propriedades físicas do solo -...
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21/11/2011
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Propriedades físicas do soloPropriedades físicas do solo
Uniersidade Federal de Santa Maria
Centro de Ciências Rurais
Departamento de SolosSOLO CONCEITO FÍSICO
Meio poroso, não rígido, trifásico,formado de partículas que possuemcomplexidade de forma, tamanho eestrutura mineralógica e algumaspartículas finitamente divididas de maneiraa apresentar uma grande área superficial.
Espaço Poroso Sólidos
do solo
Ar
20 a 30%
Água
20 a 30%
Minerais
45%
Mat. Org.
5%
Espaço Poroso Sólidos
do solo
Ar
20 a 30%
Água
20 a 30%
Minerais
45%
Mat. Org.
5%
Partículas que apresentam diferentes tamanhos
Frações granulométricas
ou Frações texturais
Meio trifásico SOLO FISICAMENTE IDEAL
É aquele que apresenta:
Boa aeração e retenção deágua;
Bom armazenamento decalor;
Pouca resistência mecânicaao crescimento radicular.
Textura, mineralogia, Grau de desenvolvimento do perfil,Agentes cimentantes, Estrutura, Coloração, Topografia.
EstruturaDensidade do soloAgregaçãoTamanho de porosCaract. perfil
Lavração, plantio,adição
fertilizantes
ChuvasIrrigação/drenagem
RadiaçãoÁgua, Aeração,
Temperatura, Resistência mecânica.
Crescimento eDesenvolvimento de
Plantas
Quantidade de água
Propriedades Físicas do SoloPropriedades Físicas do Solo Textura do solo
Área superficial específica
Consistência do solo
Agregação do solo
Densidade do solo
Densidade de partículas
Porosidade do solo
Resistência à penetração
Água
Outras…
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Textura do soloTextura do solo
Textura do solo
TEXTURA DO SOLO
É a proporção relativa das classes detamanho de partículas de um solo.
FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA
DIÂMETRO (mm)
Matacão > 200Calhau 200 –20
Cascalho 20 - 2Areia grossa 2 – 0,2
Areia fina 0,2 – 0,05Silte 0,05 – 0,002Argila < 0,002
Classes de tamanho de partículas do solo
Textura do solo Textura do solo
A textura é importante para oentendimento do comportamento e manejodo solo
Durante a classificação do solo em umdeterminado local, a textura é muitasvezes a primeira e mais importantepropriedade a ser determinada
A partir da textura, muitas conclusõesimportantes podem ser tomadas
É possível alterar a textura pelo manejo?
Textura do solo
Determinação
_em laboratório: análise granulométrica
_a campo: pela sensação que o solo
molhado e amassado oferece ao tato
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No Campo:
A textura é feita por estimativa, esfregando uma massa de solo úmida e homogeneizada entre os dedos
Areia
Silte
Argila
Sensação aspereza, não plástico, não pegajoso
Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso
Sensação sedosidade, plástico, pegajoso
Textura do solo Textura do solo
Distribuição do tamanho de partículas de três solos com amplavariação de textura. Note que há uma transição gradual nadistribuição do tamanho de partículas em cada um destes solos.
Fonte: Brady, 1983
Textura do soloRelaciona-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) CTC3) ASE4) Porosidade e densidade do solo
Textura 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 grosseiraARGILOSOS francos ARENOSOS
retenção de água elevada Retenção de água baixaCirculação de água difícil Circulação de água fácil
Coesão elevada Coesão baixaConsistência plástica e
pegajosa (molhado) e dura (seco)
Consistência friável (seco ou molhado)
Densidade do solo menor Densidade do solo maiorPorosidade total maior Porosidade total menorMicroporosidade maior Macroporosidade maior
Aeração deficiente Boa aeraçãoSuperfície específica elevada Superfície específica baixa
Solos bem estruturados Solos sem estruturaCTC elevada CTC baixa
Difícil preparo mecânico, pouco lavados e mais ricos em
elementos fertilizantes
Fácil preparo mecânico, mais lavados e mais pobres em elementos fertilizantes
Textura do solo
Os solos podem ser agrupados em 13 classes texturais - TRIÂNGULO TEXTURAL
Ex: 42% argila
6% silte
52% areia
Classe texturalARGILA ARENOSA
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33% argila
40% silte
27% areia
Área superficial específicaÁrea superficial específica
Área superficial específica
ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICAASE = 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 otamanho de suas partículas.
_No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm2 de área superficial. O cubotem seis lados, com área superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64cm2). Se o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modoque cada um tenha 2 cm de lado, o mesmo material será agorarepresentado por 64 cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubopequeno terá 4 cm2 (2 x 2) de área superficial, resultando em 24 cm2
de área superficial (6 lados x 4 cm2). A área superficial total será de1536 cm2 (24 cm2 x 64 cubos). Deste modo, a área superficial destecubo será quatro vezes maior do que a área superficial do cubo maior.
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.
Área superficial específica
Quanto mais fina a textura do solo, maior é a superfície efetivaexposta por suas partículas. Note que a adsorção, a expansão eoutras propriedades físicas (plasticidade e coesão, calor deumedecimento) seguem a mesma tendência e aumentamrapidamente à medida que se aproximam da dimensão coloidal.
Fonte: Brady, 1983
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Consistência do soloConsistência do solo
Consistência do solo
CONSISTÊNCIADO 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.
Consistência do solo 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 naturezadistinta (L-S) devido a:
_Tensão superficial d’água (há necessidade ar)
Consistência do solo
Consistência depende de
Textura: em solo argilosoMineralogia: em 2:1 Ex.: Vertissolo x LatossoloMO: em solo argiloso, em solo arenosoEstrutura: com a agregação
Consistência do solo
Consistência condiciona
Condições de preparo e cultivo-APLICAÇÃO
PRÁTICA
Resistência à penetração raízes
Estrutura (estabilidade de agregados)
Erodibilidade
Consistência do soloEstado de umidade
Seco Úmido Molhado
Teores de água
Equilíbrio com o ar
Umidade equivalente
Capacidade de campo
Acima da capacidade de campo
Predomínio da fase líquida
Formas de consistência
Tenaz Friável Plástica Aderente ou pegajosa
Fluída
LP LL
dureza friabilidade plasticidade Pegaj.
SECO ÚMIDO MOLHADOMUITO
MOLHADO
ADESÃOCOESÃO
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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 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 eSilte que se mantém unidas pela ação daArgila e Matéria orgânica, formandoagregados estáveis.
A organização das partículas e agregados éconhecida como estrutura do solo. Solo desetruturado (esquerda) e solo bem granulado
(direita). Raízes de plantas e especialmente húmussão fatores principais na granulação do solos.
Fonte: Brady, 1983
ESTRUTURA DO SOLO
Um solo com melhor estrutura suportamelhor a precipitação e a ação de máquinas eimplementos agrícolas e também permite umamelhor produção das culturas.
Areias Quartzosas - solos “sem estrutura”,as partículas de areia normalmente ocorremindividualizadas, 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
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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 ?
2°) Estabilização: agentes cimentantes
- quantidade de argila e de cátions
- forças eletrostáticas (Van der Walls)
- MO. Polissacarídeos, Ac. húmicos
- microrganismos: ação mecânica (hifas defungos) e produção de compostos orgânicos
- vegetação: ação mecânica das raízes efonte de material orgânico na superfície
Formação dos agregados
Macroagregado composto por
muitos microagregados,
unidos principalmente
por uma rede de hifas de fungos
e raízes
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
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
Aglomerados de partículas
de argila interagindo com óxidos
de Fe ou Al e polímeros
orgânicos na menor escala
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.
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Fig. DMG de agregados, em solo ARGISSOLOVERMELHO-AMARELO submetido por dois anos ao PCe PD contínuo.
ESTABILIDADE DE AGREGADOS
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
DM
G, m
m
1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Carbono orgânico, %
Relação entre o diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregadosestáveis em água e carbono orgânico, em um Latossolo Vermelho-Escuro. Cruz Alta, RS. Fonte: Campos et al. (1995).
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
ESTABILIDADE DE AGREGADOS
Da Ros et al. (1997) determinaram que o manejo inicial de solo que nuncarecebeu cultivo e a intensidade de mobilização de solos cultivados sãodeterminantes na condição estrutural resultante
A estabilidade estrutural foi inversamente relacionada com a freqüência eintensidade de mobilização do solo
4,9
4
2,92,1
1,2
CN PD-CN PD-Cal PD-Esc PCManejo de Solo
0
1
2
3
4
5
6
DM
G, m
m
Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água sobdiferentes sistemas de manejo de um Latossolo de textura média. A linha comsetas mostra o limite crítico de DMG igual a 2 mm. Fonte: Da Ros et al. (1997).
ESTABILIDADE DE AGREGADOS Taxas de aumento da agregação
Textura do soloSistema de manejoSistema de cultura
Degradação estrutural Melhoria estrutural
Recuperação da estabilidade estrutural
Pelo menos 2x mais rápida em solos arenosos
do que argilosos
Densidade do solo
DENSIDADE DO SOLO (Ds)
Relação com
TEXTURA
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
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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 pelarelação entre massa e volume de solo.
A metodologia consiste em coletar umaamostra de solo com estrutura preservada ede volume conhecido, e pela relação entremassa de solo seco em estufa a 105 oC evolume da amostra ocupado por partículas eporos, obtém-se a densidade do solo.
Ds em diferentes profundidades em umArgissolo Vermelho distrófico, sob dois tiposde uso.
DENSIDADE DO SOLO (Ds)
0
1020
3040
50
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Densidade, Mg m-3
Prof
undi
dade
, cm
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 umaamostra de solo e obter o volume ocupadopelas partículas sólidas da amostra.
A densidade de partícula do solo é a médiaponderada da densidade real de todos osseus componentes minerais e orgânicos.
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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 2,65 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 SOLOPOROSIDADE TOTAL – proporção
percentual de poros em relação ao volume desolo.
_Porosidade textural: predominante em solosarenosos (pouco estruturados).
_Porosidade estrutural: predominante emsolos argilosos (boa agregação).
Macroporosidade –movimento d’água,aeração.
Microporosidade – retenção de água.
FATORES QUE AFETAM A POROSIDADE
Agregação: granulares x blocosTextura - Arenosos: PT
- Argilosos: PT Profundidade: profundidade PT
Espaço aéreo: pressão = 60 cm H2O (-0,06 atm)Mínimo 10%
IDEALMacroporosidade = 1/3 do volume dos porosMicroporosidade = 2/3 do volume dos poros
Macroporos25,0%
Microporos38,0%
Sólidos37,0%
Macroporos19,0%
Microporos40,0%
Sólidos41,0%
Macroporos13,0%
Microporos40,0%
Sólidos47,0%
Mato
4 anos PC
50 anos PCLatossolo Roxo (> 60% argila)
(Brum, 1972)
POROSIDADE DO SOLO
0
5
10
15
20
25
30
35
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Densidade, Mg m-3
Prof
undi
dade
, cm
PinusPastoEucaliptoMilhoMataCerrado
Solo: LatossoloCerrado: vegetação naturalMilho: sistema convencional há 18 anosEucalipto: Eucalyptus camaldulensis há 10 anosPinus: Pinus caribea var. hondurensis há 10 anosMata ciliar: reflorestada com espécies nativas há 10 anosPastagem: Brachiaria decumbens há 10 anos
Fonte: Cavenage et al., 1999
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Cerrado
38%
12%
50%
Mata
44%30%
14%
Eucalipto
40% 30%
9%
Pinus
40%
26%
14%
Camada 0-10 cmMicroMacro
Porosidade total
Milho
47%36%
10%
10-20 cm: 4%
10-20 cm: 38% Pastagem
40% 33%
8%
10-20 cm: 11%
Fonte: Cavenage et al., 1999
Resistência à penetração
Resistência à penetração
5101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
Pinus5
101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
0 28Distância, cm
1428 14
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., 2006
5101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
Pinus5
101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.0
0.51.01.52.0
MPa
0 17,5 3535Distância, cm
17,5
pneu
5101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
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., 2006
5101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
Pinus5
101520253035404550
Prof
undi
dade
, cm
0.00.51.01.52.0
MPa
Estaleiro
Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) e no estaleiro (direita). Fonte: Cechin et al., 2006
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SOLO BEM ESTRUTURADOPermite: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 disponívelpara as culturas, assim como permita umaboa drenagem do solo;
c) Porosidade adequada para o crescimentodas culturas após a germinação dassementes, permitindo que as raízes exploremum maior volume de solo em busca de ar,umidade e nutrientes.
Palha
+
Atividade biológica
+
Matéria orgânica
= Boa estrutura
Raízes explorando o maior volume
de solo
= Boa estrutura
Degradação ambiental
ErosãoAtividade biológica
Trocas gasosas
Compactação
Conversão de área de mata em lavoura
Qualidade ambientalDEGRADAÇÃO 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
CONSEQUÊNCIASpropriedades físicas afetadas - densidade
e porosidade do solo, estabilidade dosagregados, retenção e infiltração água ...
camadas compactadas subsuperficiais resistência do solo à penetraçãoerosão – sulcos ou laminarcrostas superficiais
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Degradação da estrutura = impacto ambiental Relações dos propriedades físicas com o rendimento de plantas
Solo muito soltoSem estrutura Solo bem
estruturadoSolo compactado
Estrutura degradada
Muitos torrões
Baixa retenção de água
Contato solo-semente deficiente
Contato solo-raiz deficiente
Suscetibilidade da cultura à seca
Baixa aeração
Suscetibilidade da cultura à seca
Restrições ao crescimento radicular
Baixa infiltração de água-escorrimento superficial
Boa aeração
Boa retenção de água
Boa infiltração de água
Diminuição de riscos da cultura à seca
Solo SoloCompactação
Cobertura do solo
Atividade microbiológicaMatéria orgânica
Estabilidade estruturalResistência à compactação
Evitar a degradação do solo !!!Indicadoresfísicos ebiológicos dosolo,relacionados aodesenvolvimentoe produção deplantas, usadospara avaliar aqualidade dossolos (extraídode Reichert etal., 2003).
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