ELEMENTOS TERRAS RARAS EM SOLOS DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA REPRESENTATIVA DO BIOMA CERRADO, SUL DO PIAUÍ

Abstract

RESUMO: Os elementos terras raras (ETRs) constituem um grupo formado por 15 elementos da série dos lantanídeos (lantânio ao lutécio). Baseado no número atômico, estes elementos são frequentemente divididos em dois grupos: elementos terras raras leves (ETRLs; La a Eu) e elementos terras raras pesados (ETRPs; Gd a Lu). A bacia hidrográfica do rio Gurguéia representa 19% do estado do Piauí e está inserida dentro de uma das últimas fronteiras agrícola do país. Dessa forma, o uso intensivo de fertilizantes pode provocar o aumento da concentração de ETRs no solo, tornando-se um problema ambiental. O objetivo do trabalho foi determinar a concentração natural e estabelecer os valores de referência de qualidade (VRQs) de ETRs em solos da bacia hidrográfica do rio Gurguéia, assim como avaliar a influência dos materiais de origem e classes de solo na distribuição de ETRs e a associação geoquímica destes com os elementos maiores. Foram coletadas 275 amostras simples de solo, totalizando 55 amostras compostas, na profundidade de 0 a 20 cm, em áreas com pouca ou nenhuma influência antrópica. A digestão das amostras foi realizada de acordo com a metodologia proposta pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA 3051A). As concentrações de ETRs foram determinadas por espectroscopia de emissão óptica. Os elementos maiores foram determinados por espectrometria de fluorescência de raios X. A concentração média de ETRs em solos seguiu a ordem (mg kg-1): Ce (14,01) > Nd (6,19) > La (5,52) > Pr (2,51) > Sm (1,45) > Gd (0,93) > Dy (0,63) > Er (0,42) > Yb (0,39) > Tb (0,28) > Eu (0,26) > Lu (0,20) > Ho (0,13) > Tm (0,06). Os baixos teores de ETRs estão relacionados ao predomínio de solos originados de arenitos que, geralmente, apresentam baixas concentrações desses elementos. O material de origem foi o principal fator que governou a distribuição de ETRs em solos da bacia do rio Gurguéia, com seus teores decrescendo na seguinte ordem: solos originados de rochas ígneas > solos originados de rochas metamórficas > solos originados de rochas sedimentares. A concentração total média de ETRs (mg kg-1) por classe de solo apresentou a seguinte ordem: Argissolos (72,56) > Luvissolos (39,58) > Neossolos Litólico (35,91) > Latossolos (25,13) > Neossolos Flúvico (15,32). Os teores de Al2O3, Fe2O3 e argila influenciaram no acúmulo de Lu em solos. O pH e carbono orgânico não afetaram as concentração de ETRs em superfície. Os ETRs leves e pesados representam 91 e 9% do total de ETRs, respectivamente, sendo a maior parte dos ETRs leves constituída pelo Ce (47%). Baseado no percentil 75, os VRQs dos solos da bacia apresentaram a seguinte ordem (mg kg-1): Ce (7,59) > Nd (3,31) > La (3,1) > Pr (1,28) > Sm (0,75) > Gd (0,46) > Dy (0,25) > Er (0,19) = Yb (0,19) > Lu (0,18) > Tb (0,14) > Ho (0,06). Esses valores são bem inferiores aos obtidos para solos do Rio Grande do Norte, demonstrando a necessidade de estabelecer VRQs em função dos compartimentos pedológicos e geológicos de cada região. Os resultados desse trabalho servirão de referência para o monitoramento da qualidade dos solos da bacia do rio Gurguéia. ABSTRACT: Rare earth elements (REEs) are a group of 15 elements of the lanthanide series (lanthanum to lutetium). Based on the atomic number, these elements are generally divided into two groups: light (lanthanum to europium) and heavy (gadolinium to lutetium). The Gurgueia watershed comprises 19% of the Piaui state and is located nearby one of the last agricultural frontiers of the country. Thus, the intensive input of fertilizers can cause an increase in the concentration of REEs in soils, becoming an environmental problem. The objective of this work was to determine the natural concentration and to establish the quality reference values (RQVs) for REE in soils of the Gurgueia watershed as well as to evaluate the influence of the parent materials and soil classes on the distribution of REEs and the geochemical association between REEs and major elements. A total of 275 soil samples were collected, totalling 55 composite samples at 0-20 cm depth, in areas with little or no anthropogenic influence. Soil was digested according to the methodology proposed by the United States Environmental Protection Agency (EPA 3051A). Concentrations of REEs were determined by inductively coupled plasma (ICP-OES/Optima 7000, Perkin Elmer). Major elements were determined by X-ray fluorescence spectrometry. The average REE concentrations in soils followed the order (mg kg-1): Ce (14.01) > Nd (6.19) > La (5.52) > Pr (2.51) > Sm (1.45) > Gd (0.93) > Dy (0.63) > Er (0.42) > Yb (0.39) > Tb (0.28) > Eu (0.26) > Lu (0.20) > Ho (0.13) > Tm (0.06). The low REE level is related to the predominance of soils originated from sandstones, which usually have low concentrations of these elements. The parent material was the main factor that governed the REE distribution in soils of the Gurgueia watershed, with their levels decreasing in the following order: soils derived from igneous rocks > soils derived from metamorphic rocks > soils derived from sedimentary rocks. The total average REE concentrations in soil classes followed the order (mg kg-1): Ultisols (72.56) > Luvisols (39.58) > Leptsols (35.91) > Oxisols (25.13) > Fluvisols (15.32). The Al2O3, Fe2O3 and clay contents influenced the accumulation of Lu in soils. Organic carbon and pH did not affect the concentration of REE in the topsoil. The LREEs and HREEs represent 91 and 9% of the total rare earth element concentration, respectively; Ce is the most abundant element among LREEs (47%). Based on the 75th percentile, the QRVs followed the order (mg kg-1): Ce (7,59) > Nd (3,31) > La (3,1) > Pr (1,28) > Sm (0,75) > Gd (0,46) > Dy (0,25) > Er (0,19) = Yb (0,19) > Lu (0,18) > Tb (0,14) > Ho (0,06). These results demonstrate the need to establish QRVs according to the pedological and geologic compartments of each region. It will serve as a reference for monitoring the soil quality of the Gurgueia watershed.