Baixe Solos e meio ambiente - Apostilas - Física do soloAgronomia Parte1 e outras Notas de estudo em PDF para Agronomia, somente na Docsity! 1 Solos e meio ambiente Física do solo 2 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 3 1.1. O papel da física do solo .................................................................................... 3 1.2. O solo como sistema trifásico disperso .............................................................. 4 1.3. Definição de física do solo .................................................................................. 5 2 - TEXTURA DO SOLO ............................................................................................... 5 2.1. Determinação da textura do solo ........................................................................ 7 2.2. Classificação textural ........................................................................................ 10 2.3. Importância da textura ...................................................................................... 11 3 - RELAÇÕES DE MASSA E VOLUME DOS CONSTITUINTES DO SOLO ............. 12 3.1. Densidade de particulas - Dp............................................................................ 13 3.2. Densidade do solo - Ds .................................................................................... 14 3.3. Porosidade do solo ........................................................................................... 15 3.3.1. Distribuição de Poros por Tamanho ........................................................... 16 4 - COMPACIDADE OU COMPACTAÇÃO DO SOLO ................................................ 17 4.1. Diagnóstico da compactação do solo ............................................................... 18 5 - ESTRUTURA E AGREGAÇÃO DO SOLO ............................................................ 20 5.1. Definições de estrutura do solo ........................................................................ 21 5.2. Natureza e desenvolvimento da estrutura do solo ............................................ 22 5.3. Avaliação da estrutura ...................................................................................... 25 5.3.1. Densidade Aparente .................................................................................. 25 5.3.2. Porosidade Total e Distribuição de Poros por Tamanho ............................ 26 5.3.3. Condutividade Hidráulica do Solo Saturado ............................................... 26 5.3.4. Estabilidade de Agregados ........................................................................ 27 6 - A ÁGUA NO SOLO ................................................................................................ 28 6.1. Retenção de água pelo solo ............................................................................. 28 6.2. Potencial total da água no solo ......................................................................... 30 7 - DISPONIBILIDADE DE ÁGUA DO SOLO PARA AS PLANTAS ............................ 34 7.1. Conceitos de disponibilidade de água para as plantas ..................................... 34 7.1.1. Conceitos Clássicos ................................................................................... 34 7.1.2. Conceito Moderno de Água Disponível ...................................................... 35 7.2. Fatores que afetam a disponibilidade de água para as plantas ........................ 36 7.2.1. Fatores Ligados ao Solo ............................................................................ 36 7.2.2. Fatores da Planta ....................................................................................... 37 7.2.3. Fatores Ligados à Atmosfera ..................................................................... 38 8 - LITERATURA CITADA ........................................................................................... 39 5 espaço poroso onde a água e ar são retidos e transmitidos. Finalmente tem-se que tanto a água quanto o ar do solo variam em composição tanto no tempo quanto no espaço. As proporções relativas das três fases no solo variam continuamente e dependem de variáveis como condições climáticas, vegetação e sobretudo manejo. 1.3. Definição de física do solo A Física do Solo constitui-se no ramo da Ciência do Solo que trata das propriedades físicas do solo, bem como da medida, predição e controle dos processos físicos que ocorrem no solo. Assim, como a Física Clássica lida com as formas e interrelações de matéria e energia, a Física do Solo lida com o estado e movimento da matéria e ainda com os fluxos e transformações de energia no solo. De um lado o estudo fundamental da Física do Solo procura atingir um entendimento básico dos mecanismos que governam o comportamento do solo e seu papel na biosfera, incluindo processos interrelacionados como a troca de energia terrestre e os cicios da água e materiais transportáveis no campo. De outro lado, a Física do Solo prática procura o manejo adequado do solo através da irrigação, drenagem, conservação do solo e água, preparo, aeração e controle da temperatura do solo, bem como o uso do material do solo para propósitos da engenharia. A Física do Solo é então considerada tanto uma ciência pura como aplicada, com uma ampla faixa de interesses, muitos dos quais participam de outros ramos da ciência do solo e de outras ciências interrelacionadas tais como ecologia, hidrologia, climatologia. geologia, sedimentologia, botânica e agronomia. A Física do Solo está intimamente relacionada à mecânica do solo que trata o solo principalmente como material e suporte para construções. Pode-se ainda definir Física do Solo como sendo o estudo das características e propriedades físicas do solo. As expressões “características” e “propriedades” são empregadas no sentido de se distinguir atributos do solo que podem ou não ser alterados com o uso e manejo do solo. Nesse sentido, entende-se por características os atributos intrínsecos ao objeto, que servem para defini-lo, independente do meio ambiente. Como exemplo podemos citar a distribuição de partículas por tamanho (textura do solo). Já propriedades são atributos relativos ao comportamento do objeto, são resultantes da interação entre características e o meio ambiente. Um bom exemplo de propriedade física é a retenção de água pelos solos, que depende do tamanho, composição e arranjo das partículas do solo. A maior parte dos atributos do solo referem-se a propriedades. 2 - TEXTURA DO SOLO Uma vez introduzido o conceito de que o solo é um sistema trifásico, o enfoque agora será dado à fase sólida, que realmente caracteriza o solo, quando comparada com as demais. 6 A fase sólida é constituída de parte mineral e parte orgânica. A parte orgânica é formada pela acumulação de resíduos animais e vegetais com variados graus de decomposição. Submetido a constantes ataques dos microrganismos, o material orgânico acaba por constituir-se em componente transitório do solo, em constante renovação. A matéria orgânica exerce importante papel no comportamento físico e químico do solo, atuando em muitas propriedades deste. Contudo, ao estudo particular deste constituinte são reservados espaços em outros ramos da Ciência do Solo, tais como na Química do Solo, na Fertilidade do Solo e notadamente na Biologia do Solo. A parte mineral do solo é constituída de partículas unitárias originadas do intemperismo das rochas, apresentando diversos tamanhos, formas e composições. A Textura do Solo constitui-se numa das características físicas mais estáveis e representa a distribuição quantitativa das partículas do solo quanto ao tamanho. A grande estabilidade faz com que a textura seja considerada elemento de grande importância na descrição, identificação e classificação do solo. A textura confere alguma qualidade ao solo, no entanto, sua avaliação apresenta conotação prioritariamente quantitativa. Areia, Silte e Argila são as três frações texturais do solo que apresentam amplitudes de tamanho variáveis em função do sistema de classificação, todos baseados em critérios arbitrários na separação dos tamanhos das diversas frações. Contudo, dois sistemas são considerados mais importantes no campo da pedologia, são eles: Sistema Norte Americano, desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e Sistema Internacional ou Atterberg desenvolvido pela Sociedade Internacional de Ciência do Solo (ISSS). O Quadro 2.1. apresenta os dois sistemas com suas diversas frações granulométricas e respectivas amplitudes de tamanho. Quadro 2.1. Frações Granutométricas encontradas nos Sistemas de Classificação Norte- Americano (USDA) e Internacional (ISSS). Frações Sistemas USDA ISSS -----------------  em mm ------------------ Areia Muito Grossa 2 – 1 ------ Areia Grossa 1 - 0,5 2 - 0,2 Areia Média 0,5 - 0,25 ------ Areia Fina 0,25 - 0,10 0,2 - 0,02 Areia Muito Fina 0,10 - 0,05 ------ Silte 0,05 - 0,002 0,02 - 0,002 Argila < 0,002 < 0,002 O conhecimento desses sistemas de classificação é fundamental ao se ajustar a metodologia para determinação da textura do solo. 7 2.1. Determinação da textura do solo A textura do solo pode ser determinada de dois modos: a) Teste de Campo: Neste teste procura-se correlacionar a sensibilidade ao tato com o tamanho e distribuição das partículas unitárias do solo. A areia dá sensação de atrito (aspereza); o silte de sedosidade e a argila plasticidade e pegajosidade. Essa avaliação é muito sujeita a erro. b) Análise Textural: Também chamada análise mecânica e granulométrica, é feita no laboratório e tem por finalidade fornecer a distribuição quantitativa das partículas unitárias menores que 2,0 mm. Segundo MEDINA (1975) o êxito da análise textural está na dependência de se conseguirem suspensões de solo onde suas partículas se apresentem realmente individualizadas e assim se mantenham até sua separação e quantificação. De modo geral, pode-se considerar a marcha analítica dos métodos de análise textural dividida em três fases: pré-tratamento, dispersão e separação das frações do solo. b.1.) Pré-tratamento: A fase do pré-tratamento tem por finalidade eliminar os agentes cimentantes, os íons floculantes e sais solúveis que podem afetar a dispersão e estabilização da suspensão do solo. São exemplos de pré-tratamentos:  Remoção da Matéria Orgânica: realizada em solos com teores de matéria orgânica superiores a 5% através da oxidação com água oxigenada (H2O2).  Remoção dos óxidos de Ferro e Alumínio: realizada com o uso da solução contendo ditionito - citrato - bicarbonato de sódio, sua conveniência em solos de clima tropical é questionável.  Remoção de Carbonatos: promovida com o uso de tratamentos ácidos. Recomenda-se a utilização do Ácido Clorídrico diluído.  Remoção de Sais Solúveis: realizada através da diálise da amostra de solo. b.2.) Dispersão: A fase da dispersão tem por finalidade destruir os agregados do solo, transformando-os em partículas individualizadas que deverão permanecer em suspensão estável durante toda marcha analítica. 10 método. O método baseia-se no ,princípio de que o material em suspensão (silte e argila) comunica determinada densidade ao líquido; com a ajuda de um densímetro, BOUYOUCOS relacionou as densidades com os tempos de leitura e com a temperatura, calculando com esses dados a percentagem das partículas. Segundo KIEHL (1979) o método de BOUYOUCOS é mais rápido, porém menos preciso. No sentido de associar rapidez e precisão CARVALHO (1985) introduziu ao método de BOUYOUCOS uma proveta especial desenvolvida por FONTES (1982), que propicia uma suspensão mais homogênea por ocasião da leitura com o densímetro. Esta metodologia foi adotada com sucesso na rotina do Laboratório de Física do Solo da ESAL. 2.2. Classificação textural Uma vez conhecidas asproporções de areia, silte e argila através da análise texural, determina-se a classificação textural do solo. Para tanto são utilizados diagramas ou triângulos texturais. Existem vários modelos de triângulos texturais, no Brasil são usados dois triângulos: o da Sociedade Brasileira de Ciência do Solo baseado no sistema de classificação do USDA (Figuras 2.1. e 2.2.) e o do Instituto Agronômico de Campinas com base no sistema de classificação da ISSS (Figura 2.3.). Figura 2.1. Diagrama Textural adotado pela Sociedade Brasileira de Ciência do Solo (MEDINA, 1975). 11 Figura 2.2. Nova apresentação do Diagrama Textural adotado pela Sociedade Brasileira de Ciência do Solo (adaptado de GEE & BAUDER, 1986). Figura 2.3. Diagrama Textural adotado pelo Instituto Agronômico de Campinas (MEDINA, 1975). 2.3. Importância da textura Conforme anotado anteriormente, a textura do solo constitui-se numa das características físicas mais estáveis e devido a isto, apresenta grande importância tanto na identificação dos solos quanto na predição de seus comportamentos. Assim, muitas áreas da ciência do solo se utilizam dos resultados da análise textural visando o manejo 12 adequado e racional dos solos. A seguir serão listados exemplos da utilização dos dados da textura do solo em outros ramos da ciência do solo: a) Gênese, Morfologia e Classificação de Solos A textura do solo é utilizada na detecção de gradiente textural entre horizontes diagnósticos visando a classificação do solo. Ademais, existe um forte relacionamento entre textura e o material que deu origem ao solo. b) Fertilidade do Solo No manejo das adubações a textura do solo assume papel de destaque principalmente com relação à tomada de decisão quanto ao parcelamento da aplicação dos adubos, com vistas à maior eficiência dos mesmos. Além desse aspecto, a Comissão Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais (1989) condiciona a recomendação de adubação fosfatada e do gesso agrícola à Textura do Solo. c) Conservação do Solo e Água No estabelecimento de práticas conservacionistas (terraços por exemplo) são requeridos conhecimentos do comportamento do solo em relação à dinâmica da água no solo. Desse modo, na definição do tipo de prática e ainda de sua intensidade (espaçamento) de um modo geral requer-se o conhecimento da textura do solo que nesse caso servirá como uma estimativa da permeabilidade do solo e resistência à erosão. 3 - RELAÇÕES DE MASSA E VOLUME DOS CONSTITUINTES DO SOLO Consideraremos agora as relações de massa e volume das três fases do solo e definir alguns atributos básicos importantes para a caracterização das condições físicas do solo. A Figura 3.1. constitui-se numa representação esquemática de um solo hipotético e mostra as massas e os volumes das três fases em uma amostra representativa. As massas das fases estão indicadas do lado direito: Ma é a massa do ar, que é desprezível quando comparada às massas dos sólidos e da água, MH2O é a massa de água; Ms a massa de sólidos (seca a 105-110ºC) e Mt a massa total. Os volumes desse componentes estão indicados no lado esquerdo do diagrama: Va é o volume do ar; VH2O volume de água; Vp representa o volume de poros (Vp = Va + VH2O); VS é o volume de sólidos e VT representa o volume total. Com base no diagrama da Figura 3.1. definiremos alguns atributos usados para expressar de forma quantitativa, interrelações dos três constituintes primários do solo. 15 O conhecimento da Ds é um importante indicativo das condições de manejo do solo. Conforme apontamos no início dessa secção, o valor de Ds refletirá, em última análise, as características do sistema poroso do solo. Como se sabe as raízes das plantas se desenvolvem nos poros do solo e estes por sua vez poderão se constituir numa restrição a esse desenvolvimento. Neste sentido, a determinação da Ds poderá servir de importante balizador na tomada de decisão quanto ao sistema de manejo do solo a ser adotado. O valor da Ds correlaciona-se inversamente com a permeabilidade do solo e como tal constitui-se em importante indicativo da auxiliando ainda na determinação de práticas de conservação do solo e da água.. 3.3. Porosidade do solo A Porosidade do Solo ou Volume Total de Poros (VTP) representa a porção do solo em volume não ocupada por sólidos: VTP = VP = Va + VH2O Vt Vt O arranjamento ou a geometria das partículas do solo determinam a quantidade e a natureza dos poros existentes. Como as partículas variam em tamanho, forma, regularidade e tendência de expansão pela água, os poros diferem consideravelmente quanto à forma, comprimento, largura e tortuosidade. A Porosidade do Solo é normalmente expressa em % e acredita-se que entre os solos ela varie de 30 a 60%, em função da textura e estrutura dos mesmos. A porosidade é também uma propriedade física muito alterada pelo manejo do solo. Caracterizações dos sistemas porosos são importantes em estudos envolvendo armazenamento e movimento de água e gases; em estudos do desenvolvimento do sistema radicular das plantas; em problemas relativos ao fluxo e retenção de calor e nas investigações da resistência mecânica dos solos. Contudo, para tais propósitos a simples determinação da Porosidade Total fornece informações de utilidade limitada, sendo fundamental o conhecimento da Distribuição do Tamanho dos Poros. Os métodos usados para a determinação da Porosidade Total se baseiam em um princípio muito simples: o volume total ocupado por uma massa de solo pode ser dividido em vários espaços. Consideremos inicialmente o volume total do solo seco em uma estufa a 105ºC até peso constante. A massa em gramas do volume total equivalente a 1 cm 3 pode ser considerada como a Densidade do Solo (item 3.2. deste capítulo). A densidade do Solo assim obtida é consideravelmente mais baixa que a Densidade das Partículas (item 3.1). Isto significa que somente parte do volume total do solo é ocupado pelas partículas sólidas, o volume remanescente é ocupado por material mais leve, no caso presente esse material é o ar, pois o solo é seco em estufa (Figura 3.1.). O cálculo da Porosidade Total a partir das densidades envolve simplesmente a conversão de dados densidades para volume. Nesse contexto VOMOCIL (1965) apresenta a seguinte expressão para determinação do Volume Total de Poros (VTP): 16 VTP (%) = ( 1 - Ds ) x 100 Dp 3.3.1. Distribuição de Poros por Tamanho De acordo com KIEHL (1979) em 1860 Schumacher classificou a Porosidade do Solo em Porosidade Capilar denominada atualmente Microporosidade e Porosidade Não Capilar ou Macroporosidade. Os poros grandes ou Macroporos são importantes para a aeração do solo e infiltração da água, enquanto que os pequenos ou Microporos garantem a retenção e o armazenamento de água para as plantas. A importância relativa destes conjuntos de poros depende do tipo de cultivo, condições climáticas, posição do lençol freático, possibilidade de irrigação, controle ambiental, etc. Num determinado solo a Distribuição de Poros por Tamanho será função tanto da Textura quanto da Estrutura do Solo. O Quadro 3.1., mostra a Distribuição de Poros por Tamanho de alguns Latossolos do Brasil. Todos os solos são argilosos ou muito argilosos, com a Porosidade Total variando de 41 a 66%. Em termos proporcionais os Latossolos Amarelo e variação Una são aqueles com menor Macroporosidade, ao passo que o Latossolo Vermelho-Escuro embora com 78% de argila apresenta a maior Macroporosidade. A explicação para esses resultados está nos tipos de estruturas desses solos. Este aspecto será discutido com mais detalhes no capítulo relativo à Estrutura do Solo. Ao se comparar solos arenosos com solos argilosos verifica-se que os arenosos, por não apresentarem agregados, apresentam predominantemente macroporos. Contudo, a análise deve ser sempre realizada com cautela, observando simultaneamente os dois aspectos Textura e Estrutura do Solo, generalizações são sempre perigosas. Quadro 3.1. Distribuição de Poros por Tamanho do Horizonte B de Latossolos Brasileiros, Fonte: FERREIRA (1988). Solo Estrutura Argila Porosidade Macro- Micro- Total poros poros ------------------------- % ---------------------- Latossolo Roxo granular 54 66 19 47 Latossolo Vermelho-Amarelo granular 51 59 22 37 Latossolo Amarelo blocos 50 41 13 28 Latossolo Vermelho-escuro granular 78 66 29 37 Latossolo Variação Una blocos 63 58 17 41 17 A Distribuição de Poros por Tamanho é obtida por meio de métodos baseados na retenção de água em tubos capilares (Fenômeno da Capilaridade): h = 2  cos  onde,  g r h = altura de ascensão da água no tubo capilar  = Tensão superficial da água  ângulo de contato da água e as paredes do capilar  densidade da água g aceleração da gravidade r raio do tubo capilar Assumindo-se como constantes alguns fatores, a equação anterior poderá ser reescrita da seguinte maneira: h = 0,3 onde, d h = altura da coluna d'água d = diâmetro do tubo capilar ou do poro Os valores limites de diâmetro entre Macro e Microporos são arbitrários e por isso mesmo variam nos diferentes estudos, entretanto existe uma tendência de se adotar o diâmetro de 0,05 mm para essa separação. Assim substituindo na equação acima d por 0,05 mm (0,05 cm) chega-se ao valor de h de 60 cm, ou seja, deveremos utilizar uma altura sucção de 60 cm, para eliminara água dos poros maiores que 0,05 mm (Macroporos) de uma amostra de solo com estrutura natural previamente saturada com água. Esta é a metodologia empregada nos laboratórios para a determinação da Distribuição de Poros por Tamanho de um solo. 4 - COMPACIDADE OU COMPACTAÇÃO DO SOLO De acordo com GROHMANN (1975) Compacidade refere-se ao agrupamento cerrado das partículas de um solo, em função de processos pedodenéticos ou decorrente do seu manejo, podem aparecer camadas com graus diferentes de Compacidade. A Compacidade de uma camada se caracteriza pela presença de uma maior Densidade do Solo e uma menor Porosidade Total, quando comparada a camadas adjacentes. Este aspecto contudo, pode possuir origens diferentes. Assim, denomina-se de Camada Adensada aquela cuja compacidade é devida a processos pedogénéticos, ou seja, processos que deram origem a aquele tipo particular de solo; a expressão Camada 20 Figura 4.1. Efeitos de níveis de compactação do solo sobre parâmetros indicativos do desenvolvimento de mudas de Eucalyptus citridora (ALVES & FERREIRA, no prelo). O solo como meio para o crescimento das plantas é dependente não somente da presença de nutrientes minerais, mas também do estado e movimento da água e ar e de atributos mecânicos. Isto significa dizer que em adição à fertilidade química, o solo deve também possuir a "fertilidade física", ambos atributos de igual essencialidade para a produtividade dos solos. A Compactação do Solo, tanto na superfície como no subsolo, pode reduzir a produtividade e o lucro. Um dos aspectos lamentáveis deste problema é que poucos agricultores estão conscientes dos efeitos da Compactação e de como diagnosticá-la. 5 - ESTRUTURA E AGREGAÇÃO DO SOLO A estrutura do solo é considerada como uma de suas mais importantes propriedades do ponto de vista agrícola. A ela são atribuídas propriedades fundamentais 21 nas relações solo-planta. Solos bem agregados possuem maior porosidade do que solos pobres em agregação, o que resulta numa mais rápida penetração e percolação da água da chuva, além de favorecer a troca gasosa entre o solo e a atmosfera. Além de exercer grande controle sobre o ambiente físico do solo, a atividade biológica é substancialmente influenciada pela estrutura. No geral, solos bem agregados conferem melhores condições para o desenvolvimento das plantas. Tais solos oferecem menores restrições mecânicas ao desenvolvimento da raiz e emergência da planta. A atividade microbiana, incluindo nitrificação, é aumentada e a fauna do solo é mais variada e numerosa. Todavia, nessas relações solo-planta não é significativo o fato de um determinado solo apresentar estrutura em blocos, prismática ou colunar; a significação está na distribuição e tamanho dos poros, devido ao arranjo das partículas sólidas do solo. Evidentemente, uma vez conhecido o efeito da disposição das partículas do solo, é preciso determinar a sua permanência. Em outras palavras, equivale a dizer conhecer a estabilidade de uma determinada disposição das partículas sólidas do solo. Há solos que, embora apresentando estruturação semelhante têm propriedades distintas. A diversidade da natureza das partículas texturais e da composição dos agregados destes solos pode explicar este Comportamento. É, portanto, importante que a avaliação das propriedades do solo, devidas à sua estrutura, seja conduzia sob um ponto de vista definido; que os efeitos da estruturação sejam medidos numericamente e que a natureza e composição das partículas que o compõem, sejam determinadas. 5.1. Definições de estrutura do solo a) "Estrutura do solo refere-se à agregação das partículas primárias do solo em unidades compostas ou agrupamentos de partículas primárias, que são separadas de agregados adjacentes por superfícies de fraca resistência" (Soil Survey Manual, 1951). b) "Estrutura do solo é o arranjamento das partículas do solo e do espaço poroso entre elas; incluindo ainda o tamanho, forma e arranjamento dos agregados formados quando partículas primárias se agrupam, em unidades separáveis" (Marshall, 1962). A definição de Estrutura do Solo apresentada na letra (a) é de sentido morfológico e genético, com conotação puramente descritiva. Esta é a maneira como estudiosos da área de gênese, morfologia e classificação visualizam a estrutura do solo, sendo necessária ainda uma melhor definição da forma geométrica dos agregados (grânulos, blocos, prismas, lâminas, etc.). Não há nesse caso qualquer preocupação de associação da estrutura ao comportamento do solo como meio de crescimento das plantas. Já na definição apresentada na letra (b) o sentido da estruturação do solo tende para um aspecto funcional da estrutura, no estabelecimento do sistema poroso do solo. Além desse aspecto, está embutido na definição da letra (b) um caráter dinâmico da estrutura,