Natureza e Propriedades dos Solos Lateriticos Derivados de Diferentes Materiais-Pai em Taiwan

Abstract

O objetivo deste estudo foi investigar a composição física, química e mineralógica dos solos lateríticos, a fim de utilizar estes solos como potenciais produtos comerciais para aplicação industrial no futuro. Cinco solos lateríticos derivados de vários materiais de origem em Taiwan, incluindo andesite, diluvium, pedra de xisto, basalto e depósito de Pleistoceno, foram coletados a partir do nível de amostras de solo. Com base nas análises, o solo de Tungwei é um alfisol, enquanto outros solos lateríticos são o ultisol. O valor de pH mais elevado de Tungwei é atribuído às grandes quantidades de Ca2+ e Mg2+. Os solos de Loupi e Pingchen seriam os solos lateríticos mais antigos, devido à menor proporção de ferro ativo. Para os minerais de ferro, os óxidos magnéticos de ferro, tais como grandes quantidades de magnetita e maghemita, foram encontrados para os solos lateriticos de Tamshui e Tungwei, respectivamente. Lepidocrocite só foi encontrado no solo de Soka e quantidades intermediárias de goetite foram detectadas para os solos de Loupi e Pingchen. Após os processos Mg-saturação e K-saturação, grandes quantidades de camada mista foram observadas nos solos de Loupi e Soka, enquanto que a montmorilonite só foi detectada nos solos de Tungwei. Os resultados da investigação revelaram que os materiais de base desempenhariam um papel importante durante o processo de envelhecimento do solo e que as composições físicas, químicas e mineralógicas afetam fortemente a formação de solos lateríticos.

1. Introdução

Os solos lateríticos são um dos solos importantes e estão disseminados em áreas tropicais e climas subtropicais. Eles são os solos mais intemperizados do sistema de classificação. Os solos lateríticos em Taiwan são na sua maioria classificados em ultisol e alfisol e cobrem cerca de 25% das terras de cultivo. As características significativas dos solos lateríticos são sua cor única, baixa fertilidade, alto teor de argila e menor capacidade de troca catiônica. Além disso, os solos lateríticos possuem uma grande quantidade de óxidos de ferro e alumínio. Os óxidos de ferro, existentes principalmente nas formas inorgânicas amorfas e cristalinas, são um dos principais componentes em muitas ordens de solos. Em meu estudo anterior, uma série de amostras de solo incluindo alfisol, inceptisol, entisol e ultisol foram usados para testar sua eficiência de remoção de H2S do gás de carvão quente. Os resultados experimentais mostraram que os ultisol têm a melhor eficiência de remoção entre todas as amostras de solo. Além disso, o conteúdo de ferro livre total foi confirmado como o principal componente a afetar a eficiência geral de remoção. Portanto, é muito importante compreender as propriedades detalhadas dos solos lateríticos quando estes vão ser um produto comercial para aplicação industrial. Com base no estudo anterior, acredita-se que os solos lateríticos Tamshui e Tungwei são os melhores candidatos para aplicação industrial devido à presença de magnetita e maghemita, que são dois tipos de óxidos de ferro que têm excelente sulfatação termodinâmica em comparação com outros óxidos de ferro. O material de origem é um fator chave que afeta a composição e distribuição do ferro e dos minerais para os solos lateríticos. Anda et al. relataram uma série de oxisóis derivados da serpentinita, basalto e andesita e descobriram que o conteúdo de óxidos de ferro tem uma distribuição obviamente diferente. Aproximadamente 19% dos óxidos de ferro foram determinados para os solos lateríticos derivados da serpentinita. Diferentes materiais de origem também trazem as diferentes propriedades físicas e químicas.

Por isso, a fim de melhor compreender as informações detalhadas dos solos lateríticos, os principais objetivos deste estudo foram investigar as propriedades dos solos lateríticos derivados de diferentes materiais de origem, incluindo pedra de xisto, basalto, diluvium e andesita, e fornecer informações básicas sobre solos lateríticos para o desenvolvimento agrícola.

2. Materiais e Métodos

2.1. Área de Estudo

Cinco solos lateríticos utilizados neste estudo foram coletados de diferentes locais em Taiwan. Eles estão localizados no Condado de Taipei (Tamshui), Condado de Taoyuan (Pingchen), Condado de Pingtung (Loupi), Condado de Taitung (Soka), e Condado de Penghu (Tungwei), respectivamente. Uma breve descrição da caracterização morfológica destes solos lateríticos é dada na Tabela 1. De acordo com a classificação do solo, Tamshui, Pingchen, Loupi e Soka são ultisol e Tungwei é um alfisol.

2.2. Métodos analíticos

As amostras de solo foram secas ao ar, esmagadas com uma argamassa e peneiradas para remover fragmentos grosseiros (>2 mm). A distribuição granulométrica foi obtida pelo método de pipeta após a remoção de carbonato, matérias orgânicas e MnO2. O carbonato foi removido por 1 M NaOAc com pH = 5 a 60°C e as matérias orgânicas e MnO2 foram digeridas em 30%. O pH do solo foi medido em uma mistura de 1 : 1 solo/água desionizada e 1 : 1 solo/1 M solução de KCl por eletrodo de vidro, respectivamente . O teor de matéria orgânica foi determinado pelo método de oxidação húmida Walkley-Black . A capacidade de troca catiónica foi determinada pelo método do acetato de amónio a pH = 7 . Fe livre (Fed) foi extraído pelo método de ditionite-citrato de bicarbonato (DCB) . Oxalato de amónio ácido no escuro foi utilizado para extrair Fe (Feox) não cristalino (pouco cristalino e organicamente ligado) . A concentração de cátions permutáveis e Fe foi determinada pelo ICP/AES (modelo JY38P, JOBIN YVON). A composição mineralógica foi detectada por difração de pó de raios X para os espécimes de argila. Os espécimes de argila foram saturados com 0,5 M MgCl2 (Mg saturado) e 1 M KCl (K saturado), respectivamente. As propriedades de expansão dos espécimes de argila Mg saturada foram determinadas usando a solvação de etilenoglicol a 65°C por 24 horas. Os espécimes de argila saturada em K foram submetidos a sucessivos tratamentos térmicos a 110, 350, e 550°C durante 2 horas. As amostras de argila orientadas foram examinadas com um difratômetro de pó de raios X modelo D/MAX III-V da Rigaku, equipado com um filtro de Ni CuKα gerado a 30 mA e 40 kV. Os padrões de difracção foram registados de 3° a 90° com uma taxa de varrimento de 3°/min. A identificação e determinação semiquantitativa dos minerais argilosos foi baseada na diferença dos padrões de reflexão dos espécimes saturados em K, Mg, glicolados, aquecidos e secos ao ar .

3. Resultados e Discussão

3.1. Propriedades Físicas e Químicas Básicas de Vários Solos Lateriticos

Descrições de algumas propriedades físicas e químicas, bem como as condições parentais dos solos coletados são mostradas nas Tabelas 2 e 3. A notação de cor do solo Munsell destes solos aparece em 2,5 a 5YR, indicando que a cor destes solos é vermelha ou marrom-avermelhada. Loupi, Soka e Tungwei contêm altas quantidades de fração de argila, enquanto Tamshui e Pingchen consistem principalmente de fração de lodo. Eles pertencem à argila e à argila sedimentosa na classificação de textura, respectivamente. Com exceção de Pingchen, todos os solos possuem estrutura moderada. O Tamshui e o Tungwei aparecem em estrutura granular moderada e muito fina; os outros aparecem em bloco subangular e bloco angular. Os valores de pH () dos solos são 4,85, 4,06, 4,02, 4,46, e 8,13 para Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka, e Tungwei, respectivamente. Obviamente, todos os solos são ácidos na natureza, exceto o Tungwei. A diferença no pH (pHKCl-) mostra um valor negativo para todos os solos, sugerindo que a carga dominativa na superfície de todos os solos é negativa. Por outro lado, isto também indica que uma parte dos locais de troca tem íons de hidrogênio. Isto proporciona uma capacidade de troca aniônica e diminui o valor da capacidade de troca catiônica. No pH 7, os íons de hidrogênio desaparecem e, portanto, a capacidade de troca catiônica é um valor inflado. No caso do Tungwei, seu valor de pH pertence à região alcalina. Isto deve-se ao facto de este local conter grandes quantidades de carbonato de cálcio e nódulos de concha. Portanto, os catiões permutáveis de Ca2+ e Mg2+ para Tungwei são 9,28 e 8,73 (cmol kg-1), respectivamente. O valor é significativamente maior que o de outros solos lateríticos, indicando que o alto valor de pH para Tungwei resultou de grandes quantidades de Ca2+ e Mg2+.

Os óxidos de ferro livres ou óxidos de ferro extraíveis DCB (Fed) em cinco solos em estudo variam de 3,86 a 13,8%. Os óxidos de ferro extraíveis de oxalato (Feox) dos cinco solos são muito baixos. Os valores de Feox em cinco solos variam de 0,36 a 2,42%. Este resultado reflete que os óxidos de ferro em solos lateríticos contêm menos quantidades de óxidos de ferro cristalinos ou amorfos pobres e a principal forma de óxidos de ferro presentes no solo são os óxidos de ferro cristalinos. A razão de Feox para Fed foi expressa como a “razão ferro ativo” por Lekwa e Whiteside . Neste estudo, a proporção de ferro activo para Loupi e Pingchen é inferior à de Tamshui e Tungwei. Este resultado pode fornecer as evidências relativas à idade de formação do solo . A razão Feox para Fed dos cinco solos lateríticos segue a ordem Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Isto implica que o Loupi pode ser o solo laterítico mais antigo comparado com outros.

3.2. Mineralogia argilosa dos solos lateríticos

A composição mineralógica para os cinco solos lateríticos está tabelada na Tabela 4. A maior diferença entre estes solos é o conteúdo de óxidos de ferro. As espécies de ferro dominantes são a magnetita e a magémita para os Tamshui e Tungwei. Estas duas amostras de solo possuem as espécies de ferro magnético, provavelmente devido às suas condições materiais de base. Os materiais progenitores do Tamshui e do Tungwei são o andesita e o basalto, respectivamente, que pertencem à rocha ígnea. Devido aos materiais de origem mais jovens ou às paisagens, a extensão da meteorologia ou lixiviação química é menos intensiva e a presença de magnetita e magémita é atribuída a esta razão. Ao contrário de Tamshui e Tungwei, Pingchen e Loupi contêm espécies idênticas de óxidos de ferro (goetite e menos hematita) e as principais espécies de óxidos de ferro contidas em Soka são os lepidocrocite. Em geral, a hematita é a fase estável para os óxidos de ferro na atmosfera. Taiwan está localizada na fronteira entre o clima tropical e subtropical. A precipitação média anual é de cerca de 2.400 mm e a temperatura média é de cerca de 23°C. Em condições de humidade tão elevada, a hematite é transformada em goetite ou lepidocrocite. Para todos os cinco solos, pequenas quantidades de hematita são detectadas pelo DRX. Após o tratamento com K e Mg saturados, alguns minerais argilosos também são identificados neste estudo. Pingchen e Loupi possuem os mesmos minerais de argila incluindo caulinita, micas, gibbsita, vermiculita, e clorita de camada mista menor. Soka contém grandes quantidades de quartzo, micas e minerais de argila de camadas mistas juntamente com pequenas quantidades de clorita e gibbsite. Os minerais de argila em Tamshui e Tungwei não são únicos. Apenas montmorilonite é detectada em solo Tungwei. Com base na análise química e mineralogia, é possível verificar que a diferença entre os solos lateríticos em Taiwan resultou da diferença entre os vários materiais de origem. Os materiais de base desempenham um factor importante no processo de formação do solo para os solos lateríticos. A extensão da meteorologia provavelmente diminui na ordem Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei.

4. Conclusões

Neste estudo foram examinados cinco solos lateríticos formados a partir de vários materiais de origem em Taiwan para compreender as suas propriedades físicas, químicas e mineralógicas. Os resultados revelaram que os materiais de base desempenham um papel importante durante a meteorização do solo. As composições físicas, químicas, e mineralogia afetam fortemente a formação do solo. Os solos lateriticos de Pingchen e Loupi provavelmente têm um processo de envelhecimento mais forte, enquanto o Tungwei tem a idade de formação do solo mais jovem. A maior diferença entre todos os solos lateríticos é o seu conteúdo em óxidos de ferro. Os solos lateriticos de Tamshui e Tungwei foram encontrados com óxidos de ferro magnéticos. A magnetite e a maghemita são os principais óxidos de ferro para o Tamshui e o Tungwei, respectivamente. Lepidocrocite foi encontrada apenas em solos lateriticos Soka e quantidade intermediária de goetite foi determinada para solos Loupi.

Conflito de interesses

O autor declara que não há conflito de interesses em relação à publicação deste trabalho.

Confirmações