Extração e Fracionamento Quantitativo de Substâncias Húmicas do Solo

Extração e Fracionamento Quantitativo de Substâncias Húmicas do Solo

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Extração e Fracionamento Quantitativo de Substâncias Húmicas do Solo: um Procedimento Simplificado de Baixo Custo

Vinicius M. Benites1 Beáta Madari2

Pedro Luiz O. de A. Machado2Pesquisador, DS, Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico 1024 - CEP 2.460.0 - Rio de Janeiro/RJ, E-mail:vinicius@cnps.embrapa.br.Pesquisador, PhD, Embrapa Solos, Rua Jardim Botânico 1024 - CEP 2.460.0 - Rio de Janeiro/RJ, E-mail:beata@cnps.embrapa.br,pedro@cnps.embrapa.br.

ISSN 1517-5685 Rio de Janeiro, RJ

Outubro, 2003Foto:Vinícius M Benites

Técnico Comunicado

Introdução

A presença de substâncias húmicas (SH) no meio ambiente há muito tempo vem sendo observada (Berzelius, 1839;

Kononova, 1958; Orlov, 1985; Frimmel & Christman, 1988). A definição de SH não é simples e reflete bem a complexidade do material orgânico. SH podem ser definidas como uma série de polímeros amorfos de coloração amarelomarrom a preta, de peso molecular relativamente alto e formados por reações de sínteses secundárias, bióticas e abióticas (Stevenson, 1994). Entretanto, como exposto por MacCarthy (2001), devido ao aspecto vago desta e de outras definições de SH, é comum definir também estes materiais operacionalmente em termos de procedimentos laboratoriais usados para extraí-los de solos, sedimentos e águas. O procedimento clássico de extração do solo resulta em três frações principais: ácidos húmicos (AH), ácidos fúlvicos (AF) e huminas. Estas frações são definidas operacionalmente em relação às suas solubilidades em meio aquoso em função do pH da solução extratora (Tombácz & Meleg, 1990). Soluções alcalinas, normalmente NaOH 0,1 mol L-1, extraem os ácidos húmicos e os ácidos fúlvicos do solo deixando a humina ligada à fase mineral. A acidificação do extrato alcalino, de coloração preta, resulta na coagulação da fração dos ácidos húmicos (precipitado preto ou amarronzado), enquanto a fração dos ácidos fúlvicos permanece solúvel (solução amarela amarronzada) (Foto 1).

Embora este esquema de separação pareça bastante arbitrário, consegue-se um certo grau de segregação de materiais poliméricos com diferentes propriedades químicas

(McBride, 1994). Nenhuma destas frações isoladas representa compostos individuais de composição específica, mas sim uma mistura de compostos heterogêneos com comportamento químico similar. A Tabela 1 sumaria algumas das propriedades químicas mostrando que a seqüência ácidos fúlvicos - ácidos húmicos - humina representa um contínuo crescente de propriedades químicas, com certa similaridade com a lignina (um polímero aromático complexo) (McBride, 1994).

O termo “húmus” é freqüentemente usado como sinônimo de SH, mas há casos em que “húmus” inclui, por falta de definição correta da nomenclatura, SH e substâncias nãohúmicas como ácidos orgânicos de baixo peso molecular (ex. ácido cítrico, ácido malônico etc), compostos produtos da decomposição da matéria orgânica (proteínas, lipídeos etc.) e

Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

2Extração e Fracionamento Quantitativo de Substâncias Húmicas do Solo de materiais húmicos e não húmicos (Rice & MacCarthy, 1990) e como tal poderia ser melhor descrita como um material que contém SH do que uma substância húmica propriamente dita. Apesar de apresentar baixa reatividade, são responsáveis por mecanismos de agregação de partículas e na maioria dos solos tropicais representa a maior parte do carbono humificado do solo.

O estudo de substâncias húmicas no solo desenvolveu-se bastante nas últimas três décadas, graças ao desenvolvimento de novas metodologias e equipamentos (Hatcher et al., 2001). Através de reuniões bianuais, o

Encontro Brasileiro de Substâncias Húmicas vem oferecendo grande contribuição na oferta e organização da informação sobre as SH no solo e nas águas, sua estrutura e transformação no meio ambiente. Contudo, um dos fatores que tem dificultado maior estudo de substâncias húmicas em solos tropicais é a falta de organização e apresentação detalhada de metodologias para a extração, fracionamento e, especialmente a quantificação das frações húmicas. A Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (IHSS) recomenda um método para a extração das substâncias húmicas de material de solo e posterior fracionamento em ácidos húmicos, fúlvicos e humina, baseado na solubilidade diferencial destas frações em meio alcalino e ácido (Swift, 1996; Machado, 1999). Contudo, este método é laborioso e deve ser empregado quando se pretende extrair substâncias húmicas com alto grau de pureza para fins de caracterização.

A sugestão que aqui se apresenta é o resultado de uma adaptação desta metodologia de extração e fracionamento,

visando a quantificação das frações húmicas por meio de procedimento simplificado e de fácil execução. O procedimento foi testado em várias classes de solos do

Brasil e os resultados são considerados satisfatórios para o emprego como análise de rotina (Benites et al., 2000). As informações geradas pela adoção desta metodologia podem ser úteis em trabalhos de classificação de solos, como indicadores do efeito do manejo ou para estudos de dinâmica de carbono no solo (Swift, 2001), fornecendo uma informação complementar ao teor de carbono orgânico total do solo.

Materiais e Equipamentos Necessários

Para o fracionamento

- Centrífuga refrigerada de alta rotação com rotor para tubos de 50 mL e FCR superior a 5.0 g;

- Sistema de filtragem a vácuo com suporte para filtros 47mm de diâmetro ou maior;

- Bomba de vácuo; produtos metabólicos da atividade microbiana freqüentemente associados às substâncias húmicas

(Stevenson, 1994).

Os ácidos húmicos e fúlvicos representam a porção solúvel em meio alcalino, de maior reatividade e conseqüentemente de maior polaridade. Os ácidos fúlvicos são os compostos húmicos de maior solubilidade por apresentarem maior polaridade e menor tamanho molecular. Estes compostos são os principais responsáveis por mecanismos de transporte de cátions dentro do solo, por meio de complexos organo-metálicos, o que caracteriza o processo de queluviação (Duchaufour, 1982). Os ácidos húmicos são os compostos húmicos mais estudados e apresentam pouca solubilidade nas condições de acidez normalmente encontradas em solos. Estes compostos são responsáveis pela maior parte da CTC de origem orgânica em camadas superficiais de solos. A humina consiste em um aglomerado

Foto 1. Tubos de centrífuga com a fração ácido fúlvico (A) como sobrenadante e a fração ácido húmico (B) como precipitado.

Tabela 1. Algumas propriedades químicas importantes das diferentes frações húmicas.

Ácidos fúlvicosÁcidos húmicosHumina*

* Valores da fração humina são aproximados, dada a dificuldade em se eliminar a fase mineral para a análise elementar.

Fonte: McBride, 1994; Schnitzer & Khan, 1978.

3Extração e Fracionamento Quantitativo de Substâncias Húmicas do Solo

- Filtros de membrana em éster de celulose, 0,45 m de poro e 47 m de diâmetro, lisa (ex. Millipore

HAWP04700);

- Balões volumétricos de 50 mL;

- Balança com precisão de 0,0001 g;

- Potenciômetro;

- Tubos de centrífuga de 50 mL com tampa;

- Solução de Hidróxido de Sódio (NaOH 0,1 mol L-1); e

- Solução de Ácido Sulfúrico (H2SO4 20% (v/v)).

Para a determinação do teor de carbono nas frações

- Bloco digestor com, no mínimo, 40 posições; - Bureta automática (ou titulador);

- Pipetas de 1 e 5 mL (ou pipeta automática regulável de 1- 5 mL);

- Dispensador de 5 mL; - Frascos Erlenmeyer de 125 mL;

- Tubos de digestão com “dedos” para refluxo (ou bolinhas de gude);

Dissolver 49,04 g de K2Cr2O7 (pré-seco em estufa a 105°C e conservado em dessecador) em água e diluir a solução para o volume de 1.0 mL;

Dissolver 12,26 g de K2Cr2O7 (pré-seco em estufa a 105°C e conservado em dessecador) em água e diluir a solução para o volume de 1.0 mL;

- Indicador de Ferroin 0,025 M: Dissolver 1,465 g de ortofenantrolina monohidrata e 0,985 g de sulfato ferroso

- Ácido sulfúrico p.a. (H2SO4 c., no mínimo 96%);

(SO4)2.6H2O) 0,250 mol L-1: Dissolver 98,04 g de SFA em 500 mL de água previamente misturada a 15 mL de

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