Mineral formation and element release from aluminosilicate rocks promoted by maize rhizosphere

Abstract

A liberação de macro e micronutrientes de aluminossilicatos contribui significativamente para a nutrição das plantas e algumas rochas silicáticas podem, assim, atuar como fertilizantes de liberação lenta. O intemperismo desses minerais pode ocorrer em poucos dias sob a influência da rizosfera e alguns minerais primários formam minerais do tipo 2:1, como vermiculita e esmectita. Esses minerais apresentam características como alta carga permanente e superfície específica, e podem contribuir para a qualidade do solo, especialmente aumentando sua capacidade de troca catiônica. No entanto, a seleção de rochas silicáticas para uso agrícola não depende apenas do teor absoluto de nutrientes, mas da taxa de dissolução dos minerais e liberação dos nutrientes para as plantas. A atividade radicular é um fator determinante nesse contexto pois afeta as taxas de dissolução dos minerais das rochas, mas as taxas de intemperismo dependem do tipo e da proporção de minerais presentes. A maioria das pesquisas sobre rochas silicáticas como agrominerais concentra-se na avaliação agronômica do rendimento das culturas, porém são necessários novos estudos sobre o processo de intemperismo e a solubilização dos elementos sob a influência das plantas. O objetivo deste trabalho é investigar as taxas de liberação de elementos e os minerais neoformados pelo processo de biointemperismo promovidos pela rizosfera de milho nas rochas basalto, biotita xisto e biotita sienito. Experimentos em vasos foram realizados sob condições ambientais controladas em casa de vegetação. Amostras das rochas puras foram colocadas em vasos de 500 mL e duas plantas de milho foram cultivadas por vaso em conjuntos de três vasos, repetidos por sete ciclos de crescimento sucessivos de 45 dias cada, totalizando 315 dias de ação das raízes. As rochas e as plantas foram avaliadas após cada ciclo de crescimento. As rochas forneceram nutrientes às plantas em um curto período e as taxas de absorção dos elementos foram descritas por equações. Os elementos K, Ca, Mg, Al, B, Cu, Fe, Mn e Zn foram analisados na matéria seca e associados ao intemperismo dos minerais constituintes de cada rocha. A caracterização mineralógica e química das rochas, incluindo a capacidade de troca catiônica, foi discutida e relacionada à liberação e acúmulo de nutrientes pelas plantas. No estudo do basalto, a análise de difração de raios-X revelou diopsídio e andesina como os principais minerais da rocha. A esmectita presente no basalto contribuiu para a alta capacidade de troca catiônica. A mineralogia da rocha não se modificou durante o experimento e não foram detectados minerais cristalinos secundários após os sete ciclos ii de crescimento do milho. Os resultados indicaram que a dissolução dos minerais do basalto pela rizosfera de milho foi congruente ou formou novas fases precipitadas como amorfos e minerais de baixa cristalinidade. Imagens de microscopia eletrônica de varredura evidenciaram novos componentes amorfos resultantes do intemperismo induzido pela rizosfera. O crescimento do milho e o acúmulo de elementos diminuiu ao longo dos ciclos, provavelmente devido ao intemperismo de superfície e à dissolução de partículas muito pequenas nos ciclos iniciais, onde os nutrientes foram facilmente extraídos. Embora o biotita xisto tenha apresentado consideravelmente menos K em sua composição que o biotita sienito, as plantas cultivadas no biotita xisto produziram uma quantidade maior de matéria seca e acumularam mais K e Mg. Isso reflete o processo de intemperismo da biotita, condicionado pelos teores de Mg e Fe. O intemperismo da biotita no biotita xisto e no biotita sienito resultou em alterações mineralógicas na difração de raios-X. A mudança mais significativa nos difratogramas ocorreu na fração de tamanho de partícula < 53 μm, mas a fração entre 53 - 300 μm também apresentou alterações. Uma biotita-vermiculita interestratificada (hidrobiotita) foi observada nas duas rochas, como resultado do intemperismo da biotita e perda de K. Mas nas amostras de biotita sienito, a formação de hidrobiotita foi menor que no biotita xisto. O conteúdo de Mg e Fe(II) na estrutura do mineral biotita no biotita sienito, com alta relação Fe/Mg no sítio octaédrico, explica a menor taxa de formação de hidrobiotita pois a oxidação do Fe(II) da biotita no biotita sienito gerou um ambiente de intemperismo estável, impedindo a continuidade da liberação de K e a formação de cargas. No biotita xisto, o processo de intemperismo foi responsável por um aumento na capacidade de troca catiônica nas frações de tamanho < 300 μm. Esses materiais com maior capacidade de troca catiônica são particularmente importantes para o manejo de solos com pequena capacidade de retenção de cátions, como os Latossolos em ambientes tropicais.