FLG Pedologia. Propriedades físicas e químicas do solo

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1 FLG Pedologia Propriedades físicas e químicas do solo

2 Componentes do solo O solo é constituído de quatro elementos principais: partículas minerais, materiais orgânicos, água e ar. Fase sólida: partículas minerais e orgânicas. A água e o ar ocupam o espaço poroso ( vazios ).

3 Fonte: Lepsch, 2002.

4 De modo geral, as partículas maiores do solo são constituídas de minerais primários e sua forma tende a ser esférica e cúbica. As partículas menores são constituídas geralmente de minerais secundários e sua forma tende a ser placas, fibras ou folhas. Quanto à constituição da fase sólida, o solo pode ser denominado orgânico e mineral. a) Solo orgânico: quando apresenta mais de 20% de matéria orgânica, isto é, mais de 11,5% de carbono total; b) Solo mineral: quando apresenta menos de 20% de matéria orgânica, isto é, menos de 11,5% de carbono total.

5 Constituintes minerais As partículas minerais do solo podem ser classificadas tanto quanto seu tamanho quanto a sua origem e composição. Origem: a) os remanescentes da rocha que deu origem ao solo; b) os produtos secundários, decompostos e/ou recompostos depois da intemperização dos minerais da rocha-mãe. Os primeiros são chamados minerais primários ou originais, os segundos minerais secundários ou pedogênicos argilas.

6 Os minerais do solo podem ser classificados quanto ao tamanho em areia, silte e argila, conforme a dimensão das partículas análise granulométrica. Fonte: Lepsch, 2002.

7 Minerais primários e secundários Esqueleto mineral do solo: fração cascalho e areia minerais primários, sendo o quartzo o mais comum. Outros: mica, zircão, turmalina, magnetita, feldspatos etc. Entre os minerais secundários que podem ocorrer na fração areia, estão as concreções ou nódulos muito endurecidos de óxidos de ferro e algumas partículas de sílica. A argila é quimicamente muito ativa pequeno tamanho de suas partículas propriedades coloidais.

8 As argilas A mais importante propriedade coloidal da argila é a afinidade pela água e por elementos químicos nela dissolvidos vasta superfície específica (alto grau de subdivisão) e existência de cargas elétricas nessa superfície. Partículas de argila são tão pequenas que só podem ser vistas com microscópio eletrônico. São plaquetas compostas de lâminas extremamente finas. Seriam necessárias partículas amontoadas para preencher o espaço de 1cm.

9 Partículas de argila caulinítica sob microscópio eletrônico. A escala representa 1 micrômetro que é a milésima parte do milímetro. Foto: Pérsio Arida. Fonte: Lepsch, 2002.

10 Essas lâminas formam pequenos conjuntos destacáveis, como acontece com as micas. Quando estão fortemente ligadas superfície quimicamente ativa na parte exterior (superfície externa), ficando inativa a superfície interna existente entre as lâminas a superfície específica aumenta propriedades coloidais são ressaltadas.

11 Fonte: Lepsch, 2002.

12 A caulinita, por exemplo, é um tipo de argila cujas partículas só possuem superfície externa exposta menos ativa que a montmotilonita ou a vermiculita, que têm superfícies internas ativas em adição à externa.

13 Argilominerais com estrutura de camadas do tipo 1:1 ou simplesmente argilominerais 1:1 Caulinitas Argilominerais com estrutura de camadas do tipo 2:1, ou argilominerais 2:1 Montmorilonitas

14 As argilas com grande superfície interna possuem a propriedade de se expandir muito quando umedecidas, por terem a capacidade de adsorver grande quantidade de moléculas de água e de cátions trocáveis entre suas finas lâminas argilas expansíveis ou argilas de alta atividade.

15 FILOSSILICATOS Caulinita: grupo de argilominerais do tipo 1:1, com estrutura de filossilicato, formados pelo empilhamento regular de folhas silicato tetraédricas e folhas hidróxido octaédricas. Fazem parte deste grupo, que têm fórmula estrutural Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8, os seguintes argilominerais: caulinita, haloisita, nacrita e diquita.

16 É um mineral comum em solos, sendo o mineral predominante da fração argila da maioria dos solos em estágio de intemperismo avançado. Pode-se dizer que a caulinita é o mineral de mais ampla ocorrência em solos de regiões tropicais úmidas e subúmidas. Suas propriedades, juntamente com as propriedades dos óxidos secundários de Fe e Al, são em grande parte responsáveis pelo comportamento da fração argila desses solos.

17 A caulinita pode ter grande influência nas propriedades físicas dos solos. Devido à disposição planar dos argilominerais, seus cristais (placas) apresentam ajustes face a face, formando, como conseqüência, macroestrutura em blocos. Este arranjo macroestrutural seria responsável por maiores valores de densidade do solo, menor estabilidade de agregados em água, menor macroporosidade e menor permeabilidade.

18 Representação estrutural da caulinita

19 Esmectita: grupo de argilominerais com estrutura de filossilicato, com fórmula teórica Al 4 Si 8 O 20 (OH) 4 nh 2 O, constituído de duas folhas silicato tetraédricas separadas por uma folha hidróxido octaédrica. A forte ligação entre si é feita por oxigênio comum aos dois tipos de folhas, constituindo um grupo de argilominerais do tipo 2:1, cujas camadas sucessivas estão ligadas frouxamente, possibilitando a penetração de camadas de água. As esmectitas ocorrem predominantemente na fração argila de solos em estágio intermediário de intemperização.

20 Representação estrutural da vermiculita e da esmectita.

21 Sua identificação pode ser feita com o uso de difratometria de raios-x. Talvez a propriedade mais marcante das esmectitas seja sua capacidade de expansão e contração com a variação do conteúdo de água do solo, propriedade essa atribuída aos pequenos tamanhos de partícula em que ocorre, sua grande superfície específica e capacidade de troca catiônica relativamente elevada.

22 Essas características de contração e expansão das esmectitas podem também influenciar a permeabilidade do solo. O movimento de água em solos esmectíticos se dá principalmente através de rachaduras e macroporos. Assim, a permeabilidade desses solos se reduz com o aumento do conteúdo de água devido à expansão do solo, que fecha as rachaduras, reduz a porosidade total e aumenta a razão microporosidade/macroporosidade. Rastejamento do solo

23 Superfície Específica As propriedades físico-químicas de um solo são grandemente influenciadas pela extensão da área superficial de seus constituintes. A superfície específica varia com: a) textura; b) tipo de minerais de argila; c) teor de matéria orgânica dos solos. A textura indica qual a proporção existente no solo de frações compreendidas entre determinados limites de tamanhos. A área é tanto maior quanto menor forem as partículas, por isso, a fração argila contribui com a maior superfície específica.

24 A caulinita apresenta 20m 2 /g de superfície específica, enquanto a montmorilonita (ou esmectita) apresenta 800m 2 /g de superfície específica. Esta diferença ocorre devido às superfícies internas, que aparecem na montmorilonita e não na caulinita. A matéria-orgânica contribui no valor da superfície específica devido seu alto grau de subdivisão.

25 ÁGUA NO SOLO Sua importância começa na origem do solo, por destruir e desagregar minerais e rochas. O fornecimento natural dessa água é feito através da chuva, que ao se precipitar, escoa ou infiltra no solo: a água que escoa vai abastecer os rios, lagos e mares e da água que infiltra, parte percola, alimentando o lençol freático e parte fica retida no solo. A água retida será evaporada para a atmosfera, absorvida pelas plantas e mantida no solo.

26 Classificação da água no solo A água retida no solo pode ser classificada como água gravitacional, água capilar e água higroscópica. Água gravitacional: localizada nos macroporos, permanência efêmera no solo, removida facilmente pela drenagem, provoca lixiviação do solo; Água capilar: localizada nos microporos, parcialmente permanente no solo, não removida pela drenagem, atua como solução do solo; Água higroscópica: localizada próxima da superfície das partículas do solo, permanente no solo, removida apenas no estado de vapor.

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28 Umidade higroscópica É a máxima quantidade de água, expressa em porcentagem, que o solo é capaz de absorver da atmosfera, em forma de vapor e manter em equilíbrio com o ambiente. É uma característica relacionada com atividade de superfície, sendo elevada nos solos argilosos e orgânicos e baixa nos arenosos. Sua determinação é feita pela pesagem do solo antes e depois da secagem em estufa a 110ºC.

29 Capacidade de campo É a máxima quantidade de água que um solo é capaz de reter em condições normais de campo. Sua verificação é determinada pela textura, estrutura, profundidade e uniformidade do solo, pela presença de camadas impermeáveis, proximidade do lençol freático e temperatura ambiente. Assim, os solos mais argilosos atingem sua capacidade de campo mais rapidamente que solos arenosos.

30 TEMPERATURA DO SOLO A superfície do solo atua como um corpo intermediário através do qual se desenvolvem fluxos de energia térmica, sendo aquecido durante o dia pela radiação solar e aquecendo a atmosfera à noite. A microclimatologia procura estudar esses efeitos até a altura de dois metros. Acima disso, a influência da temperatura do solo vai se reduzindo. A temperatura é importante fator de crescimento, multiplicação e atividade de microorganismos do solo. A grande maioria se desenvolve melhor entre 10 e 40ºC. A germinação e o desenvolvimento das plantas são igualmente afetados pela temperatura do solo.

31 Fatores que condicionam a temperatura do solo Climáticos: a radiação solar é o que mais afeta o regime térmico do solo. Microclimáticos: está relacionado ao tipo de revestimento da superfície: a) cobertura vegetal- tem efeito moderador sobre as variações próximas à superfície, interceptando a radiação solar; b) cobertura morta- atua como camada semi-isolante térmica, com efeitos semelhantes à vegetação rasteira e c) solo nu- o solo fica sujeito a intensas variações térmicas. Topoclimáticos: estão relacionados ao relevo, a orientação e a inclinação da superfície. Terrenos inclinados com exposição norte e oeste são mais quentes no hemisfério sul.

32 POROSIDADE As partículas do solo variam em tamanho e forma e seu arranjo produz poros que diferem grandemente entre si pela forma e dimensões. Porosidade não capilar (macroporosidade), porosidade capilar (microporosidade). É importante no estudo da estrutura do solo, na investigação do armazenamento e movimento da água e de gases, no estudo sobre a resistência mecânica apresentada pelo seu manejo.

33 COMPACIDADE Arranjamento ou agrupamento das partículas que um solo apresenta. Num perfil de solo podem aparecer camadas com graus diferentes de compactação: camadas adensadas aquelas em que a sua compacidade é devida a processos pedogenéticos; camadas compactadas aquelas em que sua compacidade é devida ao manejo do solo.

34 ESTRUTURA Refere-se ao arranjo das partículas primárias do solo em agregados. O mecanismo pelo qual a estrutura se desenvolve não é totalmente conhecido, mas supõe-se que ela se forme pela agregação das partículas unitárias ou pelo quebramento gradual do material maciço por contração e expansão. A estrutura pode ser considerada como estágio intermediário entre uma condição em que o material do solo é constituído de grãos simples, como nas areias, onde ocorre ausência de coesão entre as partículas e outra denominada maciça onde ocorre coesão uniforme das partículas, não ocorrendo a formação de agregados sem estrutura.

35 Fatores que favorecem o desenvolvimento da estrutura A grande contribuição da matéria-orgânica em solos sob florestas promove a formação de estrutura; Ação mecânica do sistema radicular, que divide a massa do solo em fragmentos de tamanhos e formas variados; Ação biológica produzida por microorganismos (minhocas, formigas, cupins), que agregam os materiais do solo após a ingestão e excreção; Alternância de gelo e degelo nas regiões frias.

36 ALGUNS ATRIBUTOS DIAGNÓSTICOS ph do solo A alcalinidade ocorre quando a pluviosidade é baixa e acumulam-se sais de cálcio, magnésio, potássio e carbonato de sódio. Solos alcalinos são característicos de regiões áridas e semiáridas. A acidez do solo desenvolve-se devido a remoção de bases pelas plantas e pela água, permitindo que o hidrogênio (H + ) tome os lugares das bases. Quando o acúmulo de hidrogênio chega a certas concentrações, ocorre a alteração espontânea da argila, libertando Al 3+.

37 Interpretação do ph: Acidez elevada abaixo de 5,0 Acidez média 5,0-6,0 Acidez fraca 6,0-7,0 Neutro 7,0 Alcalinidade fraca 7,0-7,8 Alcalinidade acima de 7,8

38 Soma de bases S: Soma de bases (cátions básicos trocáveis). Corresponde a: S=Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + Geralmente expressa em meq/100g. Critérios de avaliação recomendados pelo IAC: S Abaixo de 2,62 BAIXO De 2,62 a 6,30 Acima de 6,30 MÉDIO ALTO

39 Capacidade de troca catiônica (CTC) Soma total de cátions trocáveis que um solo, ou algum de seus constituintes, pode adsorver a um ph específico. É geralmente expressa em meq/100g de material adsorvente e em condições de ph 7,0.

40 Baixa capacidade de troca. (Valor T ou CTC). Solos que possuem baixa capacidade de troca de cátions apresentam necessariamente baixos valores de Ca 2+, Mg 2+ e K elementos tidos como maiores na alimentação das plantas. É importante atentar contudo, que tais solos necessitam de pequenas doses de insumos para atingir o nível de saturação por bases desejável para a cultura. Critérios de avaliação recomendados pelo IAC: CTC- Abaixo de 4,62 BAIXO De 4,62 a 11,30 Acima de 11,30 MÉDIO ALTO

41 Saturação por bases V(%): Símbolo utilizado para representar a saturação por bases. Calculado pela fórmula V(%)=(100.S)/CTC, onde S: soma de bases (cátions básicos trocáveis) S=Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + e CTC: capacidade de troca catiônica Ca 2+ + Mg 2+ + K + + Na + + Al 3+ + H + Solo eutrófico: Aquele que apresenta saturação por bases igual ou superior a 50% (solos férteis). Solo distrófico: Aquele que apresenta saturação por bases inferior a 50% (solos pouco férteis).

42 Baixa saturação por bases. (Eutrofismo, Distrofismo). Solos com baixa saturação por bases são pobres quimicamente requerendo adição de fertilizantes para uma boa produção. As limitações são tanto mais sérias quanto menor o grau de saturação por bases e maior a capacidade de troca de cátions.

43 Saturação por alumínio Saturação por alumínio: Relação entre o teor de Al trocável e a soma de bases mais Al trocável. Representa-se por m=al(s + Al). É considerado álico um solo que apresenta valor m superior a 50%.

44 Toxicidade por alumínio. Caráter alumínico (Caráter álico) A maioria das plantas cultivadas apresentam dificuldade de crescimento em solos ácidos, devido principalmente à presença de alumínio solúvel em níveis tóxicos. A limitação é tanto maior quanto mais elevado for o teor de Al 3+ e a capacidade de troca de cátions do solo, pois maior será a necessidade de corretivo.

45 Teor em óxidos de ferro Devido ao fato de grande parte dos solos brasileiros apresentarem teores elevados de óxidos de ferro e pouca matéria orgânica, a adsorção dos nutrientes e argila se faz pelo ferro. Os óxidos de ferro mais comuns nos solos são a hematita e a goetita. A primeira é responsável pelas colorações avermelhadas e a segunda pelas amareladas.

46 O SiBCS (Sistema Brasileiro de Classificação de Solos) estabeleceu as seguintes classes de teor de Fe 2 O 3 nos solos brasileiros: Baixo teor: <8% hipoférricos Médio teor: de 8% a <18% mesoférricos Alto teor: de 18% a < 36% férricos Teor muito alto: > 36% perférricos

47 Índices Ki Relação sílica/alumina: relação molecular entre a sílica (SiO 2 ) e a soma alumina (AL 2 O 3 ) em argilas, argilominerais ou solos. Também conhecida por Ki. Devido ao fato de o índice Ki da caulinita corresponder a 2, esse valor foi estabelecido como limite entre solos: muito intemperizados (Ki 2) e pouco intemperizados (Ki > 2).

48 Bibliografia Básica CURI,N. et al. Vocabulário de ciência do solo. Campinas, Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, KIEHL, E.J. Manual de edafologia. São Paulo, Ed. Agronômica Ceres, MONIZ, A. C. Elementos de Pedologia, São Paulo,Polígono, OLIVEIRA, J. B. Pedologia Aplicada, Piracicaba, FEALQ, deaula.asp