MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO SOLO

A água no solo é dinâmica e encontra-se em constante movimento de um local para outra em resposta às forças que são criadas pela percolação, evaporação, irrigação, chuva, uso pelas plantas e temperatura. Para fins agrícolas o solo é considerado como um reservatório de água. A água ocupa os espaços porosos do solo e a energia com que esta é armazenada depende das características intrinsecas do solo como textura, estrutura, porosidade, distribuição de poros, e do estado de umidade.

No capítulo anterior foi dada ênfase às propriedades da água, porém de forma pragmática, mais do que isso, é necessário quantificar esta água de forma que se possa maneja-la e com isso obter melhores desempenhos agrícolas. Três são as razões principais para a quantificação da água do solo, são elas:- Desejo de determinar o conteúdo de umidade do solo, que é, a quantidade de água contida em uma unidade de massa ou volume de solo. Esta informação é necessária para calcular a necessidade de água a ser aplicada para reabastecer a zona radicular das culturas;- Determinar a magnitude do potencial da água do solo;- Estimar a evapotranspiração.

Existem vários métodos de determinação do conteúdo de água do solo e todos apresentam vantagens e desvantagens. A seguir serão apresentados alguns dos principais métodos e suas respectivas vantagens e desvantagens.Método Gravimétrico: Consiste em remover uma amostra de solo no campo e determinar a massa úmida e seca (após estufa a 110C).Vantagem é relativamente prático, de baixo custo e bastante empregado.Desvantagem é destrutivo, pois a amostra é destruída durante a coleta e avaliação.Necessário é necessário o conhecimento da densidade do solo para transformar de gravimétrica para volumétrica.Bloco Poroso: Método indireto no qual a condutividade elétrica do bloco poroso é uma função da água absorvida do solo pelo bloco poroso.Vantagem simplicidade e custo baixo;Desvantagem deve ser calibrado para cada solo e a calibração deve ser ajustada com o tempo. Nao tem precisão em solos muito úmidos.Método de Neutrons: neutrons são emitidos da fonte radioativa, usualmente de Radio e Berílio. Os neutrons diminuem sua velocidade de locomoção quand chocam-se com atomos de hidrogênio. A taxa de diminuição da velocidade dos neutrons é detectada e relacionada à quantidades de hidrogênio. Como o hidrogênio esta relacionado a àgua do solo, pode se inferir sobre a umidade do solo.Vantagem possibilita a repetição periódica das medições, nos mesmos locais e nas mesmas profundidades, do conteúdo volumétrico da água de um volume representativo do solo.Desvantagem precisa ser calibrado, custo elevado, não sensível na superfície do solo, os aparelhos são delicados e o manejo incorreto pode ser perigoso.Raios Gama: Os raios gama emitidos da fonte são absorvidos pelo solo, aproximadamente na proporção da densidade do solo. Se a densidade se mantém constante (não ocorrência de expansão e contração da massa do solo), as mudanças na leituras em intervalos de tempo refletem mudanças no conteúdo de água do solo.Vantagem pode ser ajustado para detectar umidade em camadas finas de solo. (1 cm);Desvantagem custo elevado, necessita calibração, não é muito pratico no campo e os aparelhos são muito delicados.

TDRDe acordo com o método gravimétrico, amostras de solo são coletadas no campo e

encaminhadas ao laboratório para quantificação de sua umidade. Estes calculos são feitos como se verá a seguir:Ug = Mu- Ms/Mt , onde: Ug- umidade gravimétrica;

Mu- massa úmida; Ms- massa seca; Mt- massa total.

A umidade gravimétrica, expressa em termos de grama/grama, não tendo muita aplicação, uma vez que se objetiva quantificar a água do solo em termos volumétricos. Para se obter este valor em cm3/ cm3, é necessário calcular a densidade do solo. Com ela obtem-se a umidade volumétrica através da seguinte formula: = Ug x Ds, onde: umidade volumétrica;Ug umidade gravimétrica;Ds densidade do solo.Através dessa transformação obtem-se o valor da umidade do solo expresso em cm3 de água/cm3 de solo. Tanto a umidade gravimétrica como a volumétrica são adimensionais, por isso seus valores são expressos em termos de %. Pelo fato de serem apresentadas nesta forma, é importante ter a informação adicional, se trata de uma relação gravimétrica ou volumétrica.

A determinação da umidade de forma precisa exige um número de amostragem relativamente grande devido a alta variabilidade desta medida. O número de amostragens é motivo de controversias pois dois aspectos precisam ser atendidos, são eles: praticidade e precisão.

ARMAZENAMENTO DE ÁGUA DO SOLOPara muitas finalidades a estimativa da umidade, tanto gravimétrica como volumétrica não é

conveniente. Para atividades como irrigação é necessário o conhecimento da água armazenada, a qual é medida através de uma altura de água. Fazendo-se uma analogia com um reservatório de água, a altura de água é o volume por unidade de área.

No solo esta altura é obtida através do somatório das umidades volumétricas pelas profundidades equivalentes a estas umidades. A definição de armazenamento de água A em uma camada de solo de espessura L, é:AL = dZ, onde: AL - altura de água;

- umidade volumétrica; Z - profundidade.

Como é dada em cm3/cm3 e Z em cm, AL é dada em cm3/cm2, que é volume por unidade de área. Devido aos poucos dados que geralmente são obtidos nos intervalos de profundidade L, a integral é simplificada utilizando-se as diferenças finitas, ficando:AL m x L, onde:AL- altura de água;m - valor médio da umidade no intervalo L;L - intervalo de profundidade referente a umidade média.

Na prática o que se utiliza é a formula simplificada. Geralmente a profundidade considerada para se estimar a altura de água é aquela que corresponde a 90% da concentração radicular. A seguir para melhor visualização será apresentado um exemplo.

Suponhamos que uma dada época mediu-se a umidade em três profundidades (0-20, 20-40 e 40-60 cm). Os valores obtidos foram: 0,358, 0,423 e 0,441, respectivamente. Neste caso a altura de água será:A60 = (0,358 + 0,423 + 0,441/3) x 60 A60 = 244 mmEste valor equivale a dizer que em uma área de 1 m2, com uma profundidade de 60 cm, armazena-se o equivalente a 244 l. Uma vez que 1 mm = 1 litro/m2.Se o objetivo fosse apenas calcular a altura de água de uma profundidade específica, utilizar-se-ia apenas a umidade referente àquela profundidade. Assim, para uma espessura de 20 cm, ficaria:A20 = 0,358 x 20 cm 71,6 mm

Como apresentado no início, através da quantificação da água do solo é possível avaliar a sua dinâmica em intervalos de tempo definidos. Se após alguns dias fossem coletadas amostras nas mesmas profundidades (0-20, 20-40 e 40-60) e encontram-se os seguintes valores de umidade: 0,236, 0,381 e 0,393 cm3/cm3, respectivamente, o novo armazenamento de água seria:A60 = (0,236 + 0,381 + 0,393/3) x 60 = 190mmAtravés destes dados observa-se que o solo perdeu umidade neste intervalo de tempo e, além disso, é possível estimar aquantidade e qual foi a taxa de perda. Assim seria: Perda = 240 mm - 190 mm = 50 mmA taxa de perda média seria obtida através da formula:Tp = 50 mm/ 10 = 5 mm/dia.Adotando-se intervalo entre medidas de 10 dias.

Outra informação importante que se pode obter nas medições de umidade é a profundidade de molhamento após uma chuva ou irrigação. Se nesta mesma área de estudo, após uma chuva ou irrigação, fossem feitas novas coletas de amostras de umidade e encontra-se este valor: 0,551, 0,468 e 0,393, teríamos uma altura de água de :A60 = (0,551 + 0,468 + 0,393/3) x 60 = 286 mmComparando este resultado com o anterior, observa-se que a chuva foi suficiênte para fornecer uma lamina de 96 mm (diferença entre as medições). Além dessa informação, observando-se os valores da umidade, pode-se constatar que a umidade na profundidade entre 40-60 cm não se alterou entre as duas leituras. Com isso conclui-se que esta quantidade de água não foi suficiente para fornecer água à uma profundidade maior que 40 cm. A profundidade de molhamento desta chuva foi de 40 cm.

O importante a se considerar é que o armazenamento da água do solo é uma função da profundidade considerada e que para profundidade, ele varia em função do tempo devido aos processos de ganho de água (chuva e/ou irrigação) e aos de perda (evapotranspiracão e/ou drenagem interna).

Neste capítulo capacitou-se a calcular o quanto de água esta armazenada em um determinado solo com uma profundidade específica, no entanto, fica faltanto a informação de quanto % desta água armazenada estará efetivamente disponível para as plantas. Para se ter esta informação é necessário abordar outros conceitos, são eles: Água Disponível (A.D.), Capacidade de Campo (C.C.) e Ponto de

Murcha Permanente (P.M.P). Estes conceitos serão apresentados mais a frente, pois para o melhor entendimento deles é necessário o conhecimento do estado energético da água do solo.

POTENCIAL DE ÁGUA NO SOLO

No capítulo anterior abordou-se as propriedades físico-químicas da água e os fatores que influenciavam estas propriedades, bem como os métodos de quantificação desta no perfil do solo. Neste capítulo será dada enfase ao comportamento energético da água no solo e sua expressão de forma quantitativa.Estado da água no solo: A água do solo como outros corpos na natureza, contêm energia em diferentes quantidades e formas. A física clássica reconhece duas principais formas de energia, são elas: CINÉTICA E POTENCIAL. Uma vez que o movimento da água no solo é muito lento, sua energia cinética, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade, é geralmente considerada irrelevante. Por outro lado, a energia potencial do solo varia de forma bastante grande e estas diferenças na energia potencial da água do solo entre um ponto e outro, faz com que a água flua dentro do solo.

A tendência universal e espontânea de toda a matéria na natureza é de mover-se de onde a energia potencial é maior para a de menor potencial, atingindo o equilíbrio. A água do solo obedece a mesma regra universal de equilíbrio, movendo-se constantemente na direção do decrescimo da energia potencial. A taxa de decrescimo na energia é de fato a força causadora do fluxo.O conhecimento do estado relativo de energia da água do solo em cada ponto dentro do solo permite-nos determinar o quanto distante a água em um sistema solo esta do equilíbrio. Claramente, o importante não é a quantidade absoluta de energia potencial que a água possui e sim o nível relativo de energia nas diferentes regiões do solo.

O conceito de potencial da água do solo é um critério para sua energia e expressa a energia potencial específica da água do solo relativa àquela água em um estado padrão de referencia. O estado padrão de referência da água foi convencionado como o de um reservatório contendo água pura e livre, à pressão atmosférica e na mesma temperatura da água do solo e a uma dada elevação.Este conceito é de fundamental importância pois substitui a antiga categorização arbitrária, a qual classificava a água do solo na seguintes categorias:- água gravitacional;- água capilar;- água higroscópica.O fato é que toda a água, e não parte dela, é afetada pela ação da gravidade. Logo não tem sentido fazer esta divisão. Outro aspecto importante é que as leis de capilaridade não começam ou cessam em certos valores de umidade do solo ou de tamanho dos poros. O conceito potencial da água do solo responde qual a diferença da água de um lugar para outro do solo e a principal vantagem de sua adoção como conceito é que esta fornece medidas unificadas, através dos quais o estado da água pode ser avaliado em qualquer local e momento dentro do contínuo solo-planta-atmosfera.

Quando o solo esta saturado e sua água se encontra com uma pressão hidrostática maior do que a pressão atmosférica (ex: sob um lençol freático) o nível de energia potencial desta água pode ser maior do que do estado de referência (reservatório descrito acima). Neste caso a água tenderá a mover-se espontaneamente do solo para o reservatório (se estes sistemas estiverem conectados). Ao contrário, a tendência espontânea será a água do estado padrão mover-se para o sistema solo sob comparação.

Quando o solo apresenta-se não saturado a água é mantida por capilaridade e por forças de adsorção. Nesta situação a energia potencial é geralmente negativa e sua pressão hidrostática equivalente é menor do que no estado de referência. Sob condições normais de campo o solo encontra-se insaturado e o potencial da água do solo é negativo. O potencial total da água do solo, em qualquer ponto, não depende somente da pressão hidrostática mas também de alguns fatores físicos adicionais como:

- Elevação (relativo à elevação de referência);- Concentração de solutos;- Temperatura.Potencial total da água do solo: Nos já descrevemos a energia potencial da água do solo de forma qualitativa. Do ponto de vista termodinâmico, a energia potencial pode ser considerada em termos da diferença em energia livre específica parcial entre a água do solo e a água no estado padrão. Mais especificamente o potencial total da água do solo é a quantidade de trabalho que pode ser feito, por unidade de água pura com o objetivo de transportar reversivelmente e isotermicamente uma quantidade infinitesimal de água, de um reservatório de água pura, para um ponto qualquer específico.

A água do solo esta sujeita a um número de forças no campo, as quais causam a mudança de seu potencial em relação ao estado padrão. Tais forças que ocorrem no campo são o resultado da atração da água pela matrix sólida, bem como da presença de solutos e a ação da pressão de gases externos e da gravidade. Desta forma, o potencial da água do solo pode ser considerado como a soma das contribuições separadas destas várias forças:t = g + p + o + ........ , onde:t Potencial total da água do solo;g Potencial gravitacional; p Potencial de Pressão (pressão +) ou Mátrico m (pressão -);o Potencial osmótico;Na literatura também é apresentado outra forma de demonstração da fórmula de potencial total da água do solo:t = h2o + g + ......, onde:t Potencial total da água do solo;g Potencial gravitacional; h2o Potencial da água do solo (representa a soma de p ou m e o).O detalhamento nesta formula é a diferenciação entre potencial químico (p ou m e o) e potencial externo de força de campo (g). A gravidade é a única força externa que esta atuando no potencial total da água no sistema solo-água-planta. Por isso existe esta distinção entre Potencial Total da Água do Solo (definido anteriormente) e Potencial da Água do Solo. Por definição Potencial da Agua do Solo é a diferença entre potencial químico da água em um sistema em equilíbrio e o potencial químico da água na mesma temperatura e no estado de referencia.Os pontos no final da formula fazem referência à possibilidade de forças adicionais e teóricamente possíveis interferirem no potencial total, tais como: Potencial Elétrico, Potencial de Temperatura e etc.

A medida do potencial total da água e, consequentemente de suas componentes, é sempre feita de forma relativa, em comparação a um estado padrão, para o qual é atribuido o valor zero. Como a água no solo, na planta ou mesmo na atmosfera, não tem uma massa ou volume definidos, é comum medirmos a energia da água em termos de energia por unidade de volume (E/V). Ao dividirmos energia por volume, o que se obtêm é uma pressão e é por isso que se expressa os dados de potencial da água em termos de atmosferas (atm), Bária ou Pascal. A pressão também pode ser expressa em unidade de coluna de um fluído, geralmente água ou mercúrio, cm de H2O e cm de Hg, respectivamente. Mas é importante alertar que apesar de ser expressa em termos de pressão, o potencial total da água do solo é uma forma de energia.A seguir são apresentados as diferentes unidades de pressão e seus respectivos fatores de conversão.

Unidades atm cm Hg cm H2O b Pa l/pol2

1 atm 1 76 1033 1.013.250 101.325 14,6961 cm Hg 1,316 x 10-2 1 13,6 13.332 1.333,2 0,19341cm H2O 9,681 x 10-4 7,35 x 10-2 1 981 98,1 1,423 x 10-2

1 bária 9,869 x 10-7 7,5 x 10-5 1,019 x 10-3 1 0,1 1,45 x 10-5

1 pascal 9,869 x 10-6 7,5 x 10-4 1,019 x 10-2 10 1 1,45 x 10-4

1 lib/pol2 6,805 x 10-2 5,172 70,292 68.948 6.894,8 1 fonte: A água em sistemas agrícolas.

Nem todos os potenciais separados, dados acima, agem da mesma forma, podendo mesmo não influenciar no fluxo da água. O potencial osmótico é um deles, pois para que este atue no fluxo de água no solo é necessário a presença de uma membrana semi-permeável.Potencial Gravitacional: Por definição o potencial gravitacional é o potencial atribuível à força gravitacional no campo, a qual depende da elevação ou localização vertical da água.Todo corpo na superfície da terra é atraído em direção ao centro da terra pelo efeito da força gravitacional igual ao peso do corpo, o qual é o produto da massa do corpo pela aceleração da gravidade. Para levantar um corpo contra esta atração, trabalho deve ser gasto, e este trabalho é acumulado através da elevação do corpo na forma de energia gravitacional potencial. O potencial gravitacional da água do solo é determinado pela elevação do ponto relativo a algum nível de referência arbitrário e amarrado no perfil do solo, sendo convenientemente padronizado em valores positivos ou igual a zero. O potencial gravitacional independe das condições químicas e da pressão da água do solo e sim exclusivamente da elevação relativa.A energia potencial gravitacional do solo por unidade de volume é representada pela seguinte fórmula:g = água . g . z, onde:g potencial gravitacional;água densidade da água;g aceleração da gravidade;z altura de referência.

Um exemplo de como se comporta o potencial gravitacional da água do solo pode ser observado através do esquema abaixo:

O potencial gravitacional do ponto A ( no nível de referência) é calculado da seguinte forma: g A = água . g . z tal que g = 1 g/cm3 . 981 cm/s2 . 0 logo,

g A = 0Considerando densidade da água de 1g/cm3 e aceleração da gravidade de 981 cm/s2.Para o ponto B, substituindo os valores na formula, tem-se:g B = 1g/cm3 . 981 cm/s2 . - 50 cm tal que g B = - 49.050 bária o que equivale em atmosferas à -49.050 . 9,869 x 10-7 = 0,048 atm

g B = - 0,048 atm = - 50 cm de H20

Para o ponto C, substituindo os valores na formula, tem-se:g C = 1g/cm3 . 981 cm/s2 . +20 cm tal que g B = + 19.620 báriao que equivale em atmosferas à + 19.620. 9,869 x 10-7 = + 0,019 atm

g B = + 0,019 atm = + 19,6 cm de H20

Neste caso, o potencial gravitacional da água nos pontos A, B e C segue a seguinte relação decrescente de energia: C > A > B.Potencial de Pressão: O potencial de pressão é a porção do potencial da água que resulta de um pressão total diferente da pressão de referência.A água do solo quando esta a uma pressão hidrostática maior do que a atmosférica, seu potencial de pressão é considerado positivo. Quando sua pressão hidrostática é menor do que a atmosférica (uma sub pressão, comumente conhecida como tensão ou sucção) o potencial de pressão é considerado negativo. Desta forma, a água situada a um nível abaixo da superfície livre possui potencial de pressão positivo, a água na superfície tem potencial de pressão igual a zero e a água acima da superfície é caracterizada por possuir potencial de pressão negativo.Estas diferenças podem ser melhor observadas através do seguinte esquema:

Os potenciais de pressão da água nos pontos A, B e C são bastante diferentes e podem ser calculados pela seguinte formula, tendo como referência a pressão atmosférica:

p água . g . h , onde:h - altura em relação à superfície de água livre (chamada de alura piezomérica;água - densidade da água;g - aceleração da gravidade;p - potencial de pressão.No ponto B, nível de referencia, a pressão da água é igual à pressão atmosférica, convencionada como sendo igual a zero. Desta forma o potencial de pressão no ponto B é, de acordo com a formula:p água . g . h tal que = 1 g/cm3 . 981cm/s2. 0 logo,p ONo ponto C, na base do reservatório, uma volume de água faz uma pressão positiva equivalente à profundidade do ponto C. Neste caso, considerando-se uma profundidade de 30 cm (H1 = 30cm), o potencial de pressão no ponto C será o seguinte:p água . g . h tal que = 1 g/cm3 . 981cm/s2. (+30 cm) logo,p 29430 bária tal que p = 0,029 atm = 30 cm H2ONo ponto A, acima do reservatório, o potencial de pressão é menor do que a pressão atmosférica (referência 0), resultando em um pressão negativa. Assim o potencial de pressão no ponto A, considerando uma altura igual a 30 cm, será:p água . g . h tal que = 1 g/cm3 . 981cm/s2. (-30 cm) logo,p - 29430 bária tal que p = - 0,029 atm = - 30 cm H2OEste potencial de pressão negativo é denominado de Potencial Mátrico e na verdade refere-se a uma possibilidade de valor de pressão pertencente ao componente potencial de pressão da água do solo. A

diferença entre Potencial de Pressão e Potencial Mátrico do Solo esta relacionada ao causador da pressão, o potencial mátrico ocorre devido à matrix coloidal do solo, enquanto que o potencial de pressão é resultado da carga de um determinado volume de água. Por definição Potencial Mátrico é a porção do potencial da água do solo atribuível ao efeito da matrix coloidal do solo. A algum tempo atraz este termo éra denominado de Potencial Capilar mas foi alterado uma vez que este potencial negativo no solo não é determinado somente pela ascensão capilar mas também pelo fenômeno de adsorção da água pela matrix do solo. Como a divisão do potencial negativo em Capilar e de Adsorção é impraticável, optou-se pela mudança de nome para Potencial Mátrico.O Potencial Mátrico, desta forma, é o resultado da capilaridade e das forças adsortivas da matrix do solo. Esta forças atraem e ligam a água no solo e seu potencial se torna menor que o da água livre. Abaixo é representado como funciona no solo o efeito do Potencial Mátrico.

Como discutido no capítulo anterior a capilaridade resulta da tensão superficial da água e de seu angulo de contato com as partículas sólidas. Em um sistema insaturado o menisco curvo obedece a equação da capilaridade:Po- Pc = P = 2 cos ( 1/R1 - 1/R2);quando é 0- cos de é 1 e a equação se torna em: Po- Pc = P = 2 ( 1/R1 - 1/R2).Po - pressão atmosférica;Pc - pressão da água do solo;P - déficit de pressão; - tensão superficial;R1 e R2 - são os raios principais de um ponto do menisco; - angulo de contato.A presença dos dois raios se deve ao fato de que no solo não exitem tubos capilares perfeitos e sim vários tipos e formas de espaços porosos os quais apresentam mais de um raio de curvatura para influenciar a pressão através da interface. Observando-se os itens da formula, pode se perceber que a obtenção do potencial mátrico do solo não é fácil. Os fenomenos de capilaridade e adsorção dependem principalmente de:- arranjo poroso;- distribuição de poros;- tensão superficial da água;- afinidade entre a água e as superfícies sólidas;- superfície específica do solo;- qualidade das partículas sólidas;

Devido às dificuldades de descrever estes fenômenos e desenvolver fórmulas para determinação do potencial matricial, ilustra-se o Potencial Matricial através de capilares de vidro em água. Como visto no item sobre capilaridade, se um capilar de vidro for introduzido na água, a água nele penetra espontaneamente e atinge uma altura h. O fato de a água penetrar no tubo capilar indica que a energia da água dentro do tubo é menor do que fora. A altura h é calculada da seguinte forma:

h = 2 cos / água . g . r, onde:h - altura do capilar; - tensão superficial; - angulo de contato;água - densidade da água;g - aceleração da gravidade; r - raio do tubo capilar.Na figura abaixo, no ponto C temos uma diferença de pressão, pois na parte superior do menisco atua a pressão atmosférica e logo abaixo temos uma pressão manométrica de -h cm de H 2O. Comparando-se com os outros pontos, pode-se observar que os pontos A e B, por estarem no mesmo nível, apresentam mesma pressão, no caso a atmosférica. No ponto D a pressão aumenta, e este aumento é proporcional ao aprofundamento no líquido. Partindo-se do ponto D até chegar ao ponto C, a pressão da água passa de positiva, diminui até zero, ao chegar em B e A, e torna-se negativa a medida que se eleva em relação à superfície de referência.Se neste caso o tubo apresentasse um diâmetro interno de 2 mm e o angulo de contato fosse de 10 , teríamos:h = 2 x 71,9 x 0,985/ 1 x 981 x 0,1 tal que h = 1,44 cmEste valor de h seria utilizado no calculo do potencial de pressão, no caso matricial, utilizando a formula já apresentada, qual seja:p água . g . h tal que = 1 g/cm3 . 981cm/s2. (-1,44 cm) logo,p - 1412,64 bária tal que p = - 0,0014 atm = - 1,44 cm H2O

Este exemplo foi apenas de valor demonstrativo, pois o Potencial Matricial da água do solo, na prática não é calculado e sim medido diretamente e dentre os aparelhos medidores, destaca-se os tensiômetros, os funis de placa porosa e a câmara de pressão de Richards.Para finalizar, é importante ficar claro o comportamento do Potencial Matricial em relação ao estado de umidade do solo e algumas de suas propriedades morfológicas. Quando um solo encontra-se saturado, todos os poros estão preenchidos com água e não existem meniscos (interface água/ar) e a adsorção é considerada nula. Nesta situação o componente matricial é igual a zero e o Potencial Total da Água do Solo é determinado por outros componentes como o osmótico e o gravitacional. O potencial matricial passa a ter importância quando o solo começa a

perder umidade, pois o ar substitui os espaços ocupados pela água e gera os primeiros capilares. Com a continuidade da secagem o Potencial Matricial se torna mais negativo, pois a água tende a ocupar os menores poros. Quanto menor a umidade do solo mais negativo se torna o Potencial Matricial. Quando o estado de umidade do solo esta entre a saturação e a seca completa, solo úmido, a capilaridade se torna o fator mais importante na determinação do Potencial Matricial, e neste caso, o arranjo poroso se torna muito importante. Nesta umidade, propriedades morfológicas como textura (solos mais argilosos apresentam potencial matricial mais negativos que arensos, em um mesmo estado de umidade), estrutura e composição das partículas são muito importantes pois definem a porosidade e distribuição dos poros do solo. Outra informação importante que se pode retirar a partir deste comportamento é que o manejo interfere no Potencial Matricial, ao se compactar o solo altera-se o volume de poros do solo. A compactação tende a diminuir os poros e, como já discutido anteriormente, poros menores apresentam potencial matricial mais negativo.Em estados de seca severa, a água que ainda permanece no solo esta na forma de filmes na superfície das partículas menores, e neste caso a capilaridade perde sua importância na determinação do Potencial Matricial. O fenomeno de adsorção se torna mais importante e determina valores bastante negativos.Potencial Osmótico: O Potencial Osmótico do Solo é a porção do potencial da água que resulta do efeito combinado de todas espécies de solutos presentes no solo.A presença de solutos na água do solo afeta sua propriedade termodinâmica e baixa seu potencial energético. Em particular, solutos diminuem a pressão de vapor da água do solo. Como este fenomeno pode não afetar o fluxo de massa líquida significativamente, este não é considerado. O potencial osmótico somente desenpenha importante função sobre o fluxo de água do solo quando existe uma membrana seletiva ou barreira de difusão, a qual transporta água mais rapidamente que do que sais. Por isso o efeito osmótico é importante na interação entre raízes e solo, bem como em processos envolvendo difusão de vapor.

Uma forma aproximada de se calcular o Potencial Osmótico é através da equação de van’t Hoff:o = - RTC , onde:o Potencial Osmótico;R constante universal dos gases (0,082 atm);T temperatura absoluta (K);C concentração do soluto em mol/litro.

Na figura acima, duas amostras de solo com diferentes concentrações de sais são colocadas em contato. O potencial de cada amostra é apresentado abaixo:oA = - RTC tal que oA = - 0,082 x 300 x 0,1oA = - 2,46 atm

oB = - RTC tal que oB = - 0,082 x 300 x 0,5oB = - 12,3 atm

A amostra de solo A tem potencial osmótico maior que a amostra B e portanto, a água do solo A tem maior energia potencial ( considerando os outros componentes iguais) que o solo B. A tendencia esperada seria um fluxo de água da amostra A para a B. Mas como o transporte dos solutos não é impedido entre as amostras, o que ocorre na verdade é o equilíbrio nas concentrações de soluto e com o tempo as duas amostras de solo apresentam concentração aproximada de 0,3 M. No equilíbrio o potencial total da água nos dois solos será:oE = - 0,082 x 300 x 0,3 oE = - 7,4 atmDurante a distribuição dos sais não houve fluxo significativo de água e sim de solutos.

Se por outro lado, na área de contato entre as amostras for colocada uma membrana seletiva à solutos, o resultado é bastante diferente. A diferença de potencial osmótico é convertida em fluxo de água pois os solutos não são distribuidos de forma equilibrada entre as amostras. O esquema abaixo demonstra este comportamento de forma mais clara. No primeiro momento (1), os dois sistemas de reservatórios identicos com o mesmo volume de água, diferenciam-se apenas pelo fato de que o sistema A tem maior concentração de solutos do que o sistema B. Após determinado tempo, a água do sistema A (potencial osmótico menos negativo) flui espontaneamente através da membra impermeável aos solutos. Este fluxo eleva o volume do sistema B, diluindo a concentração anterior. Desta forma, no segundo momento (2), a concentração de soluto nos dois sistemas é aproximadamente igual (0,3 M), o volume de água no sistema B aumenta o equivalente à diminuição do sistema A e os solutos não são transportados através da membrana.

Uma outra situação em que o efeito osmótico adquire importância é quando se considera o fluxo de vapor, principalmente em regiões secas, onde a taxa de evaporação é maior que a precipitação. Nesta situações o fluxo de vapor do solo para a atmosfera é bastante intenso e a água que passa para a atmosfera fica livre dos sais antes dissolvidos. A tendência é o acúmulo dos sais na superfície do solo e na forma de cristais. Este fenomeno explica a ocorrência de eflorescencias (propriedade morfológica descrita na primeira parte). A interface ar-atmosfera funciona como uma membrana semi-permeável.

Pelo exposto nos três exemplos, pode-se concluir que para a ocorrência do efeito osmótico é necessário duas condições básicas, são elas:- diferença de potencial químico;- presença de uma membrana semipermeável ou algum tipo de barreira que impeça o movimento de solutos entre os sistemas. No exemplo acima o cálculo do potencial osmótico é relativamente fácil pois os valores da concentração dos sais foi estipulado aleatóriamente. Porém no solo a estimativa destes valores é bastante complicada pois existem varios tipos de sais dissolvidos e com diferentes graus de

dissociação. Existem alguns métodos de avaliação da concentração no solo, porém estes não serão discutidos aqui.Quando se coloca um sal para solubilizar em um recipiente com água, dois aspectos importantes devem ser levados em conta, são eles:- Percentagem de dissociação;- Número de espécies iônicas dissociadas.A concentração que conta na solução como causadora de efeito osmótico é àquela que se dissociou na água; e aquela que ficou na forma precipitada não é considerada. Uma vez determinada a concentração do sal que determina o efeito osmótico, deve se considerar quantas espécies de ions são dissociados a partir daquele sal.O esposto acima fica melhor especificado através do exemplo a seguir:Imagine que uma quantidade de sal colocada na água para dissolver seja equivalente a 1 Molar e desta quantidade, somente 10 % se dissocie. Neste caso a concentração que deve ser considerada ativa do ponto de vista osmótico é 0,1 Molar. E se esse mesmo 0,1 Molar, ao dissociar, gerar três espécies iônicas, a concentração será multiplicada por três.o = - 0,082 x 300 x 3 x(0,1M) o = - 7,4 atm Componentes do Potencial Total da Água do Solo em Diferentes Sistemas

De todos os componentes do potencial total da água do solo, nem todos exercem influencia nos diferentes sistemas. A seguir será apresentado quais componentes determinam o potencial todal da água em algumas situações.1A- Solo saturado e imerso em água:t = g + p

Sob essa condições o componente gravitacional é importante pois a posição relativa à referencia determina o estado energético da água. Outro componente de importância é o potencial de pressão, pois na saturação a carga hidrálica atua sobre o solo. Os componentes matricial e osmótico não são considerados, pois não existe a interface água /ar (formação de capilar e adsorção) e não ocorre barreira alguma ao fluxo dos sais, respectivamente.2B- Solo não saturado t = g + m

A diferença para o primeiro caso é que com a diminuição da umidade a água não mais se apresenta de forma livre e sim em capilares e adsorvida na matrix do solo. Nesta condição o potencial matricial adquire importância. Os outros componentes apresentam a mesma importância do caso anterior.2A- Passagem da água para as raízes em condições de saturação (arroz irrigado)t = g + p + o

Em relação ao caso 1A a diferença é a presença da membrana celular que regula a passage de ions da solução do solo para a solução da celula vegetal. A diferença de potencial osmótico entre o interior e o exterior da celula determina de forma significativa o fluxo de água na planta. A regulagem osmótica do interior de certas celulas é apresentado como um possível mecanismo de sobrevivencia dos vegetais em ambiêntes secos. Os outros componentes do potencial total da água tem comportamento idêntico ao do caso 1A.2B- Solo não saturadot = g + m + o

Neste caso, a diferença para o exemplo acima é que a água do solo encontra-se menos livre e com menos energia, por estar interagindo com a matrix do solo. Além dos componentes gravitacional e osmótico, o efeito matricial adquire grande importância. Neste caso o processo de absorção de água pela planta exige maior energia.2C- Transporte dentro da plantat = p + o

Neste caso o potencial de pressão positivo surge como conseqüência da entrada da água em um volume celular limitado. O potencial osmótico surge com a presença de solutos resultante da absorção de ions

pela raiz (celulas do xilema) e pela sintese de substâncias elaboradas (celulas do floema). O componente gravitacional é irrelevante e como não há interfaces ar/água, o componente matricial é zero. No entanto em alguns tipos de celulas como as de tecidos de tubérculos que estocam amido, estes compostos desempenham papel similar à matrix coloidal do solo, determinando o efeito do componente matricial. Assim, nestes tecidos o potencial total seria:t = m + o

Outro exemplo importante são as sementes, as quais apresentam elevada concentração de sustâncias de reserva para o desenvolvimento das plantas.

3- Na atmosferat = p

Nesta situação a água esta na forma de vapor e seu estado é definido pela pressão parcial de vapor. O potencial gravitacional é desprezado e os componentes matricial e osmótico não são considerados pelo fato de se tratar de vapor d’água dissolvido no ar.

Gradiente Hidráulico: A avaliação do estado energético da água em determinados pontos do solo, além dos motivos apresentados anteriormente, permite avaliar se haverá fluxo de água de um ponto para o outro bem como sua direção, sentido e intensidade. Para que haja o fluxo de água em qualquer sistema é necessário a existencia de uma diferença de potencial total da água do solo de um ponto em relação ao outro. Assim obtem-se:AB A - B

Quando se consider a diferença unitária de potencial por unidade de distância, obtem-se o Gradiente Hidráulico. Desta forma, o gradiente hidráulico e a redução do potencial da água por unidade de distância (H/L). O gradiente hidráulico é a força motriz do fluxo do líquido no solo por unidade de peso de água.Grad = força motriz/ peso de água Devido ao fato de o gradiente hidráulico ser a relação entre duas forças este parâmetro é admensional.

CURVA CARACTERÍSTICA DO SOLOImportancia

Para demonstrar o valor da determinação da curva caracteristica de um solo, imagine um propriedade agrícola com um sistema de irrigação que apresente tensiometros instalados em diversas profundidades e que o agrônomo faz leituras sucessivas visando determinar a época de irrigação e a lâmina de água a ser aplicada. Acontece que somente a obtenção dos valores de potencial matricial não fornece a informação da umidade referente àquela medida. Como foi visto no capítulo anterior, a água do solo é avaliada em termos de uma altura de água armazenada e para sua obtenção é necessário ter em mãos os dados de umidade volumétrica. Quando se faz a irrigação de uma área, calcula-se a altura de água necessária para reabastecer a água do solo até seu limite de retenção contra a força gravitacional. Desta forma para o manejo da água do solo é necessário ter em mãos os valores de umidade, os quais podem ser inferidos de forma pratica através de leituras de sucção do solo com tensiômetros. A determinação da Curva Caracteristica de Umidade do Solo permite isso, ou seja, relaciona valores de sucção com umidade do solo.Defenição:

Um solo saturado no equilíbrio com a água livre, na mesma elevação e à pressão atmosférica, apresenta pressão matricial igual a zero. Se uma pequena sucção é aplicada neste solo saturado, pode não ocorrer fluxo de água até que se atinja uma sucção limite no qual os maiores poros do solo percam a água devido à pressão de entrada do ar. Esta sucção crítica é chamada de pressão de entrada de ar. Este valor é geralmente pequeno em solos de textura mais grosseira e com agregados bem desenvolvidos.

Uma vez que os solos de textura grosseira apresentam os poros de tamanho mais uniforme, estes podem exibir o fenomeno crítico de entrada de ar de forma mais distinta e pontual do que solos de textura fina. Se neste solo saturado for aplicado sucções sucções maiores, mais água sairá dos poros maiores, os quais não podem reter a água contra a força de sucção. Relembrando a equação da capilaridade (-P = 2/r), nos podemos predizer que o aumento gradual na sucção resultará no esvaziamento progressivo dos poros cada vez menores, até que sob altos valores de sucção somente uma pequena porção dos poros do solo poderão reter água.De forma similar, o aumento na sucção da água do solo esta associado com o decrescimo na espessura do filme de água que cobre as partículas do solo. O aumento da sucção esta associado ao decrescimo da umidade. A quantidade de água restante no solo no equilíbrio é uma função do tamanho e volume dos poros ocupados com água e ainda da sucção mátrica . Esta função é usualmente medida experimentalmente e é representada graficamente através de uma curva conhecida como Curva de Retenção da Umidade do Solo ou Curva Característica de Umidade.

As curvas de retenção são de grande utilidade para estimar valores de potencial matricial através de dados de umidade e vice-versa. Como a curva é característica do solo, ela é determinada uma vez apenas e, sempre que se precisar de valores de potencial matricial, determina-se a umidade do solo e, através da curva, estima-se o potencial matricial.Formas de determinação e fatores que interferem: As curvas de retenção dos solos variam bastante com pequenas variações de textura, estrutura, compactação e etc. As determinações da curva são feitas em laboratório, com amostras deformadas, muitas vezes peneiradas, o que altera bastante as condições naturais. Variações de textura e de densidade do solo pode exigir determinações separadas para os diferentes horizontes do solo. Outro aspecto que gera resultados bastante diferentes é o fenomeno denominado de histerese, que se caracteriza pelo fato de uma mesma amostra apresentar curvas diferentes deacordo com a forma de determinação. Se a medição da umidade e do potencial mátrico são feitos em amostras apartir de um processo de umidecimento, a curva será diferente da medição em um processo de secagem. Geralmente para um mesmo valor de umidade, a tensão será maior no processo de secagem do que no umidecimento. Mais detalhes sobre a histerese será visto na frente.

Nenhuma teoria apresentada foi satisfatória para predizer a relação das propriedades básicas do solo com a sucção mátrica. A adsorção e a geometria dos poros têm comportamentos muito complexos para serem descritos por um simples modelo. Além desses problemas, de acordo com o estado de umidade do solo, o potencial matricial estará sujeito ao efeito da capilaridade, da adsorção ou ambos.Textura A textura do solo influencia de forma marcante a curva característica de umidade do solo. Solos de textura mais argilosa, em geral, apresentam maior quantidade de água em uma determinada sucção e a forma da curva é mais gradual. Em solos mais arenosos, prevalecem os poros de diâmetros relativamente maiores, os quais são esvaziados sob sucções menores e somente uma pequena quantidade água permanece. Nos solos argilosos a distribuição de poros é mais uniforme e a maioria da água esta adsorvida, tanto que o aumento da sucção causa um decrescimo gradual no conteúdo de água. O que foi dito acima pode ser melhor visualizado através do gráfico abaixo.

Estrutura A estrutura do solo afeta a forma da curva característica do solo, particularmente em faixas de baixas sucções. O efeito da compactação sobre um solo é o decrescimo da porosidade total e especificamente no volume dos maiores poros. Isto significa que o conteúdo de água na saturação e o início no decrescimo do conteúdo de água com uma baixa aplicação de sucção é reduzido. Por outro lado, o volume de poros de tamanho intermediário é aumentado nos solos compactados. Isto se deve ao fato de que os maiores poros são espremidos em intermediários pela compactação, enquanto que os microporos dos agregados permanecem não afetados. Desta forma, a curva característica de solos compactados e não compactados são quase identicas sob altas sucções. Sob altas sucções a água é retida primariamente por adsorção e assim a retenção é um atributo preferencialmente textural do que estrutural. Este comportamento pode ser melhor visualizado no gráfico apresentado abaixo.

Em solos com argilas não expansíveis a curva característica do solo, uma vez obtida, permite-nos calcular a distribuição efetiva do tamanho dos poros. Se um aumento no potencial mátrico de 1

para 2 resulta na liberação de um certo volume de água, então aquele volume é evidentemente igual ao volume de poros, tendo uma taxa de variação entre os raios r1 e r2, onde 1 e r1, e 2 e r2 , estão relacionados pela equação de capilaridade. = 2/rHisterese A relação entre o potencial mátrico e umidade do solo geralmente não é único. Esta relação pode ser obtida de duas formas:1- Dessorção: através de uma amostra inicialmente saturada uma sucção crescente é aplicada para secar gradualmente o solo enquanto se faz sucessivas medidas do conteúdo de água versus sucção.2- Sorção: através do molhamento gradual de uma amostra inicialmente seca. A cada aumento de umidade faz-se medições do potencial mátrico.

A curca característica é feita em escala logarítima e em cada um dos métodos obtem-se uma curva contínua, no entanto as duas curvas raramente serão identicas. A umidade do solo no equilíbrio, a uma dada sucção é maior em dessorção (secagem) do que em sorção (umidecimento).Esta diferença nas relações umidade do solo/ potencial mátrico, sob diferentes processos de obtenção ( sorção e dessorção), é denominado de Histerese. A palavra histerese vem do conceito de história do comportamento da água do solo, ou seja, se a água que esta adsorvida é devido a um processo de umidecimento com através da chuva ou irrigação, ou secagem (drenagem interna, evapotranspiração e absorção radicular).O fenomeno da histerese pode ser melhor entendido através da observação do gráfico abaixo.

Para explicar a histerese os seguintes aspectos são considerados:- Desuniformidade geométrica dos poros, os quais geralmente são de forma irregular e desconectados;- Angulo de contato da água com com a matrix que varia dependendo do processo de obtenção da curva (sorção ou dessorção). O angulo de contato no molhamento é maior do que na secagem;- Ar aprisionado nos poros altera a sucção com que a água é retida. Geralmente no processo de umidecimento a quantidade de ar aprisionado é maior, o que implica em menor tensão para uma mesma quantidade de água;- Expansão e contração implica na alteração da estrutura do solo;

O efeito da histerese é, em geral, mais pronunciado em solos de textura grosseira e em faixas de baixa sucção, pois estes solos apresentam maior percentagem de macroporos.