Critérios mineralógicos, químicos e físicos para uso agronômico de pó de basalto hidrotermalizado no sul do Brasil

Abstract

The exploitation of amethyst geodes in the region of Ametista do Sul, Rio Grande do Sul state, southern Brazil, generates a large amount of hydrothermal basalt tailings, which accumulate alongside the mines. This material contains clay minerals such as smectite and celadonite types which makes it promising as a remineralizer for agricultural soils. The following objectives were established to evaluate the potential use of this material in agriculture: i) assessment of the mineralogical and geochemical variability of hydrothermal basalt in the horizontal profile of the main geode exploration lava flow, in the region of Ametista do Sul; ii) determination of the solubility of chemical elements of agricultural interest from the hydrothermal basalt powder by using different extraction methods; and iii) assessment of the chemical and mineralogical characteristics of a Ultisol under native field after applying hydrothermalized basalt powder, as well as pasture production and nutrient export by plants. Hydrothermal basalt consists of plagioclases, clinopyroxenes, opaque minerals and apatite as accessory mineral, and is significantly altered for clay minerals in the matrix or filling vesicles. The mineral assemblage and the geochemical composition of the hydrothermalized basalt are similar along the horizontal profile. However, the basalt located near geodes is slightly more altered into clay minerals than the basalt composing the rest of the flow. The identified clay minerals are predominantly of the smectite and celadonite types. Among the methods tested to evaluate ion solubilization, those using ion exchange or solubilization in water extracted low percentages of calcium, magnesium, phosphorus, potassium and sodium from the hydrothermalized basalt powder. The method using acidic extractors increased the solubilization of calcium, magnesium and phosphorus, but potassium and sodium contents in solution did not exceed 3% of the total contents. Phosphorus was the most solubilized element, with release of up to 60% of the total contents, and 2% citric acid was the most efficient reagent for ion solubilization. Field tests showed changes in soil chemical and mineralogical characteristics, but at low magnitude. The application of increasing doses of basalt powder was responsible for increased available levels of phosphorus and copper in the soil, increased water pH but reduced potential acidity and potential cation exchange capacity of the soil. According to the mineralogical analyzes, increase in amounts of vermiculite in the soil clay fraction, that received hydrothermalized basalt powder application, was presumed. Dry mass production from the pasture had a linear and positive increase with the application of basalt powder but the increase in productivity was generally of low magnitude for the periods evaluated. Lastly, according to the amount of nutrients exported by the pasture during the research period, the concentration of the main nutrients contained in basalt powder is enough to supply partially or completely plant needs and exportation without depleting soil mineral reserves.

L'exploitation des géodes d'améthyste dans la région d'Ametista do Sul, État du Rio Grande do Sul, dans le sud du Brésil, génère une grande quantité de déchets de basalte hydrotermalisé qui s'accumule à côté des mines. Ce matériau contient une quantité élevée de minéraux argileux comme la smectite et la céladonite, ce qui le rend prometteur pour l'utilisation pour reminéraliser des sols agricoles. Afin d'évaluer le potentiel pour l'utilisation de ce matériel dans l'agriculture les objectifs de ce travail sont les suivants : i) évaluer la variabilité minéralogique et géochimique du basalte hydrothermalisé dans le profil horizontal de la principale coulée d'exploitation des géodes dans la région d'Ametista do Sul ; ii) déterminer la solubilité des éléments chimiques d'intérêt agricole à partir de la poudre de basalte hydrothermalisé en utilisant différentes méthodes d'extraction ; iii) évaluer les caractéristiques chimiques et minéralogiques d'un Ultisol sous pâturages naturels après l'application de poudre de basalte hydrothermalisé, ainsi que la production du pâturage et l’exportation de nutriments par les plantes. Le basalte hydrothermalisé se compose de plagioclases, de pyroxènes, de minéraux opaques et d'apatite en tant que minéral accessoire. Le basalte est fortement altéré et comporte des minéraux argileux dans la matrice ou en remplissage des vésicules. L’assemblage minéralogique et la composition chimique du basalte hydrothermalisé sont similaires le long du profil horizontal. Cependant, le basalte situé près des géodes est légèrement plus altéré que le basalte qui compose le reste de la coulée. Les minéraux argileux identifiés sont principalement de type smectite et céladonite. Parmi les méthodes testées pour évaluer la solubilisation des ions, celles utilisant des mécanismes d'échange d'ions ou de solubilisation dans l'eau ont extrait de faibles pourcentages de calcium, magnésium, phosphore, potassium et sodium de la poudre de basalte hydrothermal. L'utilisation d'extracteurs acides augmente la solubilisation du calcium, du magnésium et du phosphore, cependant, les teneurs en potassium et en sodium en solution ne dépassent pas 3% de la teneur totale. Le phosphore était l'élément le plus solubilisé, avec une libération pouvant atteindre 60% du contenu total, et l'acide citrique 2% est le réactif le plus efficace pour la solubilisation des ions. Pour les essais sur le terrain, des améliorations ont été observées dans les caractéristiques chimiques et minéralogiques du sol, mais de faible ampleur. L'application de doses croissantes de poudre de basalte augmente les niveaux de phosphore et de cuivre disponibles dans le sol, le pH de l'eau et réduit l'acidité potentielle et la capacité potentielle d'échange de cations du sol. Selon les analyses minéralogiques, on suppose une augmentation des quantités de vermiculite dans la fraction argileuse du sol ayant reçu l’application de poudre de basalte hydrothermalisée. La production de matière sèche du pâturage a une augmentation linéaire et positive avec l'utilisation de la poudre de basalte, cependant, l'augmentation de la productivité est généralement de faible ampleur pour les périodes évaluées. Enfin, selon la quantité d'éléments nutritifs exportés par le pâturage au cours de la période d'étude, la concentration des principaux éléments nutritifs contenus dans la poudre de basalte est suffisante pour fournir tout ou partie aux besoins des plantes, sans épuiser les réserves minérales du sol.