O que é SOLO. Conceito FÍSICO de solo 21/11/2011. Qual a função de um solo ideal COMO DEVE SER A ESTRUTURA DE UM SOLO PARA PRODUÇÃO AGRÍCOLA?

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1 Universidade Federal de Santa Maria Centro de Ciências Rurais Departamento de Solos O que é SOLO Propriedades físicas do solo Eracilda Fontanela Prof. José Miguel Reichert Santa Maria, junho de 1 2 Conceito FÍSICO de solo COMO DEVE SER A ESTRUTURA DE UM SOLO PARA PRODUÇÃO AGRÍCOLA? Meio poroso Não rígido Partículas com complexidade de forma, tamanho e estrutura mineralógica e algumas partículas finitamente divididas de maneira a apresentar uma grande área superficial Minerais e partículas orgânicas são intimamente ligadas, formando vários tipos de agregados 3 4 Qual a função de um solo ideal Importante: Entender, medir e manejar Solos sob floresta Solos agrícolas Bom armazenador de calor; Ambiente físico do solo = ambiente ecológico de plantas Boa aeração e retenção de água; Pouca resistência mecânica ao crescimento radicular. Produtividade Nutrientes Biologia do solo 6 1

2 Textura, mineralogia, Grau de desenvolvimento do perfil, Agentes cimentantes, Estrutura, Coloração, Topografia. Lavração, plantio, adição fertilizantes Irrigação/ drenagem Chuvas Estrutura Densidade do solo Agregação Tamanho de poros Caract. perfil Água, Aeração, Temperatura, Resistência mecânica. Quantidade de água Radiação Crescimento e Desenvolvimento de Plantas 7 8 Como avaliar o solo Parâmetros Físicos do Solo CHEMISTRY 9 Área superficial específica Consistência do solo Agregação do solo Densidade do solo Densidade de partículas Porosidade do solo Resistência à penetração Outras 11 DEFINIÇÃO É a proporção relativa das classes de tamanho de partículas (granulometria ou distribuição de tamanho de partículas) de um solo. Areia OBJETIVO separar as frações constituintes do solo (areia, silte e argila) de acordo com o seu diâmetro. Argila FINALIDADE Classificação dos solos. Zoneamento agrícola. Silte 12 2

3 CLASSES DE TAMANHO Fração Granulométrica Diâmetro das partículas (mm) Matacão >0 Calhau -0 Cascalho -2 Areia grossa 2-0,2 Areia fina 0,2-0,0 Silte 0,0-0,002 Sociedade Internacional de Ciência do Solo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos Administração Pública de Estradas dos Estados Unidos Argila Silte Fina Areia Grossa Cascalho 0,002 0,02 0,2 2,0 0,002 0,0 0, 0,2 0, 1,0 2,0 Muito Muito Fina Média Grossa fina grossa Argila Silte Cascalho Areia Argila Silte Fina Areia Grossa 0,00 0,0 0,2 2,0 Diâmetro de partícula (mm, escala logarítimica) Cascalho Argila < 0, 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? 1 16 Grau de intemperismo TEXTURA - Solos jovens - Solos velhos Influência da - Retenção e disponibilidade de nutrientes: - Retenção e disponibilidade de água; - Infiltração de água e condutividade hidráulica; - Aeração do solo; - Basalto -Argilito -Granito -Arenito Material de origem - Agregação do solo; - Temperatura do solo; - Suscetibilidade do solo à compactação; - Facilidade de mecanização; 17 - Erodibilidade. 18 3

4 Determinação em laboratório: análise laboratório Destorroamento Peneiramento Peneira de 2m m granulométrica a campo: pela sensação que o solo molhado e amassado oferece ao tato 19 Amostra Seca ao Ar Tapete de B orracha Terra Fina Seca ao Ar (TFSA) TFSA Balança Determinação da areia Agitador Determinação de Argila Lei de Stokes 2 h d g D V = p D f t 18 na qual: V= velocidade de queda (cm s -1 ) d = diâmetro de partículas efetivo; h = distância; t = tempo; g = aceleração da gravidade = 9,81 Newton por quilograma (9,81 N/kg); = viscosidade da água a C = 1/00 Newton segundos por m 2 ( 3 Ns/m 2 ); Dp = densidade das partículas sólidas, para muitos solos = 2,6 x 3 kg/m 3 ; Df = densidade do fluido (água) = 1,0 x 3 kg/m 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 Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso Argila Sensação sedosidade, plástico, pegajoso 23 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 partículasem cada um destessolos. 24 4

5 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 2 Fonte: Brady, 1983 Relação entretamanho departículae tipo de mineralpresente. _O quartzo é dominantenafração areia e em frações mais grosseiras desilte. _Silicatos primários como o feldspato, hornblenda e mica estão presentes na areia e em menoresquantidadesnafração silte. _Minerais secundários, como óxidos de ferro e alumínio, são predominantes na fração siltede menordiâmetro e na fração argila mais grosseira. 26 Os solos podem ser agrupados em 13 classes texturais - TRIÂNGULO TEXTURAL very clay Ex: 42% argila 6% silte 2% areia 33% argila Classe textural FRANCO ARGILOSA % silte clay 27 27% areia 28 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 29 Área Superficial Específica ASE

6 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. 31 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. 32 Relacionada com Área superficial específica Área superficial específica 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 rapidamenteà medidaquese aproximam dadimensão coloidal CONSISTÊNCIA DO SOLO 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

7 COESÃO: atração entre partículas de mesma natureza (S-S) devido a: Atração eletrostática entre superfícies Atração molecular (Van der Walls) Materiais coloidais CONSISTÊNCIA DO SOLO f = {ASE, H 2 O, distância, orientação} Estado de umidade Teores de água Formas de consistência UMIDADE Seco Úmido Molhado Equilíbrio com o ar CONSISTÊNCIA DO SOLO Umidade equivalente Capacidade de campo Acima da capacidade de campo Tenaz Friável Plástica Aderente ou pegajosa LP SECO ÚMIDO MOLHADO LL MUITO MOLHADO Predomínio da fase líquida Fluída ADESÃO: atração entre partículas de natureza distinta (L-S) devido a: Tensão superficial d água (há necessidade ar) 37 FORMA DE CONS. dureza friabilidade plasticidade Pegajosidade COESÃO ADESÃO FORÇA 38 CONSISTÊNCIA DO SOLO SOLO SECO - não há adesão e a coesão é máxima - DUREZA SOLO ÚMIDO - a coesão e a adesão. As duas forças ocorrem depende CONSISTÊNCIA DO SOLO 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 Textura: em solo argiloso Mineralogia: em 2:1 Ex.: Vertissolo x Latossolo MO: em solo argiloso, em solo arenoso Estrutura: com a agregação SOLO SATURADO - FLUIDEZ 39 CONSISTÊNCIA DO SOLO condiciona Condições de preparo e cultivo do solo - APLICAÇÃO PRÁTICA Resistência à penetração raízes Estrutura (estabilidade de agregados) Erodibilidade Estrutura do solo

8 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. Estrutura X Textura M O Água e nutrientes % 34% Ar 16 % SOLO IDEAL Minerais 4 % 43 Fonte: Brady, 1983 Solo desestruturado (esquerda) e solo bem granulado (direita). Raízes de plantas e especialmente húmus são fatores principais na granulação do solos. 44 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 otipo otamanho ograu de desenvolvimento 2. Manejo do Solo opotencial ou capacidade de uso do solo 4 46 ESTRUTURA DO SOLO relaciona-se com: Aeração Densidade e porosidade do solo Resistência mecânica à penetração Infiltração de água e selamento superficial Tipos de estrutura esferoidal placa bloco angular bloco subangular colunar prismática

9 COMO SE FORMAM OS AGREGADOS? 1 ) Aproximação entre as partículas: - floculação da argila - Desidratação ou secamento do solo: aproxima partículas - raízes: desidratação e pressão sobre as partículas COMO SE FORMAM OS AGREGADOS 2 ) Estabilização: agentes cimentantes - quantidadede argila e de cátions - forças eletrostáticas (Van der Walls) - MO. (polissacarídeos, ac. húmicos ) - microrganismos: ação mecânica (hifas de fungos) e produção de compostosorgânicos - organismos: minhocas (coprólitos) 49 - vegetação: ação mecânica das raízes e fonte de material orgânico na superfície 0 Formação dos agregados 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 1 Estabilidade de agregados 2 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. 3 ESTABILIDADE DE AGREGADOS Objetivo: avaliar a estrutura do solo, pois a estrutura pode ser o resultado da agregação das partículas primárias (areia, silte e argila) e mais outros componentes do solo como matéria orgânica, calcário e sais. A metodologia consiste em passar os agregados por um conjunto de peneiras com diâmetros decrescentes e quantificar as frações retidas. 4 9

10 ESTABILIDADE DE AGREGADOS Pode-se determinar a distribuição do tamanho de agregados estáveis em água e a seco. Taxas de aumento da agregação Sistema de manejo Sistema de cultura Através dessa determinação pode-se obter a distribuição do tamanho dos agregados, a estabilidade de agregados, o DMP e DMG. Degradação estrutural Recuperação da estabilidade estrutural Melhoria estrutural Pelo menos 2x mais rápida em solos arenosos do que argilosos 6 DENSIDADE Densidade DO do solo SOLO (Ds) -Representa a relação entre a massa do solo seco e o seu volume; Densidade do solo - No volume leva em consideração os sólidos e os poros do solo; -É um indicativo da qualidade estrutural do solo; 7 8 DENSIDADE DO SOLO (Ds) Objetivo: avaliar a estrutura do solo pela relação entre massa e volume de solo. Massa de solo seco Ds= g cm Volume do anel -3 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. 9 Relação com TEXTURA DENSIDADE DO SOLO (Ds) Solos arenosos ds = 1,2 a 1,8 g cm -3 restritivo às raízes: ds = 1,6 g cm -3 Solos argilosos ds = 1,0 a 1,6 g cm -3 restritivo às raízes: ds = 1,4 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 Revolvimento: densidade 60

11 DENSIDADE DO SOLO (Ds) Usada para Calcular PT Calcular massa solo da camada arável Avaliar alterações na estrutura e porosidade Converter massa H 2 O a volume H 2 O 61 Ds em diferentes profundidades em um Argissolo Vermelho distrófico, sob dois tipos de uso. Mata DENSIDADE DO SOLO (Ds) 0 0 Densidade, Mg m Lavoura (SPC) 62 DENSIDADE DO SOLO (Ds) Densidade de partículas DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp) DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp) Expressa a relação entre a massa e o volume que ocupam as partículas do solo, abstraindo o volume dos poros. A Dp é afetada pela: - Textura; - Mineralogia; - Matéria orgânica. Ao contrário da densidade do solo, a amostra utilizada pode estar alterada. 6 Objetivo: avaliar o volume de sólidos do solo, sem considerar a porosidade. É utilizada para caracterizar o solo, calcular a porosidade total do solo 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

12 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 -Proporção percentual de poros em relação ao volume de solo. -Poros: representam os espaços vazios do solo (ocupado por ar ou água). POROSIDADE DO SOLO Objetivo: avaliar a quantidade e a natureza dos poros existentes no solo. -Representam o sistema circulatório do solo: -Estão diretamente ligados a: -Infiltração de água no solo; -Retenção de água; -Drenagem do solo; -Aeração do solo (trocas gasosas) -Crescimento de raízes. 69 A metodologia consiste em coleta de amostra de solo com estrutura preservada, saturação da amostra, aplicação de tensão de 60 cm de coluna da água e secagem em estufa a o C. 70 POROSIDADE DO 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 IDEAL Macroporosidade = 1/3 do volume dos poros Microporosidade = 2/3 do volume dos poros

13 Microporos 38,0% Mato POROSIDADE DO SOLO Macroporos 2,0% Sólidos 37,0% Latossolo Roxo (> 60% argila) Microporos,0% Sólidos 41,0% 4 anos PC Macroporos 19,0% Microporos,0% Sólidos 47,0% 0 anos PC Macroporos 13,0% 73 Solo: Latossolo Densidade, Mg m Cerrado: vegetação natural 3 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 decumbenshá anos Pinus Pasto Eucalipto Milho Mata Cerrado Fonte: Cavenage et al., Micro Macro Porosidade total Camada 0- cm 0% 38% 44% % % 33% 12% Cerrado 14% Mata - cm: 38% 8% - cm: 11% Pastagem Resistência do solo à penetração 26% % % % 47% 36% 9% 14% % Eucalipto Pinus - cm: 4% Milho Fonte: Cavenage et al., Resistência à penetração Resistência à penetração Força que a raiz precisa para penetrar no solo Umidade Densidade Resistência à penetração Crescimento radicular

14 Resistência à penetração Relação da resistência do solo apresentada por Silva et al. (04) demonstra que o valor crítico ou restritivo não funciona de maneira abrupta cessando o crescimento, porém indica que os valores críticos de resistência do solo largamente usados como referência não estão muito distantes Valores de crescimento de plantas com a variação de resistência à penetração em solo sob plantio direto (PD) e convencional (PC). Fonte: Silva et al. (04) Pinus MPa MPa 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., Estaleiro Pinus MPa MPa , 0 17, 3 Distância, cm pneu pneu MPa Pinus MPa MPa 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., Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) e no estaleiro (direita). Fonte: Cechin et al., 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

15 Conversão de área de mata em lavoura Qualidade ambiental DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA Compactação Erosão Atividade biológica Trocas gasosas Degradação ambiental 8 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 86 Causas da degradação da estrutura DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA 87 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 88 Degradação da estrutura = impacto ambiental Relações dos propriedades físicas com o rendimento de plantas 89 Rendimento relativo (%) Argissolo Latossolo Grau de compactação (%) Relação entre grau de compactação e rendimento relativo. Fonte: Suzuki,

16 Solo muito solto Sem estrutura Muitos torrões Baixa retenção de água Contato solosemente deficiente Contato solo-raiz deficiente Suscetibilidade da cultura à seca Relações das propriedades físicas com o rendimento de plantas Solo bem estruturado Boa aeração Boa retenção de água Boa infiltração de água Diminuição de riscos da cultura à seca Solo compactado Estrutura degradada Baixa aeração Suscetibilidade da cultura à seca Restrições ao crescimento radicular Baixa infiltração de águaescorrimento superficial 91 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)