Dinâmica do Pb e Cd em solos tropicais:propriedades do solo e adsorção competitiva

Resumo

A contaminação do solo por chumbo e cádmio compromete funções ecológicas importantes, especialmente em solos tropicais com características que aumentam a mobilidade desses metais. Este estudo avaliou a adsorção desses metais em solos arenoso, argiloso e orgânico, com e sem competição entre eles. Os resultados mostraram que o solo orgânico retém mais chumbo, enquanto a presença do cádmio reduz essa adsorção. A interação entre os metais e as propriedades do solo influenciam sua mobilidade e retenção, informações essenciais para o desenvolvimento de estratégias de remediação em áreas contaminadas.

Keywords: adsorção; EPT; solo

Introdução

O solo é essencial para a vida terrestre, sustentando a vegetação, abrigando organismos e regulando ciclos biogeoquímicos, o que o torna vital para a segurança alimentar, a qualidade da água e o equilíbrio ecológico (Bouida et al., 2022; Bradl, 2004). No entanto, sua contaminação por Elementos Potencialmente Tóxicos (EPTs), como chumbo (Pb) e cádmio (Cd), compromete esses serviços e ameaça a cadeia alimentar (Palansooriya et al., 2020; Barros et al., 2019). O Pb, presente em diversos resíduos, tem sua biodisponibilidade reduzida pela forte adsorção ao solo, mas ainda afeta a fotossíntese vegetal ao dificultar a fixação de nitrogênio e a ação de fungos micorrízicos (Angon et al., 2024). Já o Cd, oriundo de fertilizantes e rejeitos industriais, acidifica o solo, compete com nutrientes e prejudica o desenvolvimento das plantas (Angon et al., 2024).

A dinâmica desses metais é regida por interações com matéria orgânica, óxidos e argilas, sendo influenciada por processos de adsorção específicos e não específicos (Bradl, 2004). A competição entre Pb e Cd por sítios de adsorção favorece a mobilidade do Cd, especialmente na matéria orgânica (Li et al., 2023). Em solos tropicais, fatores como pH ácido, baixa MO e variáveis ambientais aumentam a mobilidade e biodisponibilidade desses metais (Kasemodel et al., 2019; Liu et al., 2023), exigindo estratégias de remediação adequadas à realidade tropical (Barros et al., 2019).

Experimento

Os estudos de adsorção de Pb e Cd foram conduzidos em três classes de solos tropicais: Ustic Quartzipsamment (arenoso), Typic Rhodustult (argiloso) e Typic Ustifolist (orgânico), coletados na camada superficial (0–20 cm). As amostras foram secas ao ar, desagregadas e peneiradas em malha de 150 mesh (<105 μm). A caracterização físico-química detalhada (pH, nutrientes, entre outros) foi previamente descrita por Oliveira et al. (2022), apresentando valores dentro dos padrões para solos não contaminados (FEAM, 2021), o que confirma a ausência de interferência antrópica.

Foram realizados experimentos para dois sistemas: adsorção de Pb isoladamente e em presença competitiva com Cd, ambos em solução de 0,001 mol L⁻¹. Para manter a força iônica constante, utilizou-se como eletrólito de fundo NaNO₃ 0,01 mol L⁻¹ (Oliveira et al., 2022). Em cada ensaio, 0,4 g de solo foram colocados em contato com 40 mL da solução metálica em tubos de centrífuga. As amostras foram agitadas horizontalmente a 30 rpm e 25 °C por 24 horas, seguidas de centrifugação a 3.000 × g por 15 minutos. Esse ciclo foi repetido 12 vezes para garantir a saturação dos sítios de adsorção, conforme protocolos estabelecidos por Pierangeli et al. (2001) e Poggere et al. (2017).

A quantidade de metal adsorvido (qₑ, mmol kg⁻¹) foi determinada pela equação: qₑ = (Cᵢ – Cₑ) × V/m, sendo Cᵢ e Cₑ as concentrações inicial e de equilíbrio da solução (mmol L⁻¹), V o volume (L) e m a massa de solo (kg). As concentrações foram obtidas por espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS), utilizando reagentes analíticos. O controle de qualidade incluiu sete repetições de branco para cálculo do limite de detecção do método (LDM), conforme a fórmula: LDM = (x̄ + tₙ₋₁ × s) × d, onde x̄ é a média das concentrações nos brancos, t o valor-t de Student (3,14 para n=7, α=0,01), s o desvio padrão e d o fator de diluição (APHA, 2012).

Por fim, os dados foram analisados estatisticamente pelo teste de Shapiro-Wilk (5%) e teste de Tukey, e submetidos à especiação química dos metais por meio do software Visual MINTEQ.

Resultados e discussão

Figura 1: Quantidade de Pb²⁺ adsorvido (mg g^-1)[1]  nos três solos analisados, os quais são: Sandy (arenoso); Clay (argiloso); Organic (orgânico).

Figura 2: Comparação da quantidade de Pb²⁺ adsorvido (mg g^-1) em sistemas monocomponentes e multicomponentes, em um panorama que abrange os três solos estudados.

 Após a realização da especiação de Pb e Cd foi possível observar que tanto no ambiente individual quanto competitivo, as espécies Pb²⁺_(aq) e Cd²⁺_(aq) predominam na faixa de pH 6-7, demonstrando a sua grande capacidade de interagir com as partículas de carga negativa presentes no solo. No que refere às Figuras 1 e 2 resultantes da análise estatística, é possível concluir que não houve nenhuma interação significativa entre os dados, seja com relação ao contaminante ou ao solo, possibilitando a realização de duas análises discretas.

Os resultados relacionados às características dos solos estudados demonstram que o solo orgânico obteve maior adsorção de Pb²⁺, enquanto o a menor adsorção foi atribuída ao arenoso. Tal comportamento corrobora com estudos que apontam para o papel essencial da matéria orgânica (MO) sobre a adsorção de Pb²⁺, análises que revelaram a interação entre o Pb²⁺ e os grupos Si-O-Si e -OH presentes em argilominerais, além da ligação iônica formada pelo metal associado a grupos -COOH, -OH, -CO e fenóis de ácidos húmicos (Kushwaha et al., 2020; Li et al., 2023; Zhou et al., 2020). Além disso, este resultado pode ser justificado devido à considerável distinção entre o teor de argila e a capacidade de troca catiônica desses solos, propriedades que impactam diretamente na capacidade das partículas adsorverem cátions metálicos em sua superfície.

Por outro lado, os resultados referentes à adsorção de Pb²⁺ em sistemas individuais e competitivos com o Cd²⁺, demonstram que a presença do Cd²⁺ diminui a adsorção do Pb²⁺. De acordo com trabalhos da literatura, a adsorção do metal em sistemas monometálicos geralmente é maior que em sistemas multimetálicos (Campillo-Cora et al., 2020; Pierangeli et al., 2007). Adicionalmente, estudos afirmam que o Pb possui maior eficiência adsortiva que o Cd em cenários competitivos, em razão de alguns fatores: 1) maior massa atômica; 2) menor raio de hidratação; 3) maior constante de hidrólise (Li et al., 2023).

É possível associar ambos os resultados obtidos, pois segundo a literatura, em solos com alto teor de MO a competição entre esses metais é ressaltada tendo em vista que o Pb²⁺ compete com o Cd²⁺ principalmente pelos sítios de ligação presentes nas carbonilas e hidroxilas da MO (Li et al., 2024). A biodisponibilidade de EPTs é condicionada por variáveis como o pH, a matéria orgânica, os agentes quelantes presentes e a composição físico-química do solo (Zhang et al., 2024).

Conclusão

Este estudo demonstrou que o solo orgânico apresenta maior capacidade de adsorver Pb²⁺, embora essa eficiência seja reduzida na presença de Cd²⁺ devido à competição por sítios de adsorção. As características do solo, especialmente o teor de matéria orgânica, influenciam diretamente a mobilidade dos metais, reforçando a importância de considerar as interações entre elementos e as condições ambientais em futuros estudos.

Agradecimentos

UFV, DPS, PPGSNP-UFV, CNPq, FAPEMIG e CAPES.