Características granulométricas, químicas pedológicas, mineralógicas, e interpretações

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1 AULA 1 Hélio do Prado (Pesquisador Científico do IAC) Thiago A. B. do Prado (Graduando em Engenharia Agronômica da UFSCar) Características granulométricas, químicas pedológicas, mineralógicas, e interpretações O solo é constituído pelas fases sólidas, líquida e gasosa, onde as plantas crescem, extraem água e nutrientes para completar seu ciclo vital. A fase sólida, geralmente tem predominância da fração mineral em relação a fração orgânica. A figura 1 apresenta a distribuição volumétrica dos constituintes físicos de um solo mineral. Figura 1. Distribuição volumétrica dos constituintes do solo. A fração argila tem duplo sentido: granulométrico e mineralógico, possui alta superfície específica, ou alta atividade coloidal, apresentando os seguintes aspectos importantes: Sede mineral do complexo de troca catiônica (CTC) e de adsorção de água. Critério de classificação do solo no cálculo do gradiente textural (GT); Exemplo: argila 20% no horizonte A e 40% no horizonte B.. GT=40/20=2,0 (alto). Exemplo: argila 20% no horizonte A e 22% no horizonte B.. GT=22/20=1,1 (baixo). Empregada na fórmula na necessidade de gesso NG=% argila x 600 (kg/ha.) Exemplo: argila=40% NG= 40 x 60= 2.400kg/há de gesso.

2 CARACTERÍSTICAS GRANULOMÉTRICAS Argila no sentido granulométrico A escala textural das partículas do solo menores que 2,0 mm de diâmetro mais utilizada no estudo pedológico do Brasil é a de Atterberg (quadro 1) com modificação na separação do silte em relação a areia fina (0,05mm em vez de 0,02mm de diâmetro). Quadro 1. Frações granulométricas na escala textural de Atterberg. Fração Diâmetro (mm) Areia grossa 2,0-0,20 Areia fina 0,20-0,05 Silte 0,05-0,002 Argila < 0,0002 A textura do solo refere-se às proporções de argila, silte, areia fina e areia grossa. A figura 2 mostra exemplo de enquadramento da classe textural com os seguintes dados granulométricos: argila (40%), silte (10%), areia total (50%). Figura 2. Classes texturais simplificada (EMBRAPA, 1979). Na figura 3 é apresentada a classificação textural argila-arenosa, baseado nos dados granulométricos de argila (40%), silte (10%), areia total (50%).

3 Figura 3. Classes texturais dos solos (EMBRAPA, 2006). A textura média por ser muito ampla (16 a 35% de argila) pode ser subdividida, como adotado no projeto AMBICANA do Centro de Cana do Instituto Agronômico (figura 4). Figura 4. Limites do teor de argila na escala textural. O esqueleto do solo refere-se às partículas maiores que 2,0 mm: Cascalhos: fragmentos entre 2e 20 mm de diâmetro. Calhaus: fragmentos entre 20 e 200 mm de diâmetro; Matacões: fragmentos maiores que 200 mm de diâmetro;

4 A figura 5 apresenta um perfil de um solo epi cascalhento (alto volume de cascalho nos 50 cm iniciais, desde a superfície) e a figura 6 do solo endo cascalhento (alto volume de cascalho na profundidade de cm). Figura 5. Solo epicascalhamento. Figura 6. Solo endocascalhamento A porosidade total refere-se ao volume não ocupado pelas partículas sólidas, calculada com base na densidade do solo (ds) e na densidade da partícula (dp). Quando não estão compactados, os solos argilosos ou muito argilosos possuem porosidade total próxima de 60 a 70%, ao contrário dos solos arenosos com porosidade total de 40 a 50%. A textura do solo no campo (figura 7) é muito útil no levantamento de solos porque permite estimar com boa precisão e rapidez o teor de argila no tato, o que é necessário para conhecer o gradiente textural entre os horizontes A e B visando classificar o solo. Figura 7. Estimativa do teor de argila no tato.

5 Uma comparação entre a estimativa do teor de argila no tato (verde) e a determinado no laboratório (vermelho) é apresentada na figura Figura 8. Estimativa do teor de argila de varias amostras de solo e valores determinados no laboratório para a mesma amostra de solo. No campo, percebe-se o teor de argila pela pegajosidade do solo molhado, do silte pela sedosidade e pela aparência de talco quando o solo seca (figura 9). Figura 9. Aspécto de talco na mão, de solo com alto teor de silte.

6 As figuras 10 a 12 mostram solos com diferentes teores de argila no perfil. Figura 10. Solo com valores semelhantes de argila (textura argilosa) nas camadas superficial e sub superficial. Figura 11. Solo com reduzidos teores de argila (textura arenosa) na camada superficial e com altos valores de argila (textura argilosa) na camada subsuperficial. Figura 12. Solo com valores semelhantes de argila (textura arenosa) nas camadas superficial e sub superficial.

7 O solo da figura 10 possui semelhante proporção de macro e microporos em todo perfil, desde que não compactado, mas o solo da figura 11 sempre apresenta grande diferença de macro e microporos porque na superfície (horizonte A) predominam macroporos por ser de textura arenosa e na subsuperfície (horizonte B) predominam microporos porque a textura é argilosa. A grande diferença de microporos gera uma quebra de capilaridade, exclusiva do Argissolo, o que aumenta o tempo de permanência da água no perfil. Por isso, as folhas das plantas com sistema radicular profundo como o citrus e eucalipto ficam verdes por mais tempo no solo da figura 11, mas plantas gramíneas com raízes menos profundas como o milho, secam rapidamente, exceto se o topo do horizonte B ocorra próximo das raízes dessa e outras gramíneas. O solo da figura 12 é o mais ressecado devido aos reduzidos valores de argila em todas as profundidades do perfil. Os Latossolos ácricos, apesar do teor de argila elevado (acima de 50%), são muito ressecados porque é forte a micro agregação da argila (figura 14) conferindo velocidade de infiltração muito rápida da água. Figura 14. Micro agregados do Latossolo ácrico muito argiloso (Usina Jalles Machado, Goiás). InDICAção do Professor No site a enquete 38 mostra como é a dispersão e a floculação da argila. É comum o teor de argila ser subestimado no laboratório porque floculada dificilmente dispersa pelo reagente hidróxido de sódio. O método mais recomendado da determinação da argila é o da pipeta que mesmo assim pode sub estimar o valor dessa fração granulométrica. Muitos laboratórios, por pura comodidade, adotam outro método (densímetro), mas nessa condição os erros são maiores e muito mais frequentes. Nessas condições, o silte assume valor alto, pois é obtido pela diferença de argila + areia. Na textura de campo percebe-se nitidamente os micro agregados porque no início do exame da textura a pegajosidade é pequena, mas depois que força-se a massa dos micro agregados, passa a ser bem mais pegajoso.

8 Os solos arenosos, ao contrário dos argilosos e muito argilosos, são muito lixiviados e possuem baixos teores de matéria orgânica, como consequência, apresentam menores valores de capacidade de troca de cátions. Na fração areia ocorrem minerais primários representados principalmente pelo quartzo por ser muito resistente ao intemperismo. Outros minerais menos abundantes do que o quartzo são feldspatos, micas, magnetita e ilmenita. Os minerais primários decompõem-se formando minerais secundários (minerais de argila cristalinos e amorfos), óxidos de ferro, alumínio e de silício. Os principais minerais de argila dos solos pertencem ao grupo dos silicatos. CARACTERÍSTICAS MINERALÓGICAS Argila no sentido mineralógico Na grade cristalina, se o mineral de argila apresenta uma lâmina de tetraedro de silício e outra de octaedro de alumínio, é do tipo 1:1, se possui duas lâminas de tetraedro de silício e uma de octaedro de alumínio, do tipo 2:1. A caulinita é o principal mineral de argila do tipo 1:1 apresentando baixa superfície específica e capacidade de troca de cátions (CTC), a montmorilonita, ilita e vermiculita são os principais minerais de argila do tipo 2:1, apresentando alta superfície específica e elevada CTC. O índice Ki= SiO 2 /Al 2 O 3 x 1,7 é utilizado como indicador do estágio do intemperismo, quanto menor seu valor, mais intemperizado é o solo porque a remoção da sílica da grade cristalina foi intensa, diminuindo o valor do numerador (SiO2), reduz o valor do índice ki. Valores baixos do índice Ki indicam que a caulinita é o principal mineral de argila 1:1, dos solos mais intemperizados; Valores elevados do índice ki estão relacionados com minerais de argila do tipo 2:1, dos solos menos intemperizados; Nos solos com valores de Ki extremamente baixos, a remoção de sílica da grade cristalina foi tão intensa que na fração argila ocorre gibbsita, representando o estágio muito avançado de intemperismo. Na prática, significa que nesses solos a retenção de ânions (nitrato, sulfato) é maior do que a retenção de cátions (cálcio, magnésio, potássio e sódio). A figura 15 ilustra a sequência de intemperismo ao longo de tempo (milhões de anos), a partir de um mineral do tipo 2:1, depois como mica e caulinita, até seu estágio final oxídico de gibbsita. Figura 15. Transformações dos minerais de argila ao longo do tempo.

9 Exemplo de solo gibbsitico é ilustrado no exame de raios X do Latossolo Vermelho ácrico textura argilosa, conforme a figura 16. Figura 16. Raios X do Latossolo Vermelho acriférrico. O quadro 2 relaciona a mineralogia do solo com a capacidade de troca de cátions e o quadro 3 com a taxa de lixiviação no solo. Quadro 2. Constituintes inorgânicos do solo, superfície específica, capacidade de troca de cátions (CTC) segundo diversos autores. Constituintes Superfície específica (m² g -1 ) CTC (cmol c.kg -1 ) Gibbsita 1,0-2,5 - Caulinita Montmorilonita Quadro 3. Relação entre a mineralogia da fração argila com a taxa de lixiviação de nutrientes no solo. Mineralogia da argila Lixiviação 2:1 Baixa 1:1 Alta 1:1+ óxidos de ferro e alumínio Muito alta/ extremamente alta

10 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS PEDOLÓGICAS As condições químicas pedológicas referem-se ao horizonte de subsuperfície e não de superfície, exceto para os solos muito rasos. Com base na análise química pedológica, são calculados os seguintes valores: - soma de bases ou SB (cálcio + magnésio + potássio +sódio) - capacidade de troca de cátions ou CTC (SB+ alumínio+ hidrogênio) - saturação por bases ou V dividindo-se a SB pela CTC a ph 7, multiplicando por saturação por alumínio ou m dividindo-se alumínio pela soma de alumínio + SB, multiplicando por retenção de cátions dividindo-se SB + alumínio pela porcentagem de argila, multiplicando por 100. Capacidade de troca de cátions (CTC) A soma das cargas elétricas negativas é representada pela capacidade de troca de cátions (CTC). A soma de cálcio, magnésio, potássio, sódio, é representada pela soma de bases (SB), mas existem, ainda, outras cargas elétricas negativas nos colóides e nelas podem estar ligadas, o alumínio (Al 3+ ), e o hidrogênio (H + ). Existem 3 tipos de CTC 1- CTC a ph 7= SB + Al 3+ + H + 2- CTC efetiva=. SB + Al CTC pedológica ou T T=CTC a ph7 x 100/%argila, cálculo para solos com argila maior que 15%. Exemplo: CTC a ph 7=10cmol/kg, argila 20% x T=50cmol/kg de argila InDICAção do Professor No site a enquete 35 mostra as relações da CTC da argila com o manejo dos solos.

11 A figura 17 apresenta uma visão esquemática da capacidade de troca de cátions nos colóides dos solos. Figura 17. Esquema da CTC do solo (adaptado de Potafos, 1998). A fração orgânica contribui com a maior parte da CTC do solo ao contrário da fração mineral. Quadro 4. CTC da fração orgânica e da fração mineral do horizonte A (0-20 cm de profundidade), FACHINELLE et al. (1984). CTC Solo Total Orgânica Mineral Orgânica Mineral cmol c.dm -3 % Latossolo Vermelho textura média. 5,6 4,9 0, Latossolo Vermelho textura argilosa ,7 1, Nitossolo Vermelho férrico textura muito argilosa 22,4 16,5 5, Os solos que mais acumulam matéria orgânica ocorrem em locais com drenagem muito lenta devido ao excesso de água, ou em locais de altitude bem elevada (geralmente acima de 900 m), onde as temperaturas mais baixas são responsáveis pela menor velocidade de decomposição do material orgânico. Quando o valor T é maior que 27 cmol c.kg -1 de argila o solo é de atividade alta (Ta), quando menor ou igual a esse limite é Tb. Por definição, solos Ta são os Chernossolos,Luvissolos e Vertissolos, solos Tb os Latossolos.

12 A figura 18 ilustra como um solo com CTC da argila maior que 27cmol/kg ou Ta, que quando seca apresenta rachaduras relativamente largas e profundas, ao contrário dos solos de atividade baixa. Figura 18. Típicas rachaduras de um solo Ta. A figura 19 apresenta a relação de carbono (ou matéria orgânica), com a CTC do solo, quanto maior o teor de carbono mais elevada a CTC do solo. Figura 19. Relação entre o teor de carbono e a CTC dos solos (camada 0-10 cm).

13 O quadro 5 apresenta os critérios químicos pedológicos de acordo com a EMBRAPA (2006), com modificações de PRADO (2008). Quadro 5. Critérios químicos de subsuperfície (EMBRAPA, 2006; PRADO, 2008). Solo V (1) SB (2) m (1) Al 3+(2) RC (3) T (3) Eutrófico 50 1, Mesotrófico , Mesotrófico > 50 < 1, Distrófico < 30 - < 50 < 0,4 > 1,5 - Distrófico < 1,2 < 50 < 0,4 > 1,5 - Ácrico ,5* - Mesoálico <50 0,4 - Álico - - > 50 0,4-4,0 - Alítico ,0 20 Alumínico ,0 < 20 (1) Porcentagem; (2) cmol.kg -1 de solo; (3) cmol.kg -1 de argila; * para ser ácrico é necessário também que o ph KCl seja maior ou Para facilitar a definição química pedológica: igual a 5,0, ou delta ph positivo. Primeiro verificar as alternativas que se excluem mutuamente (eutrófico, álico, alumínico, alítico, e ácrico); Se não for atendida nenhuma das alternativas anteriores, verificar mesotrófico e mesoálico; Se não for atendida uma das alternativas anteriores é distrófico. Solos mesoálicos, álicos, alíticos e alumínicos apresentam teores crescentes de alumínio, constituindo barreiras químicas cada vez mais limitantes para o desenvolvimento do sistema radicular das plantas em profundidade, ao contrário dos solos eutróficos e mesotróficos que possuem teores nulos ou relativamente baixos de alumínio. Os teores de cálcio são baixos nos solos álicos e ácricos, mas os valores de alumínio são altos nos solos álicos, e baixos nos ácricos. Exemplos numéricos de dados químicos pedológicos e interpretações: V:54%, SB:1,8 (eutrófico) V:45%, SB:1,4 (mesotrófico) V%: 30%, SB:0,9 (distrófico) m:43%, Al:0,5 (mesoálico) m: 55%, Al:1,0 (álico) V:28%, SB:1,0;RC:1,7 cmol/kg de argila (distrófico) RC:1,0 cmol/kg de argila, delta ph positivo (ácrico).

14 InDICAção do Professor No site a enquete 24 relaciona as condições químicas dos solos com o tipo de vegetação natural, a enquete 27 mostra as relações das condições químicas pedológicas com valores de cálcio e alumínio.