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XXXII CONGRESSOBRASILEIRO

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AVALIAÇÃO DE SISTEMA FOTÔNICO PORTÁTIL PARAESTUDOS DE SEQUESTRO DE CARBONO DE SOLOS: UM

ESTUDO DE CASO NOS ANDES PERUANOS

ALINE SEGNINI(I), ADOLFO POSADAS(2), ROBERTO QUIRÓZ (2),DÉBORA MARCONDESBASTOS PEREIRA MILORI(3), SÉRGIO COSTA SAAB(4),CARLOS MANOEL PEDRO VAZ(3)&

LADISLAU MARTIN NETO(3)

RESUMO - A instrumentação espectroscópica éutilizada na caracterização da matéria orgânica do solo,podendo fornecer índices de humificação ou deestabilidade do carbono no solo. Como é consensogeral que o ideal seja trabalhar com o solo emcondições próximas ao natural, a utilização deequipamentos portáteis pode vir de encontro a estasnossas necessidades, principalmente na avaliação desolos. Isto posto, o objetivo desse trabalho foi avaliaros estoques de carbono e posteriormente a estabilidadedesse carbono por espectroscopia de RessonânciaParamagnética Eletrônica (RPE) e FluorescênciaInduzida por Laser (FIL) em dois solos de Bofedales(turfeiras Andinas) originários do Altiplano Peruano:um degradado e outro com características maispreservadas. Estes agroecossistemas, localizados entre3200 a 5000 metros de altitude, são consideradosfrágeis e há indícios de sua degradação edesaparecimento ocasionado pelo aquecimento global ea constante utilização dessas áreas pelas comunidadeslocais para pastagem e agricultura. Os índices dehumificação avaliados por equipamento de FIL portátilapresentaram similaridades com os espectrômetros debancada, com correlação linear maior que 90%,demonstrando sua potencial idade de uso para futurasaplicações de campo. O sistema portátil mostrou-sebastante eficiente e de fácil uso, pois a medida érealizada a partir de fibras ópticas ligadas ao laserevitando possíveis desalinhamentos. Outras vantagensdos equipamentos portáteis são as reduções deamostragens no campo e do transporte do solo,especialmente quando se trabalha em áreas de difícilacesso como estas áreas provenientes dos AndesPeruanos.

Palavras-chave: estoques de carbono, avaliação daestabilidade do carbono no solo, espectroscopia;

IntroduçãoO conhecimento dos estoques de carbono (EC) e de

sua dinâmica no solo é importante na análise do papel

do solo como fonte ou depósito de carbono-gás carbônicoda atmosfera [I]. Como a dinâmica da matéria orgânicalábil ou recalcitrante desses solos podem ser afetadas porvariação de temperatura, umidade e / ou outros fatoresrelacionados às Mudanças Climáticas, a avaliação deparâmetros de humificação ou da estabilidade do carbonodestes solos também são extremamente relevantes. Umaforma de analisar o comportamento do carbono no solo é apartir da avaliação do grau de humificação ou daestabilidade do carbono utilizando técnicasespectroscópicas[2-6]. A estabilidade da matéria orgânicapode auxiliar na avaliação do tempo de seqüestro de r-carbono no solo, ou seja, quanto mais recalcitrante (de •difícil decomposição e mais estável) for o material, maior otempo de vida do carbono no solo.

Existe um grupo específico de turfeiras situadas nosAndes Centrais e que são conhecidos como Bofedales (eminglês, wetlands ou tropical peatlands) [7]. Os Bofedalessão zonas inundadas pelo derretimento de neves, podendoser também referenciados como "pântanos do Altiplano"[8]. Estes agroecossistemas, que estão localizados entre3200 a aproximadamente 5000 metros de altitude, sãoconsiderados frágeis e há indícios de sua degradação edesaparecimento ocasionado pelo aquecimento global e aconstante utilização da área pelas comunidades locais parapastagem e agricultura [9]. A conservação dessas áreas éimportante principalmente no que diz respeito àbiodiversidade, arqueologia, carbono, armazenamento deágua e também devido ao valor de seu cenário no meioambiente. Globalmente, os wetlands possuem significativosestoques de carbono no solo [10], entretanto, o índice desequestro de carbono pode variar devido aos diferentestipos de wetlands encontrados ao redor do mundo.Considerando aqueles provenientes de montanhas ou dosAndes, poucos são os trabalhos executados até aqui. Dadosde carbono acumulado medidos em solos do AltiplanoChileno foram de 70-292 g C m-2 ano' [11].

No presente estudo, os EC e posteriormente aestabilidade desse carbono foram avaliados em dois solosde Bofedales originários do Altiplano Peruano: i) um solocom indícios de degradação (chamado de Bofedales

(I) Pós doutorado no Centro Internacional de La Papa (CIP) - Av. La Molina, 1898, P.O. Box, 1558, Lima 12, Peru. Embrapa InstrumentaçãoAgropecuária. R. XV de novembro, 1452, CEP 13560-970, São Carlos-SP. E-mail: alineíalcnpdia.embrapa.br (apresentadora do trabalho)(2) Pesquisadores do Centro Internacional de La Papa(3) Pesquisadores da Embrapa Instrumentaçào Agropecuária.(.) Pesquisador do Departamento de Física na Universidade de Ponta Grossa. Av. Carlos Cavalcanti, 4748, 84030-000 - Ponta Grossa - PR, Brazil;

Apoio Financeiro: ClP, FAPESP (2007/58561-7) e Altagro (!\ndean Agriculture in the A1tiplano).

degradado) e ii) outro com característica mais natural,chamado de preservado. Para a avaliação dahumificação ou estabilidade destes solos foramutilizadas técnicas de Fluorescência lnduzida por Laser(FIL) e Espectroscopia de Ressonância ParamagnéticaEletrônica (RPE). As duas técnicas foram aplicadas nacaracterização de solos "inteiros". Além disso, o uso deum equipamento de FIL portátil foi utilizado para aanálise desses solos. Equipamentos portáteis podemfacilitar o trabalho em laboratório, reduzir amostragensno campo e transporte do solo, especialmente quandose trabalha em áreas de dificil acesso como as áreas dosolo em questão, provenientes dos Andes Peruanos.

Material e métodos

A. Solos avaliadosForam coletadas amostras de solos de Bofedales,

provenientes dos Andes, ao sul do Peru, próximo àcidade de Puno (14°90'08"S e 69°77'52"W), a 3.929m de altitude. A temperatura média e precipitaçãoanual destas áreas foram 8°C e 690 mm (dados de2008), respectivamente. A primeira amostragem desolo advém de uma região de Bofedales degradada, queestá perdendo a sua característica de pântano, ou seja,está secando. A outra área advém de uma regiãopreservada, mais úmida (Figura I). As amostras de soloforam coletadas em diferentes profundidades: 0-2,5;2,5-5; 5-10; 10-20 e 20-30 em. Estes solos possuem 25e 12 e % de argila, 49 e 30% de silte e 26 e 58% deareia, para o solo degradado e preservado,respectivamente.

B. Estoques de carbono (EC)Os EC das amostras de solos (previamente

peneirados a 250 microns) foram obtidos através daequação: EC (Mg ha') = 10 x [C x d x 1], sendo que[C] é a quantidade de carbono em g kg", (d) adensidade em g em" e (I) a espessura da camada dosolo em metros [12].

C Avaliação da estabilidade do carbono pormedidas espectroscôpicas

As medidas de RPE foram realizadas em umespectrômetro de onda contínua da Bruker, modeloEMX pertencente à Embrapa InstrumentaçãoAgropecuária, operando em 9 GHz (banda X), 100KHz de frequência de modulação, utilizando cavidaderetangular, à temperatura ambiente, Amostras de solo,com massa variando de 20 a 30 mg, foram colocadasem tubos de quartzo de 2,5 mm de diâmetro interno e aconcentração de radicais livres do tipo semiquinona foideterminado usando a aproximação I x L'1H

2, e

utilizando o método do padrão secundário, com umcristal de rubi contendo Cr3+. Os resultadosapresentados foram a média de duas medidas feitas nasmesmas condições [2,6].

Os espectros de emissão de FIL foram obtidosutilizando montagem experimental para amostras desolo (pastilhas preparadas a partir do solo seco). Para aexcitação das amostras de solo foi utilizado um laser de

argônio sintonizado na linha de 458 nrn com uma potênciade 302 mW. A fluorescência emitida foi coletada por meiode uma lente convergente com foco sobre ummonocromador e a detecção foi realizada a partir de umafotomultiplicadora com pico de resposta espectral em 650nm [5]. Para a avaliação do grau de humificação Hm énecessário dividir a área do espectro de fluorescência pelaconcentração de carbono do solo correspondente. Destaforma, a área sob a curva de emissão de fluorescência éuma medida indireta da humificação da matéria orgânica,neste caso, o HF1L. O equipamento de FTL utilizadopertence à Embrapa Instrumentação Agropecuária.

O sistema portátil de FIL [13] foi projetado paracompactar em um só sistema todo o aparato de detecção eanálise de matéria orgânica e permitir a utilização doequipamento fora das condições do laboratório. Um laserde diodo, emitindo em 405 nm com potência máxima de 50mW é acoplado a um cabo óptico composto por seis fibrasópticas e faz a excitação da amostra. A fluorescência e areflectância da amostra é coletada por uma fibra ópticacentral do mesmo cabo óptico que conduziu a excitação.Este sinal é conduzido até um miniespectrômetro de altasensibilidade. Antes de atingir o miniespectrômetro, o sinalé filtrado para atenuar o sinal de reflectância. A emissão daamostra é então decomposta através de uma grade dedifração fixa e detectada por um arranjo de fotodiodospreviamente calibrados. Desta forma, obtêm-se o espectrode emissão que é enviado a um lap topo

Resultados e DiscussãoPelos valores obtidos na Tabela 1 observa-se que na

região mais preservada a concentração de carbono é maiordo que no solo proveniente da área degradada, em todas asprofundidades. Considerando somente a superficie (0-2,5em), a área preservada apresentou 64% a mais de carbonoque na área degradada. Os teores de carbono decrescem àmedida que a profundidade aumenta, para ambos os casos.Em solos alagados, como por exemplo nos Bofedales, àmedida que aumenta a profundidade há o surgimento deágua. Essa água, encontrada em maior quantidade na áreapreservada (Figura I b), faz com que diminua a densidadedo solo e consequentemente obtêm-se menores EC (Tabela1). Outro fator que tem que ser discutido é a texturapredominante nos solos das áreas em questão: 58% de areiano solo preservado e 49% de silte no solo degradado. Acondição de textura mais siltosa no solo degradado e amaior compactação do solo causado pelo pisoteio dosanimais também podem ter ocasionado maiores valores dedensidade e consequentemente maiores EC, para estessolos. Entretanto, o incremento da matéria orgânica do soloé um processo lento, e que exige um período de tempogeralmente longo para acontecer. Fatores como temperaturae umidade do solo, manejo e condições climáticas, afetam oconteúdo e a capacidade de incremento da matéria orgânicado solo [14]. A água também pode interferir nadecomposição da matéria orgânica (estabilidade). Apresença de água em solos alagados diminui adecomposição da matéria orgânica devido à manutençãodas condições anaeróbicas do solo (carbono mais lábil) queuma área mais "seca". a avaliação da estabilidade do

carbono no solo, primeiramente analisado por RPE,observou-se que as maiores concentrações de radicaislivres para os solos das áreas em questão foramencontrados na área degradada, quando comparadacom a área mais preservada. Nesta última,provavelmente a menor quantidade de materialdecomposto contribuiu para os menores sinais desemiquinona obtidos, associado com a diminuição dograu de humificação [3,4]. As maiores humificaçõesforam observadas em profundidades maiores devido àpresença de matéria orgânica mais estávelquimicamente.

O mesmo ocorreu com a técnica de FIL (Figura 2). Aexcitação em 458nm é mais ressonante com estruturascomplexas, cuja concentração aumenta com a evoluçãodo grau de humificação, tais como anéis aromáticos,sistemas aromáticos conjugados e substituídos, gruposfenólicos e quinonas presentes na matéria orgânica dosolo [15]. Quando comparamos as áreas degradada epreservada, notamos que os índices HFIL obtidos forammaiores na primeira. Na superfície (0-2,5 em), amatéria orgânica do solo encontra-se menos humificadapara todas as amostras, já que a quantidade dosresíduos orgânicos presentes são maiores que acapacidade dos organismos de metabolizá-Ios [9]. Jáem maiores profundidades houve um aumento gradualna hurnificação, e, portanto uma maior estabilização damatéria orgânica devido à presença de carbono maisrecalcitrante ou estável. A característica típica do soloarenoso, presente na área de Bofedales preservado é obaixo grau de resiliência, o que resulta em umareduzida capacidade de retomar as suas condiçõesoriginais após sofrer um distúrbio. Em comparação,solos argilosos apresentam menores taxas dedecomposição da matena orgaruca e,consequentemente, maior estabilidade química desta[14]. Os resultados de humificação obtidos foramsimilares em RPE e FI L, com correlação linear de 93%(P<O,OOOI), claramente demonstrando que as duastécnicas foram eficientes para a avaliação dahumificação do solo. Após, considerando a técnica deFIL e comparando dois sistemas, um de bancada eoutro portátil, foi possível obter 98% de correlaçãolinear (P<O,OOOI) entre eles para este tipo de solo(Figura 3). A correlação do sistema portátil com o RPEfoi de 92% (P<O,OOOI). O sistema portátil mostrou-sebastante eficiente e de fácil uso pois a medida érealizada a partir de fibras ópticas ligadas ao laserevitando possíveis desalinhamentos. Tambémapresentou maior rapidez nas medidas ao comparar-secom equipamento de bancada pois a calibração é feitapelo arranjo de fotodiodos, o que evita perda de tempocom a varredura.

ConclusõesCom este estudo foi possível avaliar

quantitativamente e qualitativamente doisagroecossistemas provenientes do Altiplano Peruano eque estão em estágio de degradação devidoprincipalmente ao Aquecimento Global. As técnicas

espectroscópicas permitiram analisar a estabilidade damatéria orgânica do solo. Os resultados do equipamentoportátil foram similares com os de bancada, com correlaçãolinear maior que 90%, mostrando a potencialidade dessesistema portátil de FIL para futuras aplicações no campo.

AgradecimentosAo "Centro Internacional de La Papa" (CIP), no Peru e

à Embrapa Instrumentação Agropecuária. Apoio Financeiroda Fapesp (2007/58561-7) e ALTAGRO ("AndeanAgriculture in the Altiplano").

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Tabela 1. Dados de carbono (g kg"), densidade (g em") e estoques de carbono, EC (Mg ha"), em função da profundidade (0-30 em)em duas áreas de turfeiras Andinas (Bofeda/es) provenientes dos Andes Peruanos.

Área dezradada Área preservadaProfundidade Carbono densidade EC Carbono densidade EC

(em) (g kg') (g em") (Mg ha") (g kg-I) (g cm") (Mg ha")0-2,5 132,9 ± 0,3 0,4 11,9 215,6 ± 0,0 0,4 22,12,5-5 128,6 ± 0,2 0,4 11,5 181,6 ± 0,4 0,4 18,65-10 123,0 ± 0,9 0,9 53,8 158,2±0,1 0,3 22,310-20 121,7 ± 0,8 0,9 116,0 141,9± 1,8 0,7 94,320-30 128 ± 1,4 0,9 108,4 135 ± 0,0 0,5 71,5

Total (0-30) 634,2 ± 3,6 301,7 832,3 ± 2,3 - 228,9

Figura 1. Fotos das duas áreas de amostragens de solos de Bofedales, agroecossisternas específicos da região do Altiplano PeruanoAndino, próximo à cidade de Puno, a 3_929 m de altitude. (a) representa uma área degradada e (b) representa uma área preservada.

5.0

4.5

.-... 4.0~:J'-' 35c:c 30o,ceo- 2.5~ut.::E 20:Js:Q) 1.5-oQ)

u 1.0]

0,5

0.0área degradada área preservada

Figura 2. Índices de humificação ou de estabilidade (HFIL) do carbono no solo obtidos por Espectroscopia de Fluorescência Induzidapor Laser (FIL) para as duas áreas de Bofedales coletadas nos Andes Peruanos em diferentes profundidades (0-2,5;2,5-5;5-10;10-20 e20-30cm).

1000

R=O.98; P<O.OOOI900

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,....l-u..500

I - 2.0 4.5400~-.-----.-----r----.-----.-----r----.-----.~

5.02.5 3.0 3 - 4,0FIL de bancada: HIII (u.a.)

Figura 3. Relação entre os índices de estabilidade de carbono analisados por Espectroscopia de Fluorescência Induzida por Laser(FIL) portátil com instrumentação de FIL de bancada.