FÍSICA DO SOLO (1) Jonez Fidalski (2) INTRODUÇÃO

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1 FÍSICA DO SOLO (1) Jonez Fidalski (2) INTRODUÇÃO A qualidade física do solo não pode ser medida diretamente, mas é avaliada pelos indicadores de qualidade física do solo como densidade, porosidade, resistência do solo à penetração e conteúdo de água, os quais influenciam o desenvolvimento e a produção das culturas. Com o uso e manejo inadequado do solo poderá haver redução do volume e aumento densidade do solo, resultando na compactação do solo, comprometendo os limites críticos desses indicadores de qualidade física do solo para o desenvolvimento e produção de culturas anuais, permanente e pastagem. No presente curso serão apresentados e discutidos os resultados estudos da avaliação da qualidade física do solo realizado no Estado do Paraná em sistemas de manejo de solo desenvolvido em culturas anuais (Cavalieri et al., 2006; Tormena et al., 2007; Machado et al., 2008; Blainski et al., 2008, 2009), permanente (Negro, 2003; Fidalski, 2004; Fidalski et al., 2007a, 2009), pastagem (Giarola et al., 2007; Peteam, 2007; Blainski et al., 2008a; Guimarães et al., 2009) e floresta (Araujo et al.., 2004; Blainski et al., 2008; Machado et al., 2008), abrangendo diferentes classes de solo com teores distintos de argila, desenvolvidos a partir das formações do Basalto e do Arenito Caiuá (Embrapa, 1984). A maioria dos artigos científica que serão citados nesse texto estão disponíveis no Portal Scielo ( e na página eletrônica do IAPAR ( (1) Texto elaborado para Capacitação do Programa Paraná Fértil (Instituto EMATER) e Curso de Atualização de Conhecimentos em Ciência do Solo (IAPAR), 10/08/09 a 02/09/09 (Londrina, Umuarama, Cascavel e Ponta Grossa). (2) Engenheiro Agrônomo. Pesquisador da Área de Solos do Instituto Agronômico do Paraná (IAPAR). Caixa Postal 564, Paranavaí, PR, CEP fidalski@iapar.br 1

2 AMOSTRAGEM E INDICADORES DE QUALIDADE FÍSICA DO SOLO A coleta de amostra de solo deformada para fins de análise granulométrica do solo (argila, silte e areia) para caracterização da classe textural, segue os mesmos procedimentos utilizados para a amostragem de solo utilizada para a fertilidade do solo (Iapar, 1996). Avaliações de agregados de solo exigem amostragem específica de blocos de solo, os quais devem acondicionadas com filme plástico para manter a umidade e a estrutura do solo até serem preparadas em laboratório (Tormena et al., 2008a,b). Outras avaliações físicas do solo são realizadas a partir de amostra de solo indeformada, coletada com anéis metálicos, geralmente com dimensões de 100 cm 3 (5 cm de altura e 5 cm de diâmetro), os quais são coletados do solo com o auxílio de um extrator de anéis. Esses anéis são acondicionados até serem processados em laboratório com a disponibilidade de balança de precisão, estufa para secar solo a 105ºC, dessecador e equipamentos para a determinação de curva de retenção de água no solo (Embrapa, 1997). As amostras de solo indeformadas são utilizadas geralmente para a determinação dos seguintes indicadores de qualidade física do solo: conteúdo de água do solo no momento da coleta ou o conteúdo de água saturada, que corresponde a porosidade total do solo; o volume de água nas tensões equivalentes a macroporosidade (60 hpa), capacidade de campo (80 hpa e 100 hpa para solos arenosos e argilosos, respectivamente, conforme Reichardt, 1988) e ponto de murcha permanente ( hpa); microprosidade (subtração do conteúdo de água saturado pelo solo seco em estufa a 105ºC por h); e a densidade do solo obtida pelo quociente da massa de solo pelo volume do anel metálico. A unidade de densidade do solo é composta pelas unidades de massa e volume. Exemplos: g cm -3, kg m -3, Mg m -3 ou kg dm -3. Paralelo a determinação da curva de retenção de água no solo é possível determinar a curva de resistência do solo à penetração nas amostras de solo indeformadas em anéis metálicos, utilizando-se penetrômetro estático em laboratório de física do solo (Fidalski & Tormena, 2007a; Silva et al., 2008). A resistência do solo à penetração constitui em um indicador de qualidade física do solo diretamente associada ao desenvolvimento de plantas (Letey, 1985), que corresponde ao impedimento mecânico que o solo oferece às raízes, sendo um dos fatores físicos que afeta o crescimento das raízes, quando correlacionada com a 2

3 resistência do solo à penetração medida com penetrômetro (Bengough & Mullins, 1990). O penetrômetro é constituído de uma agulha ou haste metálica com um cone na extremidade (semi-ângulo de 30º), que permite quantificar a força necessária para introduzir a haste no solo. Os resultados dos indicadores de qualidade física do solo poderão ser utilizados para obter relações funcionais (modelos de regressão), denominadas de funções de funções de pedotransferência (Bouma, 1989), as quais possibilitam estimar indicadores de qualidade física de solo desconhecido a partir de indicadores de qualidade física de solo conhecidos, com vantagens de menor custo. Exemplos de funções de pedotransferências são descritos para as curvas de retenção de água no solo e curvas de resistência do solo à penetração (Fidalski & Tormena, 2007a; Silva et al., 2008). COMPACTAÇÃO DO SOLO Um determinado solo pode ser considerado quimicamente adequado para o cultivo de plantas e produzir abaixo da expectativa esperada em razão das limitações físicas que comprometam o desenvolvimento de raízes, a absorção de água e de nutrientes (Dias Junior, 2000; Reichert et al., 2007). A compactação do solo constitui na principal limitação física do solo para o desenvolvimento das plantas, resultante da ação antrópica do uso e manejo do solo, caracterizada pela diminuição do volume do solo ocasionada por compressão, causando um rearranjamento mais denso das partículas do solo (Curi, 1993). A compactação do solo não pode ser confundida com adensamento, que é um fenômeno natural de horizontes de solos (Curi, 1993), verificados principalmente nos horizontes B textutal e B nítico, respectivamente, em Argissolos e Nitossolos (Embrapa, 2006). A descrição morfológica do perfil de um solo (Santos et al., 2005) permite identificar visualmente horizontes com limitações físicas do solo de uma determinada área agrícola em relação a uma área de floresta (Giarola et al., 2007). Na figura 1, esses autores ilustraram as alterações modificações na morfologia do solo até cerca de 40 cm de profundidade de um Latossolo Vermelho distroférrico muito argiloso utilizado para a produção de forragem (horizontes Ap, AB e BA) em relação à floresta (horizontes Oo, Od, A e AB). No solo sob produção de forragem foi observada diminuição das raízes em profundidade e ausência destas nos horizontes BA e Bw. 3

4 Figura 1. Ilustração esquemática da subdivisão dos horizontes dos perfis de um Latossolo Vermelho distroférrico muito argiloso sob mata nativa (a) e forrageira (b). Marechal Cândido Rondon (Giarola et al., 2007). A compactação em sistemas sem revolvimento do solo sob plantio direto e pastagens ocorre na camada superficial do solo, e sob preparo convencional na camada sub-superficial (pé-de-grade). As principais causas da compactação adicional ao solo se deve ao tráfego de máquinas cada vez mais pesadas em culturas anuais e permanentes, e do pisoteio dos animais em pastagens em razão da pressão de pastejo, acentuada em função da umidade do solo. Para que ocorra aumento da compactação de determinado solo é necessária a aplicação de pressões superiores à pressão de preconsolidação, que constitui em um indicativo da capacidade de suporte de carga do solo em função da umidade do solo (Reichert et al., 2007). Existem metodologias específicas para avaliar qualitativamente a qualidade física do solo, tais como método Perfil Cultural (Tavares Filho, 1999) e o método Avaliação Visual da Estrutura do Solo (Visual Soil Structure Assessement) (Ball et al., 2007). 4

5 QUALIDADE FÍSICA DO SOLO O uso e manejo do solo deveriam ser realizados de modo que fosse evitada a degradação da qualidade física do solo. A qualidade física do solo não pode ser medida diretamente, mas é avaliada pelos indicadores de qualidade física do solo, como densidade, porosidade, conteúdo de água e resistência do solo à penetração (Doran & Parkin, 1994; Karlen et al., 1997; Karlen et al., 2001, 2003). Paralelamente à evolução do conceito de qualidade do solo, Letey (1985) propôs o Non-Limiting Water Range, integrando as relações entre esses indicadores de qualidade física do para a produção das culturas. Esse conceito foi aprimorado por Silva et al. (1994) como indicador da qualidade estrutural do solo, denominando-o Least Limiting Water Range, e por Tormena et al. (1998), traduzindo-o para Intervalo Hídrico Ótimo (IHO). O IHO integra em função da densidade do solo os teores de água retidos nos potenciais mátricos da capacidade de campo (80 hpa ou 100 hpa) e do ponto de murcha permanente ( hpa), os quais correspondem à água disponível do solo (AD), com as restrições dos teores de água limitados pelos valores críticos pré-estabelecidos de aeração e de resistência do solo à penetração para o desenvolvimento das raízes das plantas. Com o aumento da densidade do solo, haverá redução da aeração do solo e aumento da resistência do solo à penetração, que diminuirão o valor do IHO. O valor nulo do IHO (IHO=0), corresponde a densidade do solo crítica (Silva et al., 1994; Imhoff et al., 2001). O IHO é determinado a partir dos limites críticos para os seguintes indicadores de qualidade física do solo: conteúdo de água retido na capacidade de campo a 80 hpa para solos textura arenosa e 100 hpa textura argilosa (θ CC ); conteúdo de água retido no ponto de murcha permanente a hpa (θ PMP ); porosidade de aeração mínima de 10% ou 0,10 m 3 m -3 (θ PA ); e conteúdo de água em que a resistência do solo à penetração atinge valores de 2,0 a 3,5 MPa (Tabela 1), dependentes da cultura e sistema de manejo de solo (Silva et al., 1994; Petean, 2007; Tormena et al., 2007). Independentemente do valor crítico da resistência do solo à penetração a ser utilizado, a densidade do solo correlacionará positivamente com a densidade do solo e negativamente com o conteúdo de água no solo (Silva et al., 1994, Tormena et al., 1998; Fidalski, 2004; Cavalieri et al., 2006; Petean, 2007; Tormena et al., 2007; Blainski et al., 2008, 2009). 5

6 O valor do IHO é calculado a partir dos conteúdos de água no solo de cada um dos quatro indicadores (Wu et al., 2003), para cada valor de densidade do solo (Figura 2): Se θ PA θ CC e θ RP θ PMP então IHO=θ CC -θ PMP ; Se θ PA θ CC e θ RP θ PMP então IHO=θ CC -θ RP ; Se θ PA θ CC e θ RP θ PMP então IHO=θ PA -θ PMP ; Se θ PA θ CC e θ RP θ PMP então IHO=θ PA -θ RP. O IHO é um indicador estrutural do solo mais sensível do que a água disponível (AD=θ cc -θ PMP ) (Tormena et al., 1998, Fidalski, 2004). A adaptação das duas figuras elaboradas por Araujo et al. (2004) ilustra didaticamente os conceitos de AD e IHO para diferentes uso e manejo do solo (Figura 2). 0,40 Água no solo (m 3 m -3 ) 0,30 0,20 0,10 IHO=AD Floresta IHO Cultivo Dsc. θpa. θcc.. θpmp θrp 0,00 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 Densidade do solo (kg dm -3 ) Figura 2. Conteúdo de água em função da densidade de um Latossolo Vermelho distrófico em floresta e culturas anuais. Água Disponível (AD), Intervalo Hídrico Ótimo (IHO), densidade do solo crítica (Dsc), conteúdo de água retido na capacidade de campo a 100 hpa (θ CC ), conteúdo de água retido no ponto de murcha permanente a hpa (θ PMP ), porosidade de aeração mínima de 10% ou 0,10 m 3 m -3 (θ PA ) e conteúdo de água em que a resistência do solo à penetração atinge 2 MPa (θ RP ). A área hachurada corresponde a AD e/ou IHO. Maringá (Adaptado de Araujo et al., 2004). O solo sob floresta apresentou condições físicas de solo adequadas, no qual a AD foi igual ao IHO para os valores de densidade do solo entre 1,30 e 1,53 kg dm -3 (Figura 2). Contudo, o cultivo desse solo com milho, aveia, sorgo, soja e mandioca, reduziu a qualidade estrutural do solo expressa pelo IHO menor do que a AD, a partir da 6

7 densidade solo de 1,56 kg dm -3, em razão da resistência do solo à penetração, a qual foi acentuada a partir da densidade do solo de 1,72 kg dm -3, pela redução da porosidade do solo, convergindo para o valor nulo do IHO, na densidade do solo de 1,86 kg dm -3, que corresponderia a densidade crítica desse solo sob cultivo (Dsc). A Dsc é numericamente maior em razão do teor de argila das diferentes classes de solo do Estado do Paraná (Tabela 1). A água no solo a ser utilizada para o desenvolvimento e produção das plantas em função da densidade de cada classe de solo, é limitada primeiro pela resistência do solo à penetração (θ RP ), seguida pela porosidade de aeração (θ PA ) (Tabela 1). Esses resultados explicam possíveis equívocos entre resistência do solo à penetração e compactação do solo. O efeito da resistência do solo à penetração diminui com o aumento do conteúdo de água no solo (precipitações pluviais ou irrigação) ou pela redução da densidade do solo (rotação de culturas ou escarificação). MANEJO DA QUALIDADE FÍSICA DO SOLO O aumento de água do solo para as plantas, maior IHO, poderá ser viabilizado com práticas de manejo do solo que diminuem a resistência do solo à penetração e aumentem porosidade do solo, para o mesmo valor de densidade do solo, ou reduzem a freqüência de pontos com menores valores de densidade do solo. O IHO aumentou quando o consórcio de forrageiras de inverno (aveia e azevém) foi mantido com altura de pastejo superior a 7 cm de altura (Petean, 2007); em plantio direto com rotação de cultura de inverno (Tormena et al., 2007); com o preparo mínimo do solo para o cultivo de mandioca (Cavalieri et al., 2006); e em entrelinhas de pomar de laranja que foram mantidas vegetadas permanentemente com gramínea mato-grosso ou batatais Paspalum notatum (Fidalski, 2004). ESCARIFICAÇÃO DO SOLO A escarificação do solo em sistemas de plantio direto e na entrelinha de pomar de laranja tem reduzido temporariamente os efeitos da compactação do solo (Tormena et al., 2007; Bordin et al., 2005). Não se justifica a sua utilização quando se utiliza rotação de culturas para o plantio direto (Tormena et al., 2007) e a manutenção de vegetação permanente na entrelinha do pomar de laranja (Fidalski et al., 2007a, 2009). 7

8 Tabela 1. Densidade do solo crítica (Dsc) correspondente ao Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) igual a zero para amplitudes de densidade do solo (Ds), com restrições impostas pela resistência do solo à penetração [(Ds (θ RP )] e/ou pela porosidade de aeração mínima de 10% ou 0,10 m 3 m -3 [Ds (θ PA )], para diferentes classes de solos, com teores variáveis de argila em diversos sistemas de manejo, para os limites de capacidade de campo (CC) resistência do solo à penetração (RP) e ponto de murcha permanente ( hpa), em diferentes municípios do Estado do Paraná. Dsc Ds Ds (θ RP ) Ds (θ PA ) Argila CC RP Município (g dm -3 ) (g kg -1 ) (hpa) (MPa) Latossolo Vermelho distroférrico textura muito argilosa (0-7,5 cm ) Integração lavoura-pecuária sob aveia e azevém mantida com 7 cm de altura (Petean, 2007) 1,24 1,19-1,44 1,19 1, ,5 Campo Mourão Latossolo Vermelho distroférrico textura muito argilosa (0-15 cm) Plantio direto sob sucessão de culturas (Tormena et al., 2007) 1,30 1,04-1,36 1,04 1, ,5 Campo Mourão Nitossolo Vermelho distroférrico textura muito argilosa (0-20 cm) Feijão sob irrigação (Blainski et al., 2009) 1,40 1,11-1,47 1,11 1, ,0 Maringá Latossolo Vermelho distrófico textura média (0-15 cm) Mandioca sob plantio convencional (Cavalieri et al., 2006) 1,65 1,31-1,77 1,48 1, ,5 Araruna Latossolo Vermelho distrófico textura média (0-20 cm) Laranja sob o rodado da entrelinha (Negro, 2003) 1,69 1,67-1,82 1,67 1, ,0 Alto Paraná Argissolo Vermelho distrófico latossólico textura arenosa (0-15 cm) Laranja com leguminosa amendoim forrageiro na entrelinha (Arachis pintoi) (Fidalski,2004) 1,78 1,51-1,78 1, ,0 Alto Paraná 8

9 PRODUTIVIDADE FÍSICA DO SOLO A produtividade física do solo é definida como a relação entre indicadores físicos do solo e a produção das culturas (Verma & Sharma, 2008). Neste sentido, o IHO tem se tornado um indicador da produtividade de trigo nas EUA e Índia, nos quais a produção dessa cultura é crescente em função do maior IHO (Sharma & Bhushan, 2001; Benjamin et al., 2003; Verma & Sharma, 2008). A produção de laranja Pêra não foi dependente do IHO (p 0,10, teste t) sob o rodado e o entrerrodado da entrelinha de um pomar em um Argissolo Vermelho distrófico textura arenosa/média (Figura 3), atribuída a melhor qualidade física do solo proporcionada pelo manejo da entrelinha com a grama mato-grosso ou batatais Paspalum notatum (Fidalski et al., 2007a). Contrariamente, a produção de laranja foi dependente do IHO (p 0,10, teste t) sob o rodado da entrelinha com a leguminosa amendoim forrageiro (Arachis pintoi), e sob o rodado e o entrerrodado da entrelinha com vegetação espontânea manejada com herbicida, caracterizada pela menor taxa de cobertura do solo. A condutância estomática das folhas da laranjeira Pêra dependeu dos conteúdos de água da camada subsuperficial de textura média, manejada com a leguminosa no centro da entrelinha, e o potencial da água nas folhas da laranjeira foi dependente dos conteúdos de água na camada superficial arenosa, sob o manejo da gramínea no centro da entrelinha (entrerrodado) e no limite da projeção da copa das laranjeiras (Fidalski et al., 2008b). EVOLUÇÃO DOS INDICADORES DE QUALIDADE FÍSICA DO SOLO Paralelamente ao desenvolvimento de qualidade física do solo (Doran & Parkin, 1994; Karlen et al., 1997; Karlen et al., 2001, 2003), inúmeros indicadores para avaliar a qualidade física do solo foram propostos, os quais estão sendo utilizados em diferentes sistemas de manejo de solos paranaense: índice S (Dexter, 2004; Fidalski & Tormena, 2007b), resistência tênsil e friabilidade de agregados do solo (Tormena et al., 2008a,b), capacidade de armazenamento de água no solo (Fidalski & Tormena, 2007b; Fidalski et al.,2009) e taxa de estratificação de carbono orgânico do solo (Tormena et al., 2004; Fidalski et al, 2007a). Schaffrath et al. (2008) obtiveram semivariogramas cruzados entre a densidade do solo e a porosidade total ou a capacidade de campo, os quais caracterizaram correlação espacial com menor variabilidade espacial e maior alcance no plantio direto, comparado ao preparo convencional. 9

10 a) 250 r = -0,15 (p = 0,73) r = -0,38 (p = 0,39) ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Produção (kg planta -1 ) b) r = 0,73 (p = 0,04) r = 0,04 (p = 0,93) 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 c) 250 r = 0,75 (p = 0,02) r = 0,59 (p = 0,10) ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 IHO (m 3 m -3 ) Figura 3. Produção de laranja Pêra 2003/04 (Auler et al., 2008) em função do Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) quantificado em 2003 (Fidalski, 2004) nas posições de amostragem rodado ( ) e entrerrodado ( ), para os tratamentos gramínea (a), leguminosa (b) e vegetação espontânea (c). Correlações de Pearson (r) e probabilidade (p) pelo teste t. 10

11 REFERÊNCIAS ARAUJO, M.A., TORMENA, C.A.; SILVA, A.P. Propriedades físicas de um Latossolo Vermelho distrófico cultivado e sob mata nativa. R. Bras. Ci. Solo, Viçosa, v.28, n.2, p , AULER, A.P.M. ; FIDALSKI, J.; PAVAN, M.A.; NEVES, C.S.V.J. Produção de laranja Pêra em sistemas de preparo do solo e manejo nas entrelinhas. R. Bras. Ci. Solo, Viçosa, v.32, n.1, p , BALL, B.C.; BATEY, T.; MUNKHOLM, L.J. Field assessement of soil structural quality: a development of the Peerlkamp test. Soil Use and Manangement, v.23, p , BENGOUGH, A.G.; MULLINS, C.E. Mechanical impedance to root growth: a review of experimental techniques and root growth responses. J. Soil Sci., Oxford, v.41, n.3, p , BENJAMIN, J.G.; NIELSEN, D.C.; VIGIL, M.F. Quantifying effects of soil conditions on plant growth and crop production. Geoderma, Amsterdam, v.116, p , BLAINSKI, É.; TORMENA, C.A.; FIDALSKI, J.; GUIMARÃES, R.M.L. Quantificação da degradação física do solo por meio da curva de resistência do solo à penetração. R. Bras. Ci. Solo, Viçosa, v.32, n.3, p , BLAINSKI, E.; GONÇALVES, A.C.A.; TORMENA, C.A.; FOLEGATTI, M.V.; GUIMARÃES, R.M.L. Intervalo hídrico ótimo num Nitossolo Vermelho distroférrico irrigado. R. Bras. Ci. Solo, Viçosa, v.33, n.2, p , BORDIN, I.; NEVES, C.S.V.J.; AIDA, F.T.; SOUZA, W.R.; DAVOGLIO JUNIOR, A.C.; FURLANETO, T.L.R.; TAVARES FILHO, J. Sistema radicular de plantas cítricas e atributos físicos do solo em um Latossolo argiloso submetido à escarificação. Ci. Rural, Santa Maria, v.35, n.4, p , BOUMA, J. Using soil survey data for quantitative land evaluation. In: STEWART, B. A. (Ed.). Adv. Soil Sci., New York: Springer-Verlag, v.9, p , CAVALIERI, K.M.V.; TORMENA, C.A.; VIDIGAL FILHO, P.S.; GONÇALVES, A.C.A.; COSTA, A.C.S. Efeitos de sistemas de preparo nas propriedades físicas de um Latossolo Vermelho distrófico. R. Bras. Ci. Solo, Viçosa, v.30, n.1, p , CURI, N. (Coord.). Vocabulário de ciência do solo. Campinas: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, p. DEXTER, A.R. Soil physical quality: Part I. Theory, effects of soil texture, density, and organic matter, and effects on root growth. Geoderma, Amsterdam, v.120, n.3/4, p , DIAS JUNIOR, M.S. Compactação do solo. In: Tópicos de Ciência do Solo. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, v.1, p.55-94,

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