Meio trifásico 21/11/2011 SOLO CONCEITO FÍSICO SOLO FISICAMENTE IDEAL

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1 Uniersidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos Propriedades físicas do solo SOLO CONCEITO FÍSICO Meio poroso, não rígido, trifásico, formado de partículas que possuem complexidade de forma, tamanho e estrutura mineralógica e algumas partículas finitamente divididas de maneira a apresentar uma grande área superficial. Meio trifásico SOLO FISICAMENTE IDEAL Espaço Poroso Ar a % Água a % Mat. Org. % Minerais 4% Sólidos do solo Partículas que apresentam diferentes tamanhos Frações granulométricas ou Frações texturais É aquele que apresenta: Boa aeração e retenção de água; Bom armazenamento de calor; Pouca resistência mecânica ao crescimento radicular. Textura, mineralogia, Grau de desenvolvimento do perfil, Agentes cimentantes, Estrutura, Coloração, Topografia. Lavração, plantio, adição fertilizantes Estrutura Densidade do solo Agregação Tamanho de poros Caract. perfil Irrigação/ drenagem Água, Aeração, Temperatura, Resistência mecânica. Crescimento e Desenvolvimento de Plantas Chuvas Quantidade de água Radiação Propriedades Físicas do Solo Área superficial específica Agregação do solo Densidade do solo Densidade de partículas Porosidade do solo Resistência à penetração Água Outras 1

2 TEXTURA DO SOLO É a proporção relativa das classes de tamanho de partículas de um solo. Classes de tamanho de partículas do solo FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA DIÂMETRO (mm) Matacão > 0 Calhau 0 Cascalho - 2 Areia grossa 2 0,2 Areia fina 0,2 0,0 Silte 0,0 0,002 Argila < 0,002 A textura é importante para o entendimento do comportamento e manejo do solo Durante a classificação do solo em um determinado local, a textura é muitas vezes a primeira e mais importante propriedade a ser determinada A partir da textura, muitas conclusões importantes podem ser tomadas É possível alterar a textura pelo manejo? Determinação _em laboratório: análise granulométrica _a campo: pela sensação que o solo molhado e amassado oferece ao tato 2

3 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 Argila Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso Sensação sedosidade, plástico, pegajoso Fonte: Brady, 1983 Distribuição do tamanho de partículas de três solos com ampla variação de textura. Note que há uma transição gradual na distribuição do tamanho de partículas em cada um destes solos. Relaciona-se com: 1) Mineralogia _FRAÇÃO AREIA minerais 1 (quartzo e outros silicatos) _FRAÇÃO ARGILA minerais 2 (argilominerais: caulinita, esmectita, etc, e óxidos: hematita, goethita, etc) 2) CTC 3) ASE 4) Porosidade e densidade do solo Condiciona todos os fatores de crescimento em menor ou maior grau Influi sobre: - Retenção, movimento e disponibilidade de água - Arejamento - Disponibilidade de nutrientes - Resistência à penetração de raízes - Estabilidade de agregados - Compactabilidade dos solos - Erodibilidade Textura fina Textura média Textura grosseira ARGILOSOS francos ARENOSOS retenção de água elevada Circulação de água difícil Coesão elevada Consistência plástica e pegajosa (molhado) e dura (seco) Densidade do solo menor Porosidade total maior Microporosidade maior Aeração deficiente Superfície específica elevada Solos bem estruturados CTC elevada Difícil preparo mecânico, pouco lavados e mais ricos em elementos fertilizantes Retenção de água baixa Circulação de água fácil Coesão baixa Consistência friável (seco ou molhado) Densidade do solo maior Porosidade total menor Macroporosidade maior Boa aeração Superfície específica baixa Solos sem estrutura CTC baixa Fácil preparo mecânico, mais lavados e mais pobres em elementos fertilizantes Os solos podem ser agrupados em 13 classes texturais - TRIÂNGULO TEXTURAL Ex: 42% argila 6% silte 2% areia Classe textural ARGILA ARENOSA 3

4 % silte 33% argila Área superficial específica 27% areia Área superficial específica ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA ASE = área superficial unidade massa Influenciada por Tamanho da partícula afeta: atrito, adsorção, tensão superficial. Forma da partícula Natureza da partícula: MO, ASE, decomposição. Composição da partícula: atividade, superfície interna. Área superficial específica Relação entre a área superficial de um cubo de massa conhecida e o tamanho de suas partículas. _No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm 2 de área superficial. O cubo tem seis lados, com área superficial total de 384 cm 2 (6 lados x 64 cm 2 ). Se o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modo 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 pequeno terá 4 cm 2 (2 x 2) de área superficial, resultando em 24 cm 2 de área superficial (6 lados x 4 cm 2 ). A área superficial total será de 136 cm 2 (24 cm 2 x 64 cubos). Deste modo, a área superficial deste cubo será quatro vezes maior do que a área superficial do cubo maior. Área superficial específica Área superficial específica ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA Relacionada com CTC, retenção de água e nutrientes; retenção e liberação de poluentes; expansão / contração; propriedades mecânicas: coesão, resistência, plasticidade. Fonte: Brady, 1983 Quanto mais fina a textura do solo, maior é a superfície efetiva exposta por suas partículas. Note que a adsorção, a expansão e outras propriedades físicas (plasticidade e coesão, calor de umedecimento) seguem a mesma tendência e aumentam rapidamente à medida que se aproximam da dimensão coloidal. 4

5 CONSISTÊNCIA DO SOLO _Resposta do solo às forças externas que tentam deformá-lo ou rompê-lo. _Manifestação das forças de coesão e adesão sob diferentes condições de umidade. COESÃO: atração entre partículas de mesma natureza (S-S) devido a: _Atração eletrostática entre superfícies _Atração molecular (Van der Walls) _Materiais coloidais _f = {ASE, H2O, distância, orientação} ADESÃO: atração entre partículas de natureza distinta (L-S) devido a: _Tensão superficial d água (há necessidade ar) Consistência depende de Textura: em solo argiloso Mineralogia: em 2:1 Ex.: Vertissolo x Latossolo MO: em solo argiloso, em solo arenoso Estrutura: com a agregação Estado de umidade Seco Úmido Molhado Consistência condiciona Condições de preparo e cultivo-aplicação PRÁTICA Resistência à penetração raízes Estrutura (estabilidade de agregados) Erodibilidade Teores de água Formas de consistência Equilíbrio com o ar Umidade equivalente Capacidade de campo Acima da capacidade de campo Tenaz Friável Plástica Aderente ou pegajosa LP SECO ÚMIDO MOLHADO LL MUITO MOLHADO dureza friabilidade plasticidade Pegaj. Predomínio da fase líquida Fluída COESÃO ADESÃO

6 SOLO SECO - não há adesão e a coesão é máxima - DUREZA SOLO ÚMIDO - a coesão e a adesão. As duas forças ocorrem conjuntamente - FRIABILIDADE (solo é menos compactável) SOLO MOLHADO - a coesão desaparece e a adesão atinge o máximo - PLASTICIDADE MUITO MOLHADO - os filmes de água que recobrem as partículas se tornam mais espessos - PEGAJOSIDADE SOLO SATURADO - FLUIDEZ Estrutura do solo 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 agregados estáveis. A organização das partículas e agregados é conhecida como estrutura do solo. Fonte: Brady, 1983 Solo desetruturado (esquerda) e solo bem granulado (direita). Raízes de plantas e especialmente húmus são fatores principais na granulação do solos. 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. Areias Quartzosas - solos sem estrutura, as partículas de areia normalmente ocorrem individualizadas, sem formarem agregados. AVALIAÇÃO da ESTRUTURA dois pontos de vista 1. Pedológico _tipo _tamanho _grau de desenvolvimento 2. Manejo do Solo _potencial ou capacidade de uso do solo 6

7 A estrutura do solo relaciona-se com: Aeração Densidade do solo Resistência mecânica à penetração Infiltração de água e selamento superficial COMO SE FORMAM OS AGREGADOS? 1 ) Aproximação entre as partículas: - floculação da argila - desidratação do solo: aproxima partículas - raízes: desidratação e pressão sobre as partículas - organismos: minhocas (coprólitos) COMO SE FORMAM OS AGREGADOS? Formação dos agregados 2 ) Estabilização: agentes cimentantes - quantidade de argila e de cátions - forças eletrostáticas (Van der Walls) - MO. Polissacarídeos, Ac. húmicos - microrganismos: ação mecânica (hifas de fungos) e produção de compostos orgânicos - vegetação: ação mecânica das raízes e fonte de material orgânico na superfície Aglomerados de partículas de argila interagindo com óxidos de Fe ou Al e polímeros orgânicos na menor escala Submicroagregado constituído por partículas de silte cobertas com matéria orgânica e pequenos pedaços de plantas e microorganismos, cobertos com arranjamentos menores de argila, húmus e óxidos de Fe ou Al Microagregado consistindo principalmente de partículas de areia fina e pequenos aglomerados de silte, argila e substâncias orgânicas unidas por pêlos radiculares, hifas de fungos e substâncias produzidas por microrganismos Macroagregado composto por muitos microagregados, unidos principalmente por uma rede de hifas de fungos e raízes ESTABILIDADE DE AGREGADOS Estabilidade de agregados Resistência à desagregação que os agregados apresentam quando submetidos a forças externas (ação implementos agrícolas e impacto gota chuva) ou forças internas (compressão de ar, expansão/contração) que tendem a rompê-los. 7

8 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 DMG, mm Fig. DMG de agregados, em solo ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO submetido por dois anos ao PC e PD contínuo Carbono orgânico, % Relação entre o diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregados estáveis em água e carbono orgânico, em um Latossolo Vermelho- Escuro. Cruz Alta, RS. Fonte: Campos et al. (199). 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 A estabilidade estrutural foi inversamente relacionada com a freqüência e intensidade de mobilização do solo DMG, mm ,9 4 2,9 2,1 1,2 Taxas de aumento da agregação Sistema de manejo Sistema de cultura Degradação estrutural Melhoria estrutural 0 CN PD-CN PD-Cal PD-Esc PC Manejo de Solo Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água sob 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). Recuperação da estabilidade estrutural Pelo menos 2x mais rápida em solos arenosos do que argilosos Relação com TEXTURA DENSIDADE DO SOLO (Ds) Densidade do solo Solos arenosos ds = 1,2 a 1,8 g cm -3 Solos argilosos ds = 1,0 a 1,6 g cm -3 PROFUNDIDADE: ds com a profundidade MO, PT, compactação natural, diferentes formas de agregados, maiores pressões, argila iluvial (ocupa espaços). MAU MANEJO DO SOLO: compactação ds 8

9 DENSIDADE DO SOLO (Ds) Usada para Calcular PT Calcular massa solo da camada arável Avaliar alterações na estrutura e porosidade Converter massa H2O a volume H2O DENSIDADE DO SOLO (Ds) Objetivo: avaliar a estrutura do solo pela relação entre massa e volume de solo. A metodologia consiste em coletar uma amostra de solo com estrutura preservada e de volume conhecido, e pela relação entre massa de solo seco em estufa a o C e volume da amostra ocupado por partículas e poros, obtém-se a densidade do solo. DENSIDADE DO SOLO (Ds) Ds em diferentes profundidades em um Argissolo Vermelho distrófico, sob dois tipos de uso. Densidade, Mg m Mata Lavoura (SPC) Densidade de partículas DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp) Expressa a relação entre a massa e o volume que ocupam as partículas do solo, abstraindo o volume dos poros. Ao contrário da densidade do solo, a amostra utilizada pode estar alterada. DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp) Objetivo: avaliar o volume de sólidos do solo, sem considerar a porosidade. A metodologia consiste em macerar uma amostra de solo e obter o volume ocupado pelas partículas sólidas da amostra. A densidade de partícula do solo é a média ponderada da densidade real de todos os seus componentes minerais e orgânicos. 9

10 A Dp é influenciada pelo manejo? Valores de dp estão ligados à presença de certos componentes minerais ou orgânicos: Solos com baixos teores em óxidos Fe (clima frio) - dp 2,6 g cm -3 Solos com altos teores em óxidos Fe (clima tropical e subtropical) - dp 3,0 g cm -3 Solos orgânicos - dp < 1,92 g cm -3 Porosidade do solo POROSIDADE DO SOLO POROSIDADE TOTAL proporção percentual de poros em relação ao volume de solo. _Porosidade textural: predominante em solos arenosos (pouco estruturados). _Porosidade estrutural: predominante em solos argilosos (boa agregação). Macroporosidade movimento d água, aeração. Microporosidade retenção de água. FATORES QUE AFETAM A POROSIDADE Agregação: granulares x blocos Textura - Arenosos: PT - Argilosos: PT Profundidade: profundidade PT Espaço aéreo: pressão = 60 cm H2O (-0,06 atm) Mínimo % IDEAL Macroporosidade = 1/3 do volume dos poros Microporosidade = 2/3 do volume dos poros Microporos 38,0% Mato Macroporos 2,0% Sólidos 37,0% Latossolo Roxo (> 60% argila) POROSIDADE DO SOLO Microporos,0% Sólidos 41,0% 4 anos PC Macroporos 19,0% Microporos,0% Sólidos 47,0% Macroporos 13,0% 0 anos PC (Brum, 1972) Solo: Latossolo Cerrado: vegetação natural Milho: sistema convencional há 18 anos Eucalipto: Eucalyptus camaldulensis há anos Pinus: Pinus caribea var. hondurensis há anos Mata ciliar: reflorestada com espécies nativas há anos Pastagem: Brachiaria decumbens há anos Densidade, Mg m Pinus Pasto Eucalipto Milho Mata Cerrado Fonte: Cavenage et al., 1999

11 Micro Macro Porosidade total Camada 0- cm 0% 38% 44% % % 33% 12% 14% 8% Cerrado Mata - cm: 38% - cm: 11% Pastagem Resistência à penetração 26% % % % 47% 36% 9% 14% % Eucalipto Pinus - cm: 4% Milho Fonte: Cavenage et al., 1999 Resistência à penetração Pinus Distância, cm Esteira Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) após o corte do pinus (direita). Fonte: Cechin et al., Pinus , 0 17, 3 Distância, cm pneu Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda), após uma passado do Skidder (meio) e após várias passadas do Skidder (direita). Fonte: Cechin et al., pneu Pinus Estaleiro Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) e no estaleiro (direita). Fonte: Cechin et al.,

12 SOLO BEM ESTRUTURADO Permite: a) Poros adequados para a entrada de ar e água no solo; b) Porosidade adequada para que a água se movimente através do solo sendo disponível para as culturas, assim como permita uma boa drenagem do solo; c) Porosidade adequada para o crescimento das culturas após a germinação das sementes, permitindo que as raízes explorem um maior volume de solo em busca de ar, umidade e nutrientes. Palha + Atividade biológica + Matéria orgânica Raízes explorando o maior volume de solo = Boa estrutura = Boa estrutura Conversão de área de mata em lavoura Qualidade ambiental Compactação Erosão Atividade biológica Trocas gasosas Degradação ambiental 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 Causas da degradação da estrutura 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 12

13 Degradação da estrutura = impacto ambiental Relações dos propriedades físicas com o rendimento de plantas Solo muito solto Sem estrutura Solo bem estruturado Solo compactado Estrutura degradada Muitos torrões Baixa retenção de água Contato solosemente deficiente Contato solo-raiz deficiente Suscetibilidade da cultura à seca Boa aeração Boa retenção de água Boa infiltração de água Diminuição de riscos da cultura à seca Baixa aeração Suscetibilidade da cultura à seca Restrições ao crescimento radicular Baixa infiltração de água-escorrimento superficial Evitar a degradação do solo!!! Solo Compactação Cobertura do solo Atividade microbiológica Matéria orgânica Estabilidade estrutural Resistência à compactação Solo Indicadores físicos e biológicos do solo, relacionados ao desenvolvimento e produção de plantas, usados para avaliar a qualidade dos solos (extraído de Reichert et al., 03). 13

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