Material da aula de Fundamentos da ciência do solo, curso técnico em agrimensura. Material encontrado na Internet

1. 18/05/2010
IF Baiano
Campus Catu
SOLO  CONCEITO FÍSICO
 Meio poroso, não rígido, trifásico,
formado de partículas que possuem
complexidade de forma, tamanho e
Propriedades físicas do solo estrutura mineralógica e algumas
partículas finitamente divididas de maneira
a apresentar uma grande área superficial.
superficial.
Meio trifásico
Partículas que
apresentam
Ar diferentes Como é um solo
20 a 30%
tamanhos
Espaço
Minerais
45%
fisicamente ideal?
Poroso Sólidos
do solo
Água
20 a 30%
Mat. Org.
5%
Frações
granulométricas
ou
Frações texturais
H2O
SOLO FISICAMENTE IDEAL
O2 Textura
É aquele que apresenta:
apresenta: Temperatura Estrutura
Resistência mecânica Porosidade
 Boa aeração e retenção de
outras
água;
água;
 Bom armazenamento de
calor;
calor; Emergência de plantas
Crescimento radicular
 Pouca resistência mecânica
ao crescimento radicular.
radicular.
Relações físicas
com a produção Crescimento de plantas
de plantas
1

2. 18/05/2010
Importante:
Relações físicas Entender, medir e manejar
com a produção
de plantas
Ambiente físico do solo = ambiente ecológico de plantas
Nutrientes Biologia do solo
Produtividade
Propriedades Físicas do Solo Propriedades Físicas do Solo
 O conhecimento das propriedades físicas  Textura do solo
do solo podem auxiliar na adoção do  Área superficial específica
melhor manejo, bem como podem  Consistência do solo
contribuir no entendimento do  Agregação do solo
comportamento do solo e das plantas,
 Densidade do solo
pois cada solo e cada espécie ou até
 Densidade de partículas
mesmo cultivar de planta possuem
diferentes comportamentos e  Porosidade do solo
características em relação ao manejo.
manejo.  Resistência à penetração
 Outras…
Textura do solo
 TEXTURA DO SOLO
Textura do solo
É a proporção relativa das classes de
tamanho de partículas de um solo.
solo.
2

3. 18/05/2010
Textura do solo Textura do solo
Areia grossa
Classes de tamanho de partículas do solo
FRAÇÃO DIÂMETRO Argila
GRANULOMÉTRICA (mm)
Matacão > 200
Calhau 200 –20 Silte
Cascalho 20 - 2
Areia grossa 2 – 0,2
Areia fina 0,2 – 0,05
Areia fina
Silte 0,05 – 0,002
Argila < 0,002
Adaptado de Bray, 1983
Textura do solo Textura do solo
A textura é importante para o
entendimento do comportamento e manejo  Determinação
do solo
_em laboratório: análise granulométrica
laboratório:
 Durante a classificação do solo em um
determinado local, a textura é muitas _a campo: pela sensação que o solo
campo:
vezes a primeira e mais importante
propriedade a ser determinada molhado e amassado oferece ao tato
 A partir da textura, muitas conclusões
importantes podem ser tomadas
Textura do solo-Análise granulométrica
solo- Textura do solo
Desto rroament o Pene ira me nto
Objetivo:
Objetivo: separar as frações
P eneira de
constituintes do solo (areia, silte e 2m m
argila) de acordo com seu diâmetro.
diâmetro.
Am ostra
Seca ao
A metodologia consiste em dispersão Ar
química e mecânica dos constituintes do
solo e separação por peneiramento e Tap ete de
Borrach a Terra F ina
sedimentação.
sedimentação. Seca ao Ar
(TFSA)
3

4. 18/05/2010
Textura do solo Lei de Stokes
h d g D p  D f 
2
V = 
t 18
na qual:
d = diâmetro de partículas efetivo;
TFSA
Balança
h = distância;
Agitado r t = tempo;
g = aceleração da gravidade = 9,81 Newton por quilograma (9,81
N/kg);
Determin ação = viscosidade da água a 20  C = 1/1000 Newton–segundos por m2
Newton–
d a areia (10 –3 Ns/m2);
Determinação
Dp = densidade das partículas sólidas, para muitos solos = 2,65 x
d e Argila
103 kg/m3;
Df = densidade do fluido (água) = 1,0 x 103 kg/m3.
Textura do solo Textura do solo
No Campo:
A textura é feita por estimativa, esfregando
uma massa de solo úmida e homogeneizada
entre os dedos
Areia Sensação aspereza, não plástico, não pegajoso
Silte Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso
Fonte: Brady, 1983
Distribuição do tamanho de partículas de três solos com ampla
variação de textura. Note que há uma transição gradual na
textura.
Argila Sensação sedosidade, plástico, pegajoso
distribuição do tamanho de partículas em cada um destes solos.
solos.
Textura do solo
Textura do solo
Condiciona todos os fatores de crescimento em
menor ou maior grau
 Influi sobre:
- Retenção, movimento e disponibilidade de
Fonte: Brady, 1983 água
Relação entre tamanho de partícula e tipo de mineral presente.
presente.
- Arejamento
_O quartzo é dominante na fração areia e em frações mais
grosseiras de silte.
silte. - Disponibilidade de nutrientes
_Silicatos primários como o feldspato, hornblenda e mica estão - Resistência à penetração de raízes
presentes na areia e em menores quantidades na fração silte.
silte. - Estabilidade de agregados
_Minerais secundários, como óxidos de ferro e alumínio, são - Compactabilidade dos solos
predominantes na fração silte de menor diâmetro e na fração argila
mais grosseira.
grosseira. - Erodibilidade
4

5. 18/05/2010
Textura fina Textura média Textura grosseira
ARGILOSOS francos ARENOSOS Textura do solo
retenção de água elevada Retenção de água baixa
Circulação de água difícil Circulação de água fácil
Coesão elevada Coesão baixa
Consistência plástica e Consistência friável (seco ou
 Os solos podem ser agrupados em 13 classes
pegajosa (molhado) e dura molhado)
(seco)
texturais - TRIÂNGULO TEXTURAL
Densidade do solo menor Densidade do solo maior
Porosidade total maior Porosidade total menor
Microporosidade maior Macroporosidade maior Ex: 42% argila
Aeração deficiente Boa aeração
Classe textural
Superfície específica elevada Superfície específica baixa 6% silte
Solos bem estruturados Solos sem estrutura
ARGILA ARENOSA
CTC elevada CTC baixa 52% areia
Difícil preparo mecânico, Fácil preparo mecânico, mais
pouco lavados e mais ricos em lavados e mais pobres em
elementos fertilizantes elementos fertilizantes
40%
silte
33%
argila Área superficial específica
27% areia
Área superficial específica Área superficial específica
 ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA
ASE = área superficial
unidade massa
 Influenciada por
 Tamanho da partícula afeta: Relação entre a área superficial de um cubo de massa conhecida e o
atrito, adsorção, tensão superficial. tamanho de suas partículas.
partículas.
 Forma da partícula _No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm2 de área superficial. O cubo
superficial.
tem seis lados, com área superficial total de 384 cm2 ( 6 lados x 64
 Natureza da partícula: cm2). Se o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modo
MO, ASE, decomposição. que cada um tenha 2 cm de lado, o mesmo material será agora
representado por 64 cubos pequenos ( 4 x 4 x 4). Cada lado do cubo
 Composição da partícula: pequeno terá 4 cm2 (2 x 2) de área superficial, resultando em 24 cm2
atividade, superfície interna. de área superficial (6 lados x 4 cm2). A área superficial total será de
1536 cm2 (24 cm2 x 64 cubos). Deste modo, a área superficial deste
cubos)
cubo será quatro vezes maior do que a área superficial do cubo maior.
maior.
5

6. 18/05/2010
Área superficial específica Área superficial específica
 ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA
 Relacionada com
 CTC, retenção de água e nutrientes;
 retenção e liberação de poluentes; Fonte: Brady, 1983
 expansão / contração;
Quanto mais fina a textura do solo, maior é a superfície efetiva
 propriedades mecânicas: exposta por suas partículas. Note que a adsorção, a expansão e
partículas.
outras propriedades físicas (plasticidade e coesão, calor de
coesão, resistência, plasticidade. umedecimento) seguem a mesma tendência e aumentam
rapidamente à medida que se aproximam da dimensão coloidal.
coloidal.
Consistência do solo
 CONSISTÊNCIA DO SOLO
_Resposta do solo às forças externas que
Consistência do solo tentam deformá-lo ou rompê-lo.
deformá- rompê-
_Manifestação das forças de coesão e adesão
sob diferentes condições de umidade.
ESTRUTURA DO SOLO
 O solo é composto por partículas de Areia e
Silte que se mantém unidas pela ação da
Argila e Matéria orgânica, formando
Estrutura do solo agregados estáveis.
estáveis.
 A organização das partículas e agregados é
conhecida como estrutura do solo.
solo.
6

7. 18/05/2010
ESTRUTURA DO SOLO
 Um solo com melhor estrutura suporta
melhor a precipitação e a ação de máquinas e
implementos agrícolas e também permite uma
melhor produção das culturas.
culturas.
Fonte: Brady, 1983
 Areias Quartzosas - solos “sem estrutura”,
estrutura”,
Solo desetruturado (esquerda) e solo bem granulado
as partículas de areia normalmente ocorrem
(direita). Raízes de plantas e especialmente húmus individualizadas, sem formarem agregados.
agregados.
são fatores principais na granulação do solos.
esferoidal
A estrutura do solo relaciona-se com:
relaciona-
placa
 Aeração
bloco angular
 Densidade do solo
Tipo de estrutura
bloco subangular  Resistência mecânica à penetração
 Infiltração de água e selamento superficial
colunar
prismática
COMO SE FORMAM OS AGREGADOS ? COMO SE FORMAM OS AGREGADOS ?
 2°) Estabilização: agentes cimentantes
Estabilização:
 1°) Aproximação entre as partículas: - quantidade de argila e de cátions
- floculação da argila
- forças eletrostáticas (Van der Walls)
- desidratação do solo: aproxima partículas
- MO. Polissacarídeos, Ac. húmicos
MO. Ac.
- raízes: desidratação e pressão sobre as
- microrganismos: ação mecânica (hifas de
microrganismos:
partículas
fungos) e produção de compostos orgânicos
- organismos: minhocas (coprólitos)
- vegetação: ação mecânica das raízes e
vegetação:
fonte de material orgânico na superfície
7

8. 18/05/2010
ESTABILIDADE DE AGREGADOS
Resistência à desagregação que os agregados
apresentam quando submetidos a forças
Estabilidade de agregados
externas (ação implementos agrícolas e
impacto gota chuva) ou forças internas
(compressão de ar, expansão/contração)
que tendem a rompê-los.
rompê-
ESTABILIDADE DE AGREGADOS ESTABILIDADE DE AGREGADOS
Objetivo: avaliar a estrutura do solo,
Objetivo:
pois a estrutura pode ser o resultado Pode-se determinar a distribuição do
Pode-
da agregação das partículas primárias tamanho de agregados estáveis em água
(areia, silte e argila) e mais outros e a seco.
seco.
componentes do solo como matéria
orgânica, calcário e sais.
sais.
Através dessa determinação pode-se
pode-
A metodologia consiste em passar os obter a distribuição do tamanho dos
agregados por um conjunto de peneiras
com diâmetros decrescentes e agregados, a estabilidade de agregados,
quantificar as frações retidas.
retidas. o DMP e DMG.
DMG.
ESTABILIDADE DE AGREGADOS
ESTABILIDADE DE AGREGADOS
Há indicação clara de que o incremento de matéria orgânica do solo é
acompanhado pelo incremento da agregação, expressa pela
estabilidade dos agregados, ocorrendo independente do tipo de solo
4.0
3.5
3.0
2.5
DMG, mm
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
Fig.
Fig. DMG de agregados, em solo ARGISSOLO Carbono orgânico, %
VERMELHO-
VERMELHO-AMARELO submetido por dois anos ao PC Relação entre o diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregados
e PD contínuo.
contínuo. estáveis em água e carbono orgânico, em um Latossolo Vermelho-
Escuro. Cruz Alta, RS. Fonte: Campos et al. (1995).
8

9. 18/05/2010
Taxas de aumento da agregação ESTABILIDADE DE AGREGADOS
 Da Ros et al. (1997) determinaram que o manejo inicial de solo que nunca
recebeu cultivo e a intensidade de mobilização de solos cultivados são
determinantes na condição estrutural resultante
Textura do solo  A estabilidade estrutural foi inversamente relacionada com a freqüência e
intensidade de mobilização do solo
Sistema de manejo 6
Sistema de cultura 5
4,9
4
4
DMG, mm
2,9
3
2,1
Degradação estrutural Melhoria estrutural 2
1,2
1
0
Recuperação da Pelo menos 2x mais CN PD-CN PD-Cal PD-Esc PC
Manejo de Solo
estabilidade estrutural rápida em solos arenosos Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água sob
do que argilosos diferentes sistemas de manejo de um Latossolo de textura média. A linha com
setas mostra o limite crítico de DMG igual a 2 mm. Fonte: Da Ros et al. (1997).
DENSIDADE DO SOLO (Ds)
 Objetivo: avaliar a estrutura do solo pela
Objetivo:
relação entre massa e volume de solo.
solo.
 A metodologia consiste em coletar uma
Densidade do solo amostra de solo com estrutura preservada e
de volume conhecido, e pela relação entre
massa de solo seco em estufa a 105 oC e
volume da amostra ocupado por partículas e
poros, obtém-se a densidade do solo.
obtém- solo.
DENSIDADE DO SOLO (Ds) DENSIDADE DO SOLO (Ds)
 Relação com
Ds em diferentes profundidades em um
TEXTURA Argissolo Vermelho distrófico, sob dois tipos
de uso.
Solos arenosos  ds = 1,2 a 1,8 g cm-3
-3
Densidade, Mg m Mata
Solos argilosos  ds = 1,0 a 1,6 g cm-3
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
0 Lavoura
PROFUNDIDADE: ds  com a profundidade
Profundidade, cm
(SPC)
10
 MO,  PT,  compactação natural, diferentes formas de 20
agregados, maiores pressões, argila iluvial (ocupa espaços). 30
40
MAU MANEJO DO SOLO: compactação ds 50
9

10. 18/05/2010
DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)
 Expressa a relação entre a massa e o volume
que ocupam as partículas do solo, abstraindo
o volume dos poros.
Densidade de partículas
 Ao contrário da densidade do solo, a amostra
utilizada pode estar alterada.
DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)
A Dp é influenciada pelo manejo ?
 Objetivo: avaliar o volume de sólidos do solo,
Objetivo:
sem considerar a porosidade.
porosidade.
 Valores de dp estão ligados à presença de
 A metodologia consiste em macerar uma certos componentes minerais ou orgânicos:
amostra de solo e obter o volume ocupado
pelas partículas sólidas da amostra.
amostra. Solos com baixos teores em óxidos Fe
(clima frio) - dp  2,65 g cm-3
 A densidade de partícula do solo é a média Solos com altos teores em óxidos Fe
ponderada da densidade real de todos os
(clima tropical e subtropical) - dp  3,0 g cm-3
seus componentes minerais e orgânicos.
orgânicos.
Solos orgânicos - dp < 1,92 g cm-3
POROSIDADE DO SOLO
 POROSIDADE TOTAL – proporção
percentual de poros em relação ao volume de
solo.
solo.
_Porosidade textural: predominante em solos
textural:
Porosidade do solo arenosos (pouco estruturados).
estruturados).
_Porosidade estrutural: predominante
estrutural: em
solos argilosos (boa agregação).
agregação).
 Macroporosidade –movimento d’água,
aeração.
aeração.
 Microporosidade – retenção de água.
água.
10

11. 18/05/2010
FATORES QUE AFETAM A POROSIDADE
POROSIDADE DO SOLO
 Agregação: granulares x blocos
Objetivo: avaliar a quantidade e a
Objetivo:  Textura - Arenosos:  PT
natureza dos poros existentes no solo.
solo. - Argilosos:  PT
 Profundidade:  profundidade  PT
A metodologia consiste em coleta de
amostra de solo com estrutura Espaço aéreo: pressão = 60 cm H2O (-0,06 atm)
aéreo: (-
preservada, saturação da amostra, Mínimo 10%
aplicação de tensão de 60 cm de coluna IDEAL
da água e secagem em estufa a 105 oC.  Macroporosidade = 1/3 do volume dos poros
 Microporosidade = 2/3 do volume dos poros
Solo: Latossolo
POROSIDADE DO SOLO Cerrado: vegetação natural
Milho: sistema convencional há 18 anos
Eucalipto: Eucalyptus camaldulensis há 10 anos
Macroporos
Pinus: Pinus caribea var. hondurensis há 10 anos
25,0%
Mata ciliar: reflorestada com espécies nativas há 10 anos
Microporos
Pastagem: Brachiaria decumbens há 10 anos
38,0%
Microporos Macroporos
Densidade, Mg m-3
40,0% 19,0%
Sólidos 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Mato 37,0% 0
Microporos 5 Pinus
Sólidos 40,0% Macroporos Pasto
Profundidade, cm
10
41,0% 13,0% Eucalipto
15
4 anos PC Milho
20
Mata
Sólidos 25
Latossolo Roxo 47,0%
Cerrado
30
(> 60% argila) 50 anos PC
35 Fonte: Cavenage et al., 1999
(Brum, 1972)
Micro
Camada 0-10 cm
Macro
Porosidade total
30%
38% 40% 33%
50% 44%
14%
12% 8%
10-20 cm: 11%
Cerrado Mata
10-20 cm: 38%
Pastagem Resistência à penetração
26%
30% 36%
40% 40% 47%
14%
9% 10%
Eucalipto Pinus 10-20 cm: 4% Milho
Fonte: Cavenage et al., 1999
11

12. 18/05/2010
Resistência à penetração Resistência à penetração
Força que a raiz
Umidade
precisa para
penetrar no solo Densidade
Resistência à
penetração
Crescimento radicular
Pinus Esteira pneu pneu
Pinus
5 5
MPa MPa 5 5 5
10 10 10 MPa MPa 10 MPa
10
Profundidade, cm
Profundidade, cm
15 15
Profundidade, cm
Profundidade, cm
15 15
Profundidade, cm
2.0 2.0 2.0 15 2.0
20 20 20 2.0 20
1.5 20
25 1.5 25 1.5 25 1.5 25 1.5
25
30 1.0
30 1.0 30 1.0 30 1.0 30 1.0
35 0.5
35 35 35 35 0.5
0.5 0.5 40 0.5
40 40 0.0 40 40
45 0.0
0.0 0.0 45
0.0 45
45 45 50
50 50
50 50
28 14 0 14 28 35 17,5 0 17,5 35
Distância, cm
Distância, cm
Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de
máquinas (esquerda) após o corte do pinus (direita). Fonte: máquinas (esquerda), após uma passado do Skidder (meio) e após
Cechin et al., 2006 várias passadas do Skidder (direita). Fonte: Cechin et al., 2006
SOLO BEM ESTRUTURADO
Permite:
Permite:
 a) Poros adequados para a entrada de ar e
água no solo;
solo;
Estaleiro  b) Porosidade adequada para que a água se
5
Pinus
5
movimente através do solo sendo disponível
10 MPa 10
MPa
para as culturas, assim como permita uma
Profundidade, cm
15
Profundidade, cm
15 2.0
20
25
2.0
1.5
20
25 1.5 boa drenagem do solo;
solo;
30 1.0
30
35
1.0
0.5
35 0.5  c) Porosidade adequada para o crescimento
40
40
45
0.0 45
0.0
das culturas após a germinação das
50
50
sementes, permitindo que as raízes explorem
um maior volume de solo em busca de ar,
Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de umidade e nutrientes.
nutrientes.
máquinas (esquerda) e no estaleiro (direita). Fonte: Cechin et al.,
2006
12

13. 18/05/2010
Conversão de área de
Palha mata em lavoura
Qualidade ambiental
+
Atividade biológica = Boa estrutura
+
Matéria orgânica
Compactação
Erosão
Atividade
Raízes biológica
explorando o Trocas gasosas
= Boa estrutura
maior volume
de solo
Degradação
ambiental
DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA Causas da degradação da estrutura
CAUSAS
 preparo intensivo e queima dos resíduos
 tráfego intenso de máquinas com umidade
inadequada
 impacto da gota de chuva
 dispersão química dos colóides
 inaptidão agrícola
Degradação da estrutura = impacto ambiental
DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA
CONSEQUÊNCIAS
 propriedades físicas afetadas - densidade
e porosidade do solo, estabilidade dos
agregados, retenção e infiltração água ...
 camadas compactadas subsuperficiais
  resistência do solo à penetração
 erosão – sulcos ou laminar
 crostas superficiais
13

14. 18/05/2010
Relações dos propriedades físicas com o Relações dos propriedades físicas com o
rendimento de plantas rendimento de plantas
Solo muito solto Solo compactado
Solo bem
100 Sem estrutura Estrutura degradada
estruturado
Rendimento relativo (%)
80
60
 Muitos torrões
 Boa aeração  Baixa aeração
40 Argissolo  Baixa retenção
Latossolo de água  Boa retenção de  Suscetibilidade da
água cultura à seca
20  Contato solo-
75 80 85 90 semente deficiente  Boa infiltração  Restrições ao
Grau de compactação (%) de água crescimento radicular
 Contato solo-raiz
deficiente  Diminuição de  Baixa infiltração de
Relação entre grau de compactação e rendimento água-escorrimento
riscos da cultura à
relativo. Fonte: Suzuki, 2005.  Suscetibilidade superficial
seca
da cultura à seca
Evitar a degradação do solo !!!
Indicadores
físicos e
biológicos do
solo,
relacionados ao
desenvolvimento
Cobertura do solo e produção de
plantas, usados
Solo Atividade microbiológica Solo para avaliar a
Compactação qualidade dos
Matéria orgânica
solos (extraído
de Reichert et
al., 2003).
Estabilidade estrutural
Resistência à compactação
14