QUALIDADE DO SOLO Profa. Nerilde Favaretto Notas de aula- AL 323-Recursos Naturais Renováveis- Universidade Federal do Paraná Departamento de Solos e Engenharia Agrícola
IMPORTÂNCIA DE SE ESTUDAR A QUALIDADE DO SOLO - serve de fundação a todos os ecossistemas terrestres; - recurso natural não renovável ; - as atividades do homem estão destruindo os solos mais rápido do que a natureza pode reconstruir - praticamente todos os solos melhor adaptados ao cultivo no planeta estão em uso; - o crescente aumento populacional faz com que a quantidade de terra por pessoa continuamente vá declinando; - interfere na qualidade da água e quantidade de água disponível
DEFINIÇÃO DE QUALIDADE DO SOLO (DORAN & PARKIN, 1994) capacidade de funcionar dentro dos limites do ecossistema, para : - sustentar a produtividade biológica - manter a qualidade ambiental - promover a saúde vegetal, animal e humana
OUTRAS DEFINIÇÕES DE QUALIDADE DO SOLO USDA (1999) habilidade do solo de desempenhar suas funções básicas
Função do solo Crescimento plantas FUNÇÕES BÁSICAS DO SOLO Característica da função Prover meio adequado à germinação de sementes e crescimento de raízes Mostrar ausência de adversidade química (acidez, salinidade, sodicidade) Suprir o balanço de nutrientes Regular fluxo água Regular fluxo gases Regular fluxo energia Tamponar ou filtrar Prover meio favorável para o crescimento de microrganismos Promover o crescimento e o desenvolvimento de raízes Receber, reter e liberar água para as plantas Reter adequadamente a água para tamponar e reduzir o efeito de estiagens Prover adequada infiltração e capacidade de armazenamento de água Receber, reter e liberar gases Possuir condições adequadas para a troca de ar com a atmosfera Armazenar a matéria orgânica rica em energia Decompor, mineralizar e reciclar nutrientes e energia Receber, reter e liberar nutrientes Seqüestrar elementos biotóxicos
QUALIDADE DO SOLO X SAÚDE DO SOLO? (usualmente usado como sinônimo) Pesquisadores preferem qualidade do solo enquanto produtores preferem saúde do solo Alguns preferem o termo saúde do solo porque refere o solo como um organismo vivo e dinâmico e não simplesmente como uma mistura de silte, areia e argila.
QUALIDADE DO SOLO X SAÚDE DO SOLO? a utilização do conceito de saúde do solo permite uma visão dos solos mais ampla, como o componente chave para, de forma sustentada, suportar todos os ecossistemas terrestres
QUALIDADE DO SOLO X SUSTENTABILIDADE (Vezzani & Mielniczuk, 2009) produção de alimentos mantendo a capacidade do solo de cumprir suas funções Sustentabilidade agricola: Produtividade Seguranca Proteção Viabilidade Aceitabilidade
COMPONENTES DA QUALIDADE DO SOLO - Resistência: a capacidade de um solo de resistir à mudanças externas estimuladas por forças ou perturbações. - Resiliência: a capacidade de um solo de recompor-se das mudanças externas estimuladas por forças ou perturbações.
ATRIBUTOS DA QUALIDADE DO SOLO -Inerente: determinado por processos geológicos e de formação do solo (características básicas praticamente inalteráveis - textura, composição química, mineralógia, etc.) - Dinâmico: determinado por práticas de seu manejo (propriedades bastante modificáveis - estrutura, densidade do solo, matéria orgânica, etc.)
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DO SOLO (Vezzani & Mielniczuk, 2009) 3 linhas de pensamento: 1. Indicadores de QS 2. Matéria orgânica como IQS 3. Análise de processos
PRIMIERA LINHA DE PENSAMENTO INDICADORES DA QUALIDADE DO SOLO -não é possível medir todos os atributos do solo -é necessário estabelecer limites críticos quantitativos - escolha do indicador tarefa dificil
INDICADORES DA QUALIDADE DO SOLO - indicadores de qualidade do solo são necessários de modo que: a) abranjam a variação integral de seus atributos químicos, físicos e biológicos; b) reflitam suas funções; c) sejam fáceis de serem medidos para uma gama de usuários e de condições de campo; d) respondam a mudanças de clima e manejo
Textura do solo Principais atributos físicos utilizados como indicadores de qualidade do solo Aributos Informação Profundidade efetiva do solo Densidade do solo Porosidade Estrutura/Agregação Infiltração de água e condutividade hidráulica Teor de água (gravimétria ou volumetria) e curva de retenção de água no solo Retenção e transporte de água, nutrientes e químicos, suscetibilidade à erosão, estabilização da matéria orgânica e da estrutura do solo Disponibilidade de água e de nutrientes, volume de enraizamento para produção de culturas Volume de poros e compactação Armazenamento e mobilidade de água e gases, desenvolvimento radicular Suscetibilidade à erosão; transporte de água, nutrientes e químicos; Potencial de escoamento superficial (erosão) e drenagem subsuperficial (lixiviação) Água disponível às plantas, disponibilidade de ar e água, retenção e transporte de água e químicos
TEXTURA DO SOLO Proporção relativa das frações granulométricas Representa a fase sólida inorgânica (minerais do solo) TFSA (< 2 mm diametro) Frações granulométricas (tamanho das particulas) Areia silte argila Escalas de classificação granulométrica Escala americana (USDA) Escala internacional (ISSC) SBCS e EMBRAPA usam escala americana
SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA (Prevedello, 1996) FRAÇÕES USDA Diâmetro (mm) ISS Diâmetro (mm) Areia Muito Grossa 2-1 - Areia Grossa 1-0,5 2-0,2 Areia Média 0,5-0,25 - Areia Fina 0,25-0,10 0,2-0,02 Areia Muito Fina 0,10-0,05 - Silte 0,05-0,002 0,02-0,002 Argila < 0,002 < 0,002
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Métodos: densímetro ou pipeta
CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL DO SOLO Proporção das frações Classes texturais (triangulo de classe textural -SBCS) Grupamento de classe textural (EMBRAPA, 1999) (muito argilosa, argilosa, siltosa, média e arenosa) Determinação da textura no campo ( tato) areia (aspereza) silte (sedosidade) argila (plasticidade e pegajosidade) proporção das fraçoes areia, silte e argila triangulo de classes ou grupos de textura metodologia de campo: Lepsch (1991)
TRIÂNGULO PARA DETERMINAÇÃO DA CLASSE TEXTURAL (Lemos & Santos, 1996)
TRIÂNGULO PARA GRUPAMENTO DE CLASSES DE TEXTURA (EMBRAPA, 1999).
DENSIDADE DO SOLO OU DENSIDADE APARENTE Definição: Ds = Ms/V, onde: Ds = densidade do solo (g cm -3 ) Ms = massa do sólido (solo seco) (g) V = volume total do solo (cm 3 ) Unidades: g cm -3 ; kg dm -3 ; kg m -3 ; Mg m -3 Determinação: Método do anel volumétrico Coleta de amostra indeformada num anel volumétrico Secagem a 105 C (peso seco) Determinação da massa solo seco Cuidados na coleta: presença de pedra, compactação da amostra Método do torrão parafinado Coleta de um torrão de solo Impermeabilização com parafina Determinação do volume pelo deslocamento de água Secagem a 105 C (peso seco)
RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE DO SOLO PARA CRESCIMENTO RADICULAR BASEADO NA TEXTURA DO SOLO (USDA, 1999) Textura DS do solo ideal (g/cm 3 ) DS que pode afetar crescimento radicular (g/cm 3 ) DS que restringe o crescimento radicular (g/cm 3 ) Areia, areia franca < 1,6 1,69 > 1,80 Franco arenosa, franca < 1,4 1,63 > 1,80 Franco argilo arenosa, franca, franco argilosa < 1,4 1,60 > 1,75 Silte, franco siltosa < 1,3 1,60 > 1,75 Franco siltosa, franco argilo siltosa Argila arenosa, argila siltosa, franco argilosa (35-45% argila) < 1,1 1,55 > 1,65 < 1,1 1,49 > 1,58 Argilosa (> 45% argila) < 1,1 1,39 >1,47
POROSIDADE TOTAL Representa o volume do solo ocupado pelo ar e água Pt = [(Var+Vw)/V] x 100 onde: Pt = porosidade total (%) Var =volume do ar (cm 3 ) Vw = volume da água (cm 3 ) V = volume total (cm 3 ) Determinação : Pt = [1 - (Ds/Dp)] 100 onde: Pt = porosidade total (%) Ds = densidade do solo (g/cm 3 ) Dp = densidade de partículas (g/cm 3 ) Solos arenosos: 35 a 50% Solos siltosos e francos: 30 a 55% Solos argilosos: 40 a 65%
DISTRIBUIÇÃO DE POROS POR TAMANHO MACROPOROSIDADE E MICROPOROSIDADE Microporosidade(poros < 50 mm) Retenção de água / armazenamento Determinação: pressão de 0,06 MPa (60 cm de altura) na mesa de tensão Macroporosidade Drenagem e aeração Determinação: diferença entre porosidade total e microporosidade Porosidade de aeração (Livre de água) Determinação: diferenca entre porosidade total e umidade volumétrica do solo Ideal de 10 a 15%
AGREGAÇÃO Agregação: agrupamento das partículas do solo Mistura de minerais do solo e material orgânico Separação macro e microagreagados (micro < 250 mm) Microagregados > estabilidade Determinação: Método por via úmida Separação em tamanhos de interesse Pesagem do solo seco ao ar Conjunto de peneiras (4 a 5 com diferentes malhas) Agitar as peneiras numa coluna contendo água Secar solo em cada peneira Pesar solo em cada peneira Índices de estabilidade: porcentagem em cada fração diamêtro médio ponderado (DMP) diâmetro médio geométrico (DMG)
Valores aceitáveis para estabilidade de agregados (> 0,25 mm) em % baseado no conteúdo de matéria orgânica e argila (USDA, 1999) Teor de matéria orgânica (%) Estabilidade de agregados (%) Teor de argila (%) Estabilidade de agregados (%) 0,4 53 5 60 0,8 66 10 65 1,2 70 20 70 2,0 75 30 74 4,0 77 40 78 8,0 81 60 82 12,0 85 80 86
INFILTRAÇÃO Entrada de água pela superfície do solo Taxa de infiltração refere-se a taxa na qual a água esta entrando no solo num dado momento (expressa em mm/h ou cm/h) Infiltração acumulada altura da lâmina de água penetrada no solo em um determinado momento (expressa em mm ou cm) Taxa de infiltração diminui com tempo Taxa infiltração final
DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO Método do anel cilindros de área conhecida são introduzidos no solo água adicionada lentamente (não formação de crosta) medição do volume de água pelo tempo vantagem: fácil e barato desvantagem: área pequena, variável Método do simulador de chuva aplicação de chuva (intensidade conhecida) medição do escoamento obtenção da infiltração por diferença vantagem: área grande, impacto da gota desvantagem: equipamento e tempo
Taxa de infiltração final típicos para grupos texturais em solo extremamente úmido (Hillel, 1982) Tipo de solo Taxa final de infiltração (mm/h) Areia 20,3 Arenoso e siltoso 10,2-20,3 Franco 5,08-10,2 Argiloso 1,01-5,08 Argiloso e sódico <1,01
Taxa de infiltração final e classe de infiltração (USDA, 1999) Taxa final de infiltração (mm/h) Classe de infiltração > 508 Muito rápida 152-508 Rápida 51-152 Moderadamente rápida 15-51 Moderada 5-15 Moderadamente lenta 1,5-5 Lenta 0,04-1.5 Muito lenta <0.04 Impermeável
UMIDADE DO SOLO Umidade Gravimétrica expressa relação entre a massa de água e a de solo seco (105 ºC) Assim: Ug = (Mw/Ms) x 100 Onde: Ug = umidade gravimétrica (% ou g/100g) Mw = massa da água (g) Ms = massa do solo seco (g) Umidade Volumétrica expressa relação entre a massa de água e o volume total da amostra. Assim: Uv = (Mw/V) x 100 Onde: Uv = umidade volumétrica (% ou cm 3 /100cm 3 ) Mw = massa da água (g) V = volume total (cm 3 )
DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO SOLO Umidade gravimétrica Peso de solo úmido e peso de solo seco (amostra deformada) Umidade volumétrica Peso do solo úmido, peso do solo seco e volume de solo Amostra indeformada (anel volumétrico) Calculo: Uv = Ug x Ds Onde: Uv = umidade volumétrica (% ou cm 3 /100cm 3 ) U = umidade gravimétrica (% ou g/100g) Ds = densidade do solo (g/cm 3 )
UMIDADE DE SATURAÇÃO Representa quantidade máxima de água no solo Relação entre o volume de água e o volume do solo Assim: Us = (Vw/V) x 100 Onde: Us = umidade de saturação (% ou cm 3 /100cm 3 ) Vw = volume da água (cm 3 ) V = volume total do solo (cm 3 ) Determinação da umidade de saturação volumétrica: coleta amostra indeformada com volume conhecido (anel) peso de solo saturado, peso do solo seco e volume do anel através do cálculo da porosidade total Pt=Us, onde: Pt= porosidade total Us=umidade de saturação volumétrica
CURVA DE RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO Representa a umidade do solo sob diferentes tensões (normalmente de 0,01 ate 1,5 MPa) Disponibilidade de água para as plantas entre a capacidade de campo e o ponto de murchamento permanente Capacidade de campo é definida como sendo a máxima quantidade de água que um solo é capaz de reter em condições normais de campo quando cessa ou diminui significativamente a drenagem Ponto de murchamento permanente representa o teor de água no solo no qual a planta sofre murcha e não recupera a turgescência normal das folhas, quando novamente colocada em ambiente de atmosfera saturada de vapor d água. Determinação em laboratório: Capacidade de campo: umidade sob tensão de 0,1 ou 0,33 bar (0,01 ou 0,033 MPa) Ponto de murcha: umidade sob tensão de 15 bars (1,5 mpa)
ph Principais atributos químicos utilizadas como indicadores de qualidade do solo Propriedade do solo Condutividade elétrica Acidez ou alcalinidade do solo, disponibilidade de nutrientes Presença e quantidade de sais solúveis N, P e K disponíveis Nutrientes disponíveis às plantas C e N orgânico Informação Reservas de matéria orgânica, ciclagem de nutrientes e estrutura do solo
Medidas de condutividade elétrica e classes de salinidade para suspensão solo:agua 1:1 (UDSA, 1999) Condutividade elétrica (ds/m) Classe de salinidade Resposta da cultura Resposta dos micrroganismos 0-0,98 Não salino Sem efeito Poucos microrganismos afetados 0,98-1,71 Muito pouco salino Restrito para culturas muito sensiveis 1,71-3,16 Pouco salino Restrito para a maioria das culturas Alguns processos microbiológicos alterados (nitrificação/desnitrificação) Maioria dos processos microbiológicos influenciados (respiração/ammonificação) 3,16-6,07 Moderadamente salino Somete para culturas tolerantes Miccorganismos tolerantes predominam (fungos e algumas bactérias) >6,07 Altamente salino Somente culturas muito tolerantes Muito poucos organismos estão ativos
Principais atributos biológicos utilizadas como indicadores de qualidade do solo Propriedade Método Informação N potencialmente mineralizável Biomassa microbiana Respiração do solo Incubação aeróbia ou anaeróbia Fumigação com clorofórmio seguida de incubação ou extração Medições in situ e em laboratório com analisador de gás de CO 2 Potencial de suprimento de N disponível às plantas Tamanho da população microbiana, pool da ciclagem rápida de matéria orgânica e nutrientes Disponibilidade das reservas da matéria orgânica, atividade microbiana
Indicadores Biológicos As recomendações de manejo direcionam para práticas que favoreçam a biologia do solo Organismos: os responsáveis pelas grandes transformações. Atualmente: reflexões em relação à QS parecem conduzir a indicadores biológicos. Refletem os processos, as transformações que estão mais intimamente relacionados às funções que o solo precisa exercer para ser considerado com qualidade. Indicadores sensíveis e preditores precoces de mudanças nos processos de dinâmica da MOS.
Conjunto mínimo de indicadores - Exemplo (Doran & Parkin, 1994) Disponibilidade de nutrientes C orgânico total e lábil Textura Água disponível para as plantas Densidade do solo Infiltração Condutividade hidráulica Profundidade efetiva ph Condutividade elétrica
Soil Quality test kit USDA (1999) http://soils.usda.gov/sqi/assessment/test_kit.html
KIT DE QUALIDADE DO SOLO Soil Quality test kit USDA (1999) - respiração do solo - infiltração de água - densidade do solo - condutividade elétrica - ph - nitrato - estabilidade de agregados - resistência do solo ao rápido umedecimento - presença de minhocas
Indice de qualidade do solo Exemplo de obtenção (Karlen e Stott, 1994)
Funções Específicas de Qualidade do Solo para a sua Função Principal de Resistir à Erosão Hídrica pela Água da Chuva e Respectivos Pesos Relativos (Karlen e Stott, 1994) Função específica Peso relativo 1. Facilitar a entrada de água no solo através de sua superfície 2. Facilitar o transporte e armazenamento de água no interior do solo 3. Resistir à degradação física pelos agentes erosivos 4. Sustentar o crescimento de plantas 50 10 35 5
Indicadores de qualidade para facilitar a entrada de água no solo através de sua superfície (peso 50) (Karlen e Stott, 1994) 1. Taxa de infiltração 1,0 Indicadores de qualidade para facilitar o transporte e armazenamento de água no interior do solo (peso 10) (Karlen e Stott, 1994) 1. Condutividade hidráulica 0,60 2. Macroporos 0,25 3. Porosidade 0,15 Indicadores de qualidade para resistir à degradação física (peso 35) (Karlen e Stott, 1994) 1. Estabilidade de agregados 0,80 2. Resistência ao cisalhamento 0,10 3. Textura do solo 0,05 4. Capacidade de transferência de calor 0,05
Indicadores de qualidade para sustentar o crescimento de plantas (peso 5) (Karlen e Stott, 1994) Nível I Peso 1. Profundidade de enraizamento 0,25 2. Relações de água 0,35 3. Relações de nutrientes 0,30 4. Barreiras químicas 0,10
Sugestão de Uma Nova Forma de Consideração da Qualidade do Solo para a sua Função Principal de Resistir à Erosão Hídrica Pluvial (Cogo et al., 2003) Função específica Peso 1. Resistir à degradação física por ação de impacto das gotas da chuva 2. Facilitar a entrada de água no solo através de sua superfície 3. Resistir à ação de cisalhamento do escoamento superficial (reduzir a velocidade da enxurrada) 4. Facilitar o transporte e armazenamento de água no interior do solo 45 35 10 10
Avaliação da qualidade do solo proposto por Karlen e Stott (1994) Considere a comparação entre um área de plantio direto e sistema convencional: Plantio direto: estabilidade de agregados > 4 mm = 80% Sistema convencional: estabilidade de agregados > 4 mm = 50%. Infiltração final no plantio direto é 45% superior ao sistema convencional (100% = 0,5). Os demais indicadores são considerados constantes Resistência a desagregação (peso 35) convencional = 0,8*0,5+0,2 = 0,60 plantio direto = 0,8*0,8+0,2 = 0,84 Facilitar entrada de água (peso 50) convencional = 1,0 * 0,5 = 0,50 plantio direto = 1,0 * 0,73 = 0,73 Facilitar o transporte de água (peso 10) Sustentar o crescimento (peso 5) Índice de qualidade do solo: convencional = (0,35 * 0,6) + (0,5 * 0,5) + (0,1 * 0,5) + (0,05 * 0,5) = 0,535 plantio direto = (0,35 * 0,84) + (0,5 * 0,73) + (0,1 * 0,5) + (0,05 * 0,5) = 0,734
SEGUNDA LINHA DE PENSAMENTO: Matéria orgânica como melhor indicador Reflete as funções e processos físicos, químicos e biológicos, que ocorrem no solo (Vezzani & Mieliczuk, 2009)
Relacionada a várias funções e processos físicos, químicos e biológicos: Fonte de nutrientes para animais e plantas Agregação / Estruturação do solo relação água e ar Retenção de nutrientes e compostos Retenção de poluentes Tampão ambiental Ciclagem de nutrientes Importância da MOS Sensível às condições ambientais e práticas de manejo agrícola. Seqüestro de C: reservatório de C Indicador ideal para avaliar Qualidade do Solo
TERCEIRA LINHA DE PENSAMENTO ANÁLISE DE PROCESSOS Considera o funcionamento do sistema solo Solo inserido no sistema solo-planta Propõe a medição de processos essenciais que ocorrem no solo por exemplo: - relação entre minerais, plantas e organismos edáficos
BIBLIOGRAFIA BRADY, N.C. The nature and properties of soils. 10 ed. New Jersey. Ed Prentice Hall, 1990. 621p. COGO, N.P.; LEVIEN; R.; VOLK, L.B. da S. Indicadores de qualidade do solo: uma abordagem conceitual e ilustrativa com ênfase nos aspectos de erosão hídrica e de mecanização tratorizada. In: Anais do Congresso Brasileiro de Ciência do Solo. Ribeirão Preto, SBCS, 2003. 35p. (CD-ROM) LAL, R. (ed.). Soil quality and soil erosion. Boca Raton, CRC press, 1999. 329p. MORAES, M.H.; MULLER, M.M.L.; FOLONI, J.S.S. (Coord.) Qualidade física do solo: métodos de estudo sistemas de preparo e manejo do solo. Jaboticabal, FUNEP, 2002. KARLEN, D.L.; STOTT, D.E. A framework for evaluating physical and chemical indicators of soil quality. In: DORAN, J.W.; COLEMAN, D.C.; BEZDICEK, D.F.; STEWART, B.A. (eds.) Defining soil quality for a sustainable environment. Madison, Soil Science Society of America/American Society of Agronomy, 1994. p.53-71. (SSSA Special Publication, 35) VEZZANI, F. & MIELNICZUK, J. Um avisão sobre qualidade do solo. Revista Brasileira de Ciencia do solo. 33:743-755, 209 USDA. Soil quality test kit guide. Auburn, USDA-Soil Quality Institute, 1999. 81p.
QUESTÕES SOBRE QUALIDADE DE SOLO 1) Defina qualidade do solo e descreva suas funções. 2) Qual a importância de se avaliar a qualidade do solo e qual a relação com sustentabilidade agrícola. 3) Quais as três linhas de pensamento sobre avaliação da qualidade do solo. Explique-as resumidamente. 4) Descreva sobre a importância da matéria orgânica do solo como indicador de qualidade do solo. 5) O que de se levar em consideração na busca de indicadores de qualidade, ou seja, quais os critérios que se deve considerar na definição de um conjunto de indicadores de qualidade do solo. 6) Quais os principais indicadores de qualidade do solo e qual a importância de cada um deles, ou seja, qual informação este indicador nos fornece. 7) Qual o conjunto mínimo de indicadores sugerido por Doran & Parkin (1994) e quais os indicadores de qualidade do solo que fazem parte do Kit de Qualidade do Solo 8) A textura do solo não é um indicador do Kit QS porem é importante na interpretação dos resultados. Através da análise granulométrica se obtém a textura. Considerando que a partir de uma amostra de 25 gramas de solo obteve-se 12 g de argila e 8 g de areia. Calcule o teor de areia, silte e argila em g/kg e determine a textura deste solo. 9) A densidade do solo envolve a coleta de amostra indeformada de solo em um volume conhecido. Calcule a densidade do solo da seguinte condição e interprete os resultados considerando os dados do kit de qualidade do solo. Uma amostra de solo coletada num anel volumétrico com 2 cm de raio e 5 cm de altura tem uma massa seca de solo de 70 g. 10) Para a estabilidade de agregados de acordo com o Kit QS adiciona-se 10 g de solo com granulometria < 2mm em uma peneira de 0,25 mm e calcula-se a % de agregados estáveis em água. Considerando um adaptação deste método e utilizando-se 2 peneiras uma de 2 mm e outra de 0,25 mm e 10 gramas de solo. Apos o processo de desagregação (método via úmida) obteve-se 4 gramas de solo sobre a peneira de 2 mm e 3 gramas sobre a de 0,25 mm. Calcule a % de agregados > 2 mm, entre 2 e 0,25 mm e < que 0,25 mm e interprete os resultados considerando os dados do Kit QS solo.