sua fertilidade
química (a partir dos dados contidos nos PAV’s) e em termos da qualidade ambiental do solo, levando em conta suas propriedades mineralógicas e concentrações de metais .
5.1 Avaliações dos parâmetros químicos
para a caracterização da fertilidade dos solos
Os dados compilados dos PAV’s entre os anos de 2012 a 2017 referentes aos parâmetros químicos para caracterização d a
fertilidade dos solos das glebas 5, 9, 15, 22 e 23 são apresentados nas Tabela 2 e 3 .
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Tabela 2. Análises químicas das amostras de solo das glebas estudadas
Ano
Gleba
Ca 2+
Mg2+ K+ Al3+ H+ Al SB (mmolc dm-3 )
CTC
2017 15 21,31 9,86 1,12 0,14 26 32,38 58,38
2017 22 12,51 5,54 1,58 0,84 36 19,69 55,69
2017 5 10,89 4,97 0,98 0,5 32 16,9 48,9
2016 5 5,82 2,09 0,72 0,59 17 8,64 25,64
2016 9 12,65 2,68 0,66 0,58 22 16,07 38,07
2015 9 14,3 6,21 2,39 0,16 17 22,92 39,92
2015 23 6,34 2,89 0,57 1,13 20 9,82 29,82
2015 5 8,76 4,56 0,35 0,5 18 13,68 31,68
2014 23 18,42 9,71 1,28 0,28 16 29,45 45,45
2014 5 12,26 7,39 1,26 0,59 16 20,92 36,92
2014 15 10,79 4,72 1,97 0,27 22 17,51 39,51
2013 22 14,36 5,8 0,52 0,04 17 20,71 37,7
2013 23 15,83 6,78 1,18 0,17 13 23,8 36,8
2013 5 17,21 6,76 0,95 0,21 10 24,94 34,94
2012 23 12,56 6 1,4 <0,02 13 19,97 32,97
2012 22 59,07 17,94 2,32 0,04 18 79,34 97,34
2012 15 12,54 4,9 1,9 0,12 17 19,36 36,36
Tabela 3. Análises químicas das amostras de solo das glebas estudadas Ano Gleba pH K:Mg:Ca V (%) m(%) MO (%)
2017 15 5,5 1:9:19 55,5 0,43 17
2017 22 4,9 1:3:8 35,4 4,09 18
2017 5 5,0 1:5:11 34,6 2,87 13
2016 5 4,8 1:3:8 33,7 6,39 8
2016 9 4,7 1:4:19 42,2 3,48 13
2015 9 5,3 1:3:6 57,4 0,69 13
2015 23 4,6 1:5:11 32,9 10,3 14
2015 5 5,0 1:13:26 43,2 3,53 12
2014 23 5,6 1:8:14 64,8 0,94 12
2014 5 5,4 1:6:10 56,7 2,74 10
2014 15 5,0 1:2:5 44,3 1,52 10
2013 22 5,2 1:11:28 54,9 0,2 11
2013 23 5,8 1:6:13 64,7 0,69 12
2013 5 5,5 1:7:18 71,4 0,82 12
2012 23 5,3 1:4:9 60,6 0 12
2012 22 5,7 1:8:25 81,5 0,05 33
2012 15 5,1 1:3:7 53,3 0,6 12
V% percentagem de saturação de bases; m%percentagem de saturação por alumínio .
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Tabela 4. Dosagem de vinhaça aplicada nos solos estudados
Ano Gleba
Ks
(cmol dm-3 )
CTC
(cmol dm-3 )
Dosagem (1)
(m3 ha-1 )
%ks/CTC
K +
(kg ha-1 )
2017 5 0,10 4,89 242,00 2,04 76,6 2
2017 15 0,11 5,84 288,80 1,88 87,56
2017 22 0,16 5,57 209,55 2,87 123,52
2016 5 0,07 2,56 131,80 2,81 56,29
2016 9 0,07 3,81 216,86 1,73 51, 60
2015 5 0,04 3,17 215,67 1,10 27,36
2015 9 0,24 3,99 12,50 5,99(2) 186,85
2015 23 0,06 2,98 176,61 1,91 44,56
2014 5 0,13 3,69 131,06 3,49 98,5 1
2014 15 0,20 3,95 62,35 4,99 154,0 2
2014 23 0,13 4,55 185,53 2,82 100,07
2013 5 0,10 3,49 161,13 2,72 74,27
2013 22 0,05 3,77 232,02 1,38 40,65
2013 23 0,12 3,68 144,03 3,21 92,25
2012 15 0,19 3,64 51,43 5,23(2) 148,54
2012 22 0,23 9,73 379,53 2,38 181,3 8
2012 23 0,14 3,30 92,68 4,25 109,45
Ks: concentração de potássio no solo; CTC capacidade de troca catiônica; K+ concentração de potássio na vinhaça ;
(1) Cálculo utilizando o valor de kvi = 3,00 (kg K2O. m-3) ;
(2) Valor da concentração de potássio no solo > 5% da CTC .
A respeito dos macronutrientes no solo, Vitti e Mazza (1998) informam que a
computando-se as dosagens previstas de vinhaça de acordo com a Equação 1. Dois
relação K:Mg:Ca ideal para a melhoria na resultados excedentes àquel es
produtividade da cana-de-açúcar, é de aproximadamente 1:3:9 a 1:5:25. Esta relação otimizada apresentada na Tabela 3 é satisfeita para todas as áreas analisadas , exceto para a glebas 22 e 5 nos anos de 2013 e 2015, onde as concentrações de magnésio apresentaram valores bem acima do recomendado pelos autores. Uma vez que o potássio apresenta alto potencial de lixiviação, é importante considerar a capacidade de retenção dos demais cátions (Mg e Ca) no solo, ao planejar as dosagens de vinhaça a serem aplicadas a fim de
regulamentados pela Portaria P4.231 foram obtidos para a relação %ks/CTC, indicando uma concentração de potássio no solo (ks ) maior que 5% da CTC. A norma estabelece que ao atingir esse limite, a aplicação de vinhaça deve ficar restrita à reposição desse nutriente em função da extração média pela cultura (185 kg de K2O por hectare por
corte).
A partir dos volumes de vinhaça aplicados nas glebas da fazenda (Tabela 4 ), a gleba 5 apresentou dosagens em cinco anos seguidos (2013 a 2017), a gleba 23
minimizar os prováveis impactos exibiu resultados das dosagens em quatro
ambientais resultantes desta técnica de manejo agrícola (SILVA; GRIEBELER ; BORGES, 2006) .
Na Tabela 4 são apresentados os valores das concentrações de potássio e da capacidade de troca catiônica (CTC) e a
relação entre estas duas variáveis,
anos seguidos (2012 a 2015), a gleba 15 e 22 apresentou valores para as dosagens em três anos (2012, 2014 e 2017; 2012, 2013 e 2017, respectivamente) e a gleba 9 apresentou resultados das dosagens em dois anos (2015 e 2016) permitindo a análise
temporal nessas glebas dos seguintes
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parâmetros químicos: dosagem de vinhaça,
concentração de potássio (K+), capacidade de troca catiônica (CTC), saturação por
bases (V%), saturação por alumínio (m%) , acidez potencial (H+Al) e pH. É importante destacar que a caracterização do solo obtida em um ano é resultado do manejo realizado no ano anterior .
A Figura 2 ilustra as variações das
dosagens de vinhaça aplicadas aos solos das cinco áreas analisadas ao longo do tempo, das correspondentes concentrações de potássio na vinhaça, da capacidade de troca
catiônica no solo e da saturação por bases no solo. Verificou-se que a adição de vinhaça promoveu alterações em todas os
parâmetros analisados. As maiores oscilações de volumes de vinhaça aplicados ao solo ocorreram na gleba 5 para os anos de 2013 a 2017. Por exemplo, as dosagens entre os anos de 2014 e 2015 variaram de 125 a 225 m3 ha-1, respectivamente. As menores dosagens de vinhaça ocorreram na
gleba 15 entre os anos de 2012 a 2014 com valores acima de 50 m3 ha-1 e na gleba 9 no ano de 2015 (12,5 m3 ha-1 ).
Figura 2. Efeito da dosagem de vinhaça (m3 ha-1) na capacidade de troca catiônica (CTC, mmolc dm-3) e saturação por bases (%) ao longo dos anos nas áreas estudadas.
É antecipado que a aplicação de
vinhaça promova o aumento das concentrações de potássio no solo, mas outros fatores como lixiviação e absorção
de nutrientes pela cultura podem alterar o seu balanço final. As quantidades de potássio na vinhaça foram 27,4 kg ha-1 na gleba 5 e 186,9 kg ha-1 na gleba 9 em 2015 .
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448 Efeitos da aplicação ...
As concentrações de potássio no solo da gleba 5 variaram de 0,35 a 0,72 mmolc dm - 3entre 2015 e 2016, respectivamente, e de 2,39 a 0,66 mmolc dm-3 na gleba 9 no
mesmo período. Os valores encontrados
para as concentrações de K+ no solo são similares aos resultados de Rossetto et al. (2004) ao avaliar solos coletados na usina São José (estado de São Paulo) na
profundidade 0 - 25 cm. As concentrações de K+ encontradas pelos autores nos solos coletados variaram de 1,0 a 2,20 mmolc dm - 3 de acordo com o tratamento realizado (adição de 50 a 200 kgK2O ha-1, ou de 42 a 167 kg K+ ha-1). Dados desse trabalho indicam que houve resposta significativa da
produtividade da cana-de-açúcar em função da aplicação de potássio para a maioria das áreas estudadas com respostas lineares para relação citada. Por outro lado, o potássio tem potencial alto de lixiviação ,
nutrientes no solo (GLÓRIA; ORLANDO FILHO, 1983). É importante destacar também que nada pode ser afirmado sobre a
melhora na fertilidade do solo devido ao aumento da CTC. Este parâmetro é dependente dos efeitos do pH no solo pois leva em conta os íons H+ e Al +3
(RONQUIM, 2010), indicando que alumínio em nível tóxico às plantas e íons
hidrogênio adsorvidos que tornam um solo ácido podem compor a fração predominante da CTC.
Segundo Van Raij e Cantarella (1996), um percentual ideal para a saturação por bases (V%), parâmetro
indicativo da fertilidade do solo, é de 60% , a fim de promover um equilíbrio ótimo para a cultura da cana-de-açúcar. Em termos médios anuais, a saturação por bases (V%) decresceu de 64 para 40% entre os anos 2012 e 2017 e as dosagens de vinhaça
dependendo da sua presença em mantiveram-se em um patamar
concentrações elevadas, sua relativamente constante entre 2012 e 2016
biodisponibilidade no solo, da quantidade de chuva, da textura do solo, dentre outros fatores (OTTO; VITTI; LUZ, 2010; ROSOLEM et al., 2006; TEJADA ;
GONZALEZ, 2006).
A CTC tem sido apontada como um bom parâmetro para a avaliação da disponibilidade de K+ em solos muito intemperizados (VAN RAIJ, 2011). É observada uma variação nos valores de
CTC das áreas (Figura 2). Entre os anos 2012 a 2014, a gleba 23 teve um aumento
nas aplicações de vinhaça de 90 a 175 m 3
ha-1 e a CTC aumentou de 30 a 50 mmol c
dm-3. O mesmo efeito do aumento da CTC em decorrência das aplicações de vinhaça
em um Argissolo Vermelho- Amarelo eutrófico foi relatado por Barros et al. (2010). A relação dosagem de vinhaça e CTC pode estar relacionada à forma coloidal da matéria orgânica presente na vinhaça que disponibiliza ao solo uma
quantidade maior de cargas negativas, atenuando o potencial de lixiviação de cátions e regulando a disponibilidade dos
(Tabela 3), resultando em uma média geral de 176 ± 13 m3 ha-1 (ou 188 ± 31 m3 ha-1 , incluindo o ano de 2017). Alguns autores também relataram o decréscimo da
saturação por bases na camada superficial de solos cultivados com cana-de- açúcar posterior à aplicação de vinhaça e calcário (WATANABE; FIORETTO; HERMANN , 2004; VAN RAIJ et al., 1982)
O efeito das dosagens de vinhaça
sobre as variações de pH, acidez potencial (H+Al) e saturação por alumínio nos solos das cinco áreas avaliadas no período de 2012 a 2017 é representado na Figura 3. As dosagens de vinhaça podem ter promovido alterações significantes na acidez potencial,
saturação por alumínio e no pH. Entre os anos de 2012 a 2017, houve uma variação nos valores de pH entre 4,6 a 5,8 (Tabela 3). Segundo a classificação de Tomé Jú nior (1997) quanto à acidez do solo, os solos das áreas analisadas apresentam acidez alta (pH
4,4 a 5) a baixa (pH 5,6 a 6). A redução nos valores de pH ocorreu de forma mais acentuada nas glebas 5 e 23, atin gindo
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Serafim, et al. 449
valores de 4,6 (gleba 23 em 2016) e 4,8 (para gleba 5 em 2015). Alguns trabalhos relataram a não observância de alterações
significativas do pH em áreas fertirrigadas com vinhaça ao longo dos anos e que a elevação do pH devido às dosagens de
vinhaça nos solos dessas áreas ocorreu principalmente nas áreas em que o cultiv o da cana-de-açúcar é realizado há pelo
menos 30 anos (BEBÉ et al., 2009; SILVA; RIBEIRO, 1998).
Figura 3. Efeito da dosagem de vinhaça (m3 ha-1) na variação da saturação por alumínio (m%), pH e acidez potencial (H+Al, mmolc dm-3) ao longo dos anos nas áreas estudadas.
É possível observar o decréscimo do pH e o aumento da saturação por alumínio (Figura 3). Na gleba 23, houve o aumento evidente da saturação por alumínio entre os anos 2014 e 2015 (de 0,94 para 10,32) e a redução de pH de 5,6 para 4,6. Esse cenário pode estar relacionado ao aumento sucessivo das dosagens de vinhaça aplicadas nesta área desde 2012, onde a
vinhaça ácida contribuiu para a liberação
acelerada de Al no solo, visto que a solubilidade dos nutrientes é dependente do pH do solo e as concentrações de metais como Al3+ e Fe3+ podem aumentar 1000 vezes de acordo com a redução de 1 unidade do pH (LINDSAY, 1979). Ademais, o processo de intemperismo no solo e a liberação de teores tóxicos de Al pode ocorrer de forma mais acentuada se
houver condições anaeróbias devido ao
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450 Efeitos da aplicação ...
processo de compactação dos solos que contribui para a alta elevação ou
lixiviação. Outro grande atrativo da fertirrigação com vinhaça advém das
decréscimo dos valores de pH alterações nas condições físicas do solo,
(PRIMAVESI, 2006). Por isso, além do controle das dosagens de vinhaça aplicadas no solo, é essencial o manejo do solo pa ra evitar a sua compactação no decorrer dos cultivos contínuos.
Orientações de Osaki (1991)
indicam que valores de saturação por alumínio acima de 20% começam a afetar a qualidade do solo e ser prejudiciais às culturas agrícolas. De acordo com dados da literatura, a alta concentração de matéria orgânica presente na vinhaça tem a
capacidade de elevar o pH do solo, caso haja a sua estabilização biológica equilibrada, porém em um solo saturado por alumínio, há uma perturbação na degradação e uma redução na com plexação de Al3+ ao carbono orgânico dissolvido , resultando em uma maior disponibilidade
desse íon que reage com água, liberando
íons H+ e acidificando o solo (CHRISTOFOLETTI et al., 2013).
Os dados resultantes da relação dosagem de vinhaça e matéria orgânica não
foram plotados em forma de gráfico, pois é evidente a alta concentração de matéria orgânica presente na vinhaça e, portanto, ambas as variáveis se correlacionam de forma positiva. A elevação da matéria orgânica no solo pela dosagem de vinhaça
aumenta a capacidade de retenção de cátions e consecutivamente as perdas por
aumentando a taxa de infiltração e retenção de água de forma a contribuir com a formação de agregados e com a redução da suscetibilidade do solo à erosão, uma vez que aplicações de altas taxas de matéria orgânica aumentam a CTC do solo e
favorecem a sobrevivência de bactérias e fungos, formadores de ácidos húmicos responsáveis pela formação de macroporos facilitadores da entrada de ar e água no solo (SOUZA et al., 2015; RONQUIM, 2010).
5.2 Avaliações dos parâmetros químicos
para a caracterização ambiental dos sol os
Os resultados em termos da qualidade ambiental do solo referentes às
suas propriedades mineralógicas e teor de metais foram produzidos a partir das amostragens de solo realizadas nas glebas 3, 23 e 26, feitas através da técnica de espectrometria de fluorescência de raios- X (FRX) (Tabelas 5 e 6 ).
A concentração total de metais, elementos-traço e elementos terras-raras foi analisada em duas profundidades (30 e 100 cm) de solos em áreas sob tratamento de fertirrigação com vinhaça (glebas 23 e 26) e área sem aplicação de vinhaça (gleba 3)
(Tabela 5 ).
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Serafim, et al. 451
Tabela 5. Concentração total de metais (mg kg-1) e valores orientadores em solo cultivado com cana-de-açúcar, fertirrigado com vinhaça (glebas 23 e 26) e sem fertirrigação (gleba 3), em duas profundidades (30 e 100 cm).
P1
30cm
P1
100cm
P2
30cm
P2
100cm
P3
30cm
P3
100cm
Valores orientadores
Gleba 3 Gleba 23 Gleba 26 VP(2) VRQ(2) VI (2)
Bário(1) 28,0 44,5 53,9 38,0 305 65,8 120 75 500
Cobalto(1) 1,0 1,0 2,0 0,5 53,7 3,2 25 13 35
Cobre(1) 7,1 6,8 8,9 8,3 123 28,5 60 35 760
Cromo(1) 80,7 92,0 83,9 172,3 176 91,1 75 40 150
Níquel(1) 3,5 5,4 1,2 7,0 69,6 23,2 30 13 190
Zinco(1) 14,7 15,1 9,0 3,8 106 36,8 86 60 1900
Cério 0,7 1,0 1,0 1,2 28,9 66,6
Estrôncio 3,4 1,0 2,0 6,9 43,7 2,0
Gálio 16,5 18,9 17,7 15,8 17,7 19,4
Ítrio 6,4 8,3 6,7 7,7 59,3 14,7
Lantânio 5,3 6,5 1,0 10,5 53,9 26,5
Nióbio 2,1 2,4 1,0 5,2 44,6 5,4
Rubídio 7,0 6,0 5,6 6,1 15,6 10,9
Vanádio 164 169 138 148 913 179
Zircônio 201 189 186 198 306 213
(1) Elementos que constam na relação da portaria P4.231 CETESB ;
(2) Valores Orientadores para solo no estado de São Paulo de 22/11/2016 - CETESB: VP, valor de prevenção; VRQ, valor de referência de qualidade; VI, valor de intervenção para solo agrícola.
Tabela 6. Análise mineralógica em solo cultivado com cana-de-açúcar, fertirrigado com vinhaça (glebas 23 e 26) e sem fertirrigação (gleba 3), em duas profundidades
(30 e 100 cm).
Composição química
Fórmula química
Gleba 3 P1 P1
30cm 100cm
Gleba 23 P2 P2
30cm 100cm
Gleba 26
P3 P3 30cm 100cm
Alumina Al2O3 7,41 7,00 5,51 5,79 19,64 10,12
Cal CaO 0,03 0,05 0,04 0,04 0,34 0,09
Hematita Fe2O3 3,64 3,39 3,27 3,32 22,54 4,04
Pentóxido de fósforo P2O5 0,06 0,05 0,05 0,05 0,26 0,06
Pirolusita MnO 0,01 0,01 0,01 0,01 0,12 0,04
Óxido de magnésio MgO 0,02 0,01 0,01 0,01 0,22 0,05
Óxido de sódio Na2O 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02
Óxido de potássio K2O 0,01 0,01 0,02 0,02 0,06 0,07
Rutilo TiO2 0,99 0,95 0,82 0,85 6,00 1,02
Sílica SiO2 83,44 84,60 87,00 86,68 31,12 79,33
Alumina Al2O3 7,41 7,00 5,51 5,79 19,64 10,12
Cal CaO 0,03 0,05 0,04 0,04 0,34 0,09
Os metais bário (Ba), cobalto (Co), cobre (Cu), cromo (Cr), níquel (Ni) e zinco (Zn) apresentam valores orientadores conforme a Portaria P4.231 definidos
como: valor de referência de qualidade
(VRQ), que por sua vez é definido como a concentração de determinada substância no solo que o define como limpo; valor de prevenção (VP) é a concentração de
determinada substância, acima da qual
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452 Efeitos da aplicação ...
podem ocorrer alterações prejudiciais à qualidade do solo e o valor de intervenção (VI) é a concentração de determinada
substância no solo acima da qual existem riscos potenciais à saúde humana (CETESB, 2020 ).
A área controle (gleba 3) apresenta concentrações elevadas de cromo ( acima dos valores de prevenção) que devem ser
consideradas no estudo das áreas do entorno (como das glebas 23 e 26 analisadas que também apresentaram concentrações acima do VP) pois podem ser características do solo em questão ou indícios de contaminação anterior ao
estudo. A vinhaça comumente gerada em altas temperaturas e pH baixo pode
reportaram significativo acréscimo nas concentrações de P, Mn e Co na profundidade de 0 a 10 cm de dois tipos de
solos estudados cambissolo e Gley pouco húmico .
A gleba 26 também apresent ou concentrações elevadas para os demais elementos. Vanádio e zircônio apresentam as maiores concentrações e podem t er
ocorrência natural, visto que no estudo de Neves, Horn e Fraga (2008) os autores reportaram teores de Ba, Cr, Cu, Pb, V e Zn (226, 147, 175, 57, 403, 140 mg Kg-1 , respectivamente) e presença de lantânio, cobalto e berílio em um Latossolo Amarelo
Vermelho típico - LAVw .
A Tabela 6 apresenta os resultados
contribuir com a corrosão dos tanques de da caracterização mineralógica e
armazenamento e tubulações e ocasionar o vazamento do efluente, resultando em
composição química dos óxidos presentes nas amostras do solo em estudo. Altos
contaminações no solo (WILKIE; percentuais de sílica (SiO2), na faixa de
RIEDESEL; OWENS, 2000) .
Metais como Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn em concentrações 2,4; 3,0; 15,7; 2,2; 8,8 e 14,1 mg L-1 (Tabela 5), foram reportados em amostras de vinhaça provindas do processamento de melaço de cana-de -
açúcar (CHANDRA et al., 2008). Cabe ressaltar também a escassez de estudos que avaliem a ocorrência e destino dos metais em áreas fertirrigadas com vi nhaça (FUESS; RODRIGUES; GARCIA, 2017). Os valores das concentrações de Ba,
Cu, Cr, Ni e Zn encontram-se acima dos valores de prevenção para a gleba 26. A concentração de cobalto estaria acima do valor de intervenção, porém deve-se tomar cuidado ao enfatizar tal afirmação pois o mesmo pode ter advindo de contaminações
na coleta, preparo ou análise das amostras . As concentrações de Cu analisadas no presente estudo foram similares à s concentrações encontradas por Canellas et al. (2003), em que os autores reportaram aumento significativo nos teores de Cu, Mn
e Zn no perfil de um cambissolo osíltico - argiloso entre as profundidades de 20 e 40 cm. Já Ramalho e Amaral Sobrinho (2001)
79,3 a 87%, foram encontrados para todas as áreas e perfis do solo pesquisadas, exceto para gleba 26 na profundidade de 30 cm (31,1%). As concentrações de alumina (Al2O3) e hematita (Fe2O3) apresentaram
percentuais máximos de 19,6 e 22,5 %,
respectivamente, além da presença relevante de rutilo (TiO2) com va riação entre 0,82 a 6,00 %.
A grande quantidade de sílica e d e óxidos de ferro e alumínio é indicativo da presença de altas quantidades de silicatos,
possivelmente quartzo, argilominerais e minerais secundários, derivados d o processo de intemperismo (WU, 1 981). Tais minerais, como esses observados na área de estudo, são característicos d e Latossolos Vermelho-Amarelo como os
observados na área de estudo (NEVES ; HORN; FRAGA, 2008). O mineral pesado rutilo também é característico da região da área de estudo (ZANARDO et al., 2016) . Nas três glebas analisadas da área de estudo foram obtidas a relação Sílica -
Alumina (Tabela 7), de acordo com a Equação 2, indicando que quanto menor o valor de Ki mais intemperizado é o solo, ou
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Serafim, et al. 453
seja, já houve a remoção da sílica com posterior aumento da concentração da
medida das proporções da caulinita Al₂Si₂O₅(OH)₄ e da gibbsita Al(OH)₃
alumina. Para esses solos intensamente intemperizados, Ki é essencialmente uma
(B APTISTA; MENESES, 1998) .
MADEIRA
NETO;
Tabela 6. Relação Sílica-Alumina em solo cultivado com cana-de-açúcar, fertirrigado com vinhaça (glebas 23 e 26) e sem fertirrigação (gleba 3), em duas profundidades (30 e 100 cm).
Composição química
Fórmula
P1 P1 30cm 100cm Gleba 3
P2 P2 30cm 100cm Gleba 2 3
P3 P3 30cm 100cm Gleba 26
Alumina Al2O3 7,41 7,00 5,51 5,79 19,64 10,12
Sílica SiO2 83,44 84,60 87,00 86,68 31,12 79,33
Ki SiO2/Al2O3.1,7 19,15 20,53 26,83 25,47 2,69 13,33
De acordo com os resultados da relação sílica-alumina, a amostra da gleba 26 na profundidade 30 cm teve o índice K i
mais baixo (2,69) indicando que o solo desse local pode ter sofrido intemperismo
químico por hidrólise com eli minação parcial da sílica e aumento da alumina com possíveis escoamentos para as águas superficiais. Na profundidade 100 cm, o índice já se apresentou mais elevado
a 0,02 %), K2O (0,01 a 0,07 %), MnO (0,01 a 0,12 %), MgO (0,01 a 0,22 %) e CaO (0,03 a 0,34 %). A similaridade dos dados da análise química corrobora com os parâmetros de fertilidade do solo retirados
dos PAV’s (Tabela 2) indicando um percentual crescente dos cátions: CaO > MgO > K2O encontrados no solo da área de
estudo.
As amostras da gleba 3,
(13,33) indicando a presença de maior consideradas como área controle ,
concentração da sílica e menor intemperismo dada à essa maior profundidade. Para as demais amostras, os índices indicaram a presença de maior concentração da sílica e menor intem perismo.
A instabilidade e decomposição de minerais, como gibsita e caulinita, pode
provocar a liberação do íon Al3+ no solo, consequentemente aumentando a saturação por alumínio e, possivelmente, a acidez do solo, que pode ser ainda mais agravada através da fertirrigação do solo com vinhaça (BAHIA et al., 2014). Portanto, a determinação dos teores de minerais também pode contribuir como uma
apresentaram os menores teores de K2 O (0,01 %), mostrando que o L atossolo
Vermelho-Amarelo da área de estudo tem insuficiência de potássio e a aplicação da vinhaça pela fertirrigação repõe este macronutriente desde que adequadamente realizada. Nos locais com aplicação d e vinhaças (glebas 23 e 26) os teores de K2 O foram maiores, 0,02% para a gleba 23 e 0,06 e 0,07 % para a gleba 26.
6 CONCLUSÕES
O monitoramento técnico de áreas fertirrigadas com vinhaça é crucial para
importante ferramenta para o prevenir a degradação do solo. Esta
aprimoramento do uso e manejo do solo. Em relação aos outros compostos químicos, os menores valores de concentração obtidos foram, da ordem de
menor para o maior porcentual, Na2O (0,01
pesquisa apresentou uma análise tem poral de algumas áreas de uma fazenda do interior de São Paulo, onde foram aplicadas vinhaça proveniente de uma usina
produtora de álcool no período de 2012 a
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454 Efeitos da aplicação ...
2017. Foram evidenciados a elevação da acidez e o aumento da concentração do alumínio do solo, bem como a queda dos
valores da saturação por bases (V%), ou seja, é possível concluir que houve uma redução na fertilidade do solo ao longo de um período determinado de pelo menos quatro anos. Foi identificada a presença de óxidos de ferro e alumínio no solo, que
fazem parte da fração coloidal do mesmo e conjuntamente com a matéria orgânica estabilizada são elementos capazes de adsorver cátions, contribuindo para o aumento da CTC. Foram obtidos valores de concentração dos elementos cobalto e
cromo maiores que os valores de intervenção, cujas causas de ocorrência natural ou pela ação antrópica são desconhecidas, indicando a necessidade da realização de estudos adicionais para a compreensão desse fenômeno ambiental. É
possível que a aplicação da vinhaça nos
volumes apresentados neste trabalho por unidade de área seja a causa da relativa degradação do solo, contudo outros fatores
como precipitação, lixiviação, manejo agrícola e absorção de nutrientes pela cultura possuem uma interdependência e devem ser levados em consideração em futuros estudos a fim de avaliar com maior assertividade os aspectos relacionados à
qualidade do solo.
7 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Processos FAPESP: 2015/06246-7 ; 2016/24526-0 e 2017/18075-8) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (Processo CNPq: 303469/2017 - 0) pelo suporte financeiro.
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