FLG 1254 - Pedologia

Propriedades físicas e químicas do solo

Componentes do solo

• O solo é constituído de quatro elementos principais: partículas minerais, materiais orgânicos, água e ar.

• Fase sólida: partículas minerais e orgânicas.

• A água e o ar ocupam o espaço poroso (‘vazios’).

Fonte: Lepsch, 2002.

• De modo geral, as partículas maiores do solo são constituídas de minerais primários e sua forma tende a ser esférica e cúbica. As partículas menores são constituídas geralmente de minerais secundários e sua forma tende a ser placas, fibras ou folhas.

• Quanto à constituição da fase sólida, o solo pode ser denominado orgânico e mineral.

• a) Solo orgânico: quando apresenta mais de 20% de matéria orgânica, isto é, mais de 11,5% de carbono total;

• b) Solo mineral: quando apresenta menos de 20% de matéria orgânica, isto é, menos de 11,5% de carbono total.

Constituintes minerais• As partículas minerais do solo podem ser

classificadas tanto quanto seu tamanho quanto a sua origem e composição.

• Origem: a) os remanescentes da rocha que deu origem ao solo; b) os produtos secundários, decompostos e/ou recompostos depois da intemperização dos minerais da rocha-mãe.

• Os primeiros são chamados minerais primários ou originais, os segundos minerais secundários ou pedogênicos argilas.

• Os minerais do solo podem ser classificados quanto ao tamanho em areia, silte e argila, conforme a dimensão das partículas análise granulométrica.

Fonte: Lepsch, 2002.

Minerais primários e secundários

• Esqueleto mineral do solo: fração cascalho e areia minerais primários, sendo o quartzo o mais comum. Outros: mica, zircão, turmalina, magnetita, feldspatos etc.

• Entre os minerais secundários que podem ocorrer na fração areia, estão as concreções ou nódulos muito endurecidos de óxidos de ferro e algumas partículas de sílica.

• A argila é quimicamente muito ativa pequeno tamanho de suas partículas propriedades coloidais.

As argilas• A mais importante propriedade coloidal da argila

é a afinidade pela água e por elementos químicos nela dissolvidos vasta superfície específica (alto grau de subdivisão) e existência de cargas elétricas nessa superfície.

• Partículas de argila são tão pequenas que sópodem ser vistas com microscópio eletrônico. São plaquetas compostas de lâminas extremamente finas.

• Seriam necessárias 10.000 partículas amontoadas para preencher o espaço de 1cm.

Partículas de argila caulinítica sob microscópio eletrônico. A escala representa 1 micrômetro que é a milésima parte do milímetro. Foto: Pérsio Arida. Fonte: Lepsch, 2002.

• Essas lâminas formam pequenos conjuntos destacáveis, como acontece com as micas.

• Quando estão fortemente ligadas superfície quimicamente ativa na parte exterior (superfície externa), ficando inativa a superfície interna existente entre as lâminas a superfície específica aumenta propriedades coloidais são ressaltadas.

Fonte: Lepsch, 2002.

• A caulinita, por exemplo, é um tipo de argila cujas partículas só possuem superfície externa exposta menos ativa que a montmotilonita ou a vermiculita, que têm superfícies internas ativas em adição à externa.

• Argilominerais com estrutura de camadas do tipo 1:1 ou simplesmente argilominerais 1:1 Caulinitas

• Argilominerais com estrutura de camadas do tipo 2:1, ou argilominerais 2:1

Montmorilonitas

• As argilas com grande superfície interna possuem a propriedade de se expandir muito quando umedecidas, por terem a capacidade de adsorver grande quantidade de moléculas de água e de cátions trocáveis entre suas finas lâminas

argilas expansíveis ou argilas de alta atividade.

FILOSSILICATOS

• Caulinita: grupo de argilominerais do tipo 1:1, com estrutura de filossilicato, formados pelo empilhamento regular de folhas silicato tetraédricas e folhas hidróxido octaédricas. Fazem parte deste grupo, que têm fórmula estrutural Al4Si4O10(OH)8, os seguintes argilominerais: caulinita, haloisita, nacrita e diquita.

• É um mineral comum em solos, sendo o mineral predominante da fração argila da maioria dos solos em estágio de intemperismo avançado. Pode-se dizer que a caulinita é o mineral de mais ampla ocorrência em solos de regiões tropicais úmidas e subúmidas. Suas propriedades, juntamente com as propriedades dos óxidos secundários de Fe e Al, são em grande parte responsáveis pelo comportamento da fração argila desses solos.

• A caulinita pode ter grande influência nas propriedades físicas dos solos. Devido àdisposição planar dos argilominerais, seus cristais (placas) apresentam ajustes face a face, formando, como conseqüência, macroestrutura em blocos. Este arranjo macroestrutural seria responsável por maiores valores de densidade do solo, menor estabilidade de agregados em água, menor macroporosidade e menor permeabilidade.

Representação estrutural da caulinita

• Esmectita: grupo de argilominerais com estrutura de filossilicato, com fórmula teórica Al4Si8O20(OH)4nH2O, constituído de duas folhas silicato tetraédricas separadas por uma folha hidróxido octaédrica. A forte ligação entre si éfeita por oxigênio comum aos dois tipos de folhas, constituindo um grupo de argilominerais do tipo 2:1, cujas camadas sucessivas estão ligadas frouxamente, possibilitando a penetração de camadas de água. As esmectitas ocorrem predominantemente na fração argila de solos em estágio intermediário de intemperização.

Representação estrutural da vermiculita e da esmectita.

• Sua identificação pode ser feita com o uso de difratometria de raios-X. Talvez a propriedade mais marcante das esmectitas seja sua capacidade de expansão e contração com a variação do conteúdo de água do solo, propriedade essa atribuída aos pequenos tamanhos de partícula em que ocorre, sua grande superfície específica e capacidade de troca catiônica relativamente elevada.

• Essas características de contração e expansão das esmectitas podem também influenciar a permeabilidade do solo. O movimento de água em solos esmectíticos se dá principalmente através de rachaduras e macroporos. Assim, a permeabilidade desses solos se reduz com o aumento do conteúdo de água devido à expansão do solo, que fecha as rachaduras, reduz a porosidade total e aumenta a razão microporosidade/macroporosidade. Rastejamento do solo

Superfície Específica• As propriedades físico-químicas de um solo são

grandemente influenciadas pela extensão da área superficial de seus constituintes.

• A superfície específica varia com: a) textura; b) tipo de minerais de argila; c) teor de matéria orgânica dos solos.

• A textura indica qual a proporção existente no solo de frações compreendidas entre determinados limites de tamanhos. A área é tanto maior quanto menor forem as partículas, por isso, a fração argila contribui com a maior superfície específica.

• A caulinita apresenta 20m2/g de superfície específica, enquanto a montmorilonita (ou esmectita) apresenta 800m2/g de superfície específica. Esta diferença ocorre devido às superfícies internas, que aparecem na montmorilonita e não na caulinita.

• A matéria-orgânica contribui no valor da superfície específica devido seu alto grau de subdivisão.

ÁGUA NO SOLO• Sua importância começa na origem do solo, por

destruir e desagregar minerais e rochas.• O fornecimento natural dessa água é feito

através da chuva, que ao se precipitar, escoa ou infiltra no solo: a água que escoa vai abastecer os rios, lagos e mares e da água que infiltra, parte percola, alimentando o lençol freático e parte fica retida no solo.

• A água retida será evaporada para a atmosfera, absorvida pelas plantas e mantida no solo.

Classificação da água no solo• A água retida no solo pode ser classificada

como água gravitacional, água capilar e água higroscópica.

• Água gravitacional: localizada nos macroporos, permanência efêmera no solo, removida facilmente pela drenagem, provoca lixiviação do solo;

• Água capilar: localizada nos microporos, parcialmente permanente no solo, não removida pela drenagem, atua como solução do solo;

• Água higroscópica: localizada próxima da superfície das partículas do solo, permanente no solo, removida apenas no estado de vapor.

Umidade higroscópica

• É a máxima quantidade de água, expressa em porcentagem, que o solo é capaz de absorver da atmosfera, em forma de vapor e manter em equilíbrio com o ambiente.

• É uma característica relacionada com atividade de superfície, sendo elevada nos solos argilosos e orgânicos e baixa nos arenosos.

• Sua determinação é feita pela pesagem do solo antes e depois da secagem em estufa a 110ºC.

Capacidade de campo

• É a máxima quantidade de água que um solo écapaz de reter em condições normais de campo.

• Sua verificação é determinada pela textura, estrutura, profundidade e uniformidade do solo, pela presença de camadas impermeáveis, proximidade do lençol freático e temperatura ambiente. Assim, os solos mais argilosos atingem sua capacidade de campo mais rapidamente que solos arenosos.

TEMPERATURA DO SOLO• A superfície do solo atua como um corpo

intermediário através do qual se desenvolvem fluxos de energia térmica, sendo aquecido durante o dia pela radiação solar e aquecendo a atmosfera à noite.

• A microclimatologia procura estudar esses efeitos atéa altura de dois metros. Acima disso, a influência da temperatura do solo vai se reduzindo.

• A temperatura é importante fator de crescimento, multiplicação e atividade de microorganismos do solo. A grande maioria se desenvolve melhor entre 10 e 40ºC.

• A germinação e o desenvolvimento das plantas são igualmente afetados pela temperatura do solo.

Fatores que condicionam a temperatura do solo

• Climáticos: a radiação solar é o que mais afeta o regime térmico do solo.

• Microclimáticos: está relacionado ao tipo de revestimento da superfície: a) cobertura vegetal- tem efeito moderador sobre as variações próximas àsuperfície, interceptando a radiação solar; b) cobertura morta- atua como camada semi-isolante térmica, com efeitos semelhantes à vegetação rasteira e c) solo nu- o solo fica sujeito a intensas variações térmicas.

• Topoclimáticos: estão relacionados ao relevo, a orientação e a inclinação da superfície. Terrenos inclinados com exposição norte e oeste são mais quentes no hemisfério sul.

POROSIDADE• As partículas do solo variam em tamanho e

forma e seu arranjo produz poros que diferem grandemente entre si pela forma e dimensões.

• Porosidade não capilar (macroporosidade), porosidade capilar (microporosidade).

• É importante no estudo da estrutura do solo, na investigação do armazenamento e movimento da água e de gases, no estudo sobre a resistência mecânica apresentada pelo seu manejo.

COMPACIDADE

• Arranjamento ou agrupamento das partículas que um solo apresenta.

• Num perfil de solo podem aparecer camadas com graus diferentes de compactação: camadas adensadas –aquelas em que a sua compacidade édevida a processos pedogenéticos; camadas compactadas – aquelas em que sua compacidade é devida ao manejo do solo.

ESTRUTURA• Refere-se ao arranjo das partículas primárias do solo

em agregados.• O mecanismo pelo qual a estrutura se desenvolve não

é totalmente conhecido, mas supõe-se que ela se forme pela agregação das partículas unitárias ou pelo quebramento gradual do material maciço por contração e expansão.

• A estrutura pode ser considerada como estágio intermediário entre uma condição em que o material do solo é constituído de grãos simples, como nas areias, onde ocorre ausência de coesão entre as partículas e outra denominada maciça onde ocorre coesão uniforme das partículas, não ocorrendo a formação de agregados sem estrutura.

Fatores que favorecem o desenvolvimento da estrutura

• A grande contribuição da matéria-orgânica em solos sob florestas promove a formação de estrutura;

• Ação mecânica do sistema radicular, que divide a massa do solo em fragmentos de tamanhos e formas variados;

• Ação biológica produzida por microorganismos (minhocas, formigas, cupins), que agregam os materiais do solo após a ingestão e excreção;

• Alternância de gelo e degelo nas regiões frias.

ALGUNS ATRIBUTOS DIAGNÓSTICOS

pH do solo• A alcalinidade ocorre quando a pluviosidade é

baixa e acumulam-se sais de cálcio, magnésio, potássio e carbonato de sódio. Solos alcalinos são característicos de regiões áridas e semi-áridas.

• A acidez do solo desenvolve-se devido a remoção de bases pelas plantas e pela água, permitindo que o hidrogênio (H+) tome os lugares das bases. Quando o acúmulo de hidrogênio chega a certas concentrações, ocorre a alteração espontânea da argila, libertando Al3+.

• Interpretação do pH:• Acidez elevada abaixo de 5,0• Acidez média 5,0-6,0• Acidez fraca 6,0-7,0• Neutro 7,0• Alcalinidade fraca 7,0-7,8• Alcalinidade acima de 7,8

Soma de bases

• S: Soma de bases (cátions básicos trocáveis). Corresponde a:

• S=Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+

• Geralmente expressa em meq/100g. • Critérios de avaliação recomendados pelo IAC:

S– Abaixo de 2,62 BAIXODe 2,62 a 6,30 MÉDIOAcima de 6,30 ALTO

Capacidade de troca catiônica (CTC)

• Soma total de cátions trocáveis que um solo, ou algum de seus constituintes, pode adsorver a um pH específico. Égeralmente expressa em meq/100g de material adsorvente e em condições de pH 7,0.

• Baixa capacidade de troca. (Valor T ou CTC). • Solos que possuem baixa capacidade de troca

de cátions apresentam necessariamente baixos valores de Ca2+, Mg2+ e K elementos tidos como maiores na alimentação das plantas. Éimportante atentar contudo, que tais solos necessitam de pequenas doses de insumos para atingir o nível de saturação por bases desejável para a cultura.

Critérios de avaliação recomendados pelo IAC:• CTC- Abaixo de 4,62 BAIXO

De 4,62 a 11,30 MÉDIOAcima de 11,30 ALTO

Saturação por bases• V(%): Símbolo utilizado para representar a

saturação por bases. Calculado pela fórmula V(%)=(100.S)/CTC, onde S: soma de bases (cátions básicos trocáveis)→ S=Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ e CTC: capacidade de troca catiônica → Ca2+ + Mg2+ + K+ + Na+ + Al 3+ + H+

• Solo eutrófico: Aquele que apresenta saturação por bases igual ou superior a 50% (solos férteis).

• Solo distrófico: Aquele que apresenta saturação por bases inferior a 50% (solos pouco férteis).

• Baixa saturação por bases. (Eutrofismo, Distrofismo).

• Solos com baixa saturação por bases são pobres quimicamente requerendo adição de fertilizantes para uma boa produção. As limitações são tanto mais sérias quanto menor o grau de saturação por bases e maior a capacidade de troca de cátions.

Saturação por alumínio

• Saturação por alumínio: Relação entre o teor de Al trocável e a soma de bases mais Al trocável. Representa-se por m=Al(S + Al).

• É considerado álico um solo que apresenta valor m superior a 50%.

• Toxicidade por alumínio. Caráter alumínico (Caráter álico)

• A maioria das plantas cultivadas apresentam dificuldade de crescimento em solos ácidos, devido principalmente à presença de alumínio solúvel em níveis tóxicos. A limitação é tanto maior quanto mais elevado for o teor de Al3+ e a capacidade de troca de cátions do solo, pois maior será a necessidade de corretivo.

Teor em óxidos de ferro

• Devido ao fato de grande parte dos solos brasileiros apresentarem teores elevados de óxidos de ferro e pouca matéria orgânica, a adsorção dos nutrientes e argila se faz pelo ferro.

• Os óxidos de ferro mais comuns nos solos são a hematita e a goetita. A primeira é responsável pelas colorações avermelhadas e a segunda pelas amareladas.

• O SiBCS (Sistema Brasileiro de Classificação de Solos) estabeleceu as seguintes classes de teor de Fe2O3 nos solos brasileiros:

• Baixo teor: <8% hipoférricos• Médio teor: de 8% a <18% mesoférricos• Alto teor: de 18% a < 36% férricos• Teor muito alto: > 36% perférricos

Índices Ki

• Relação sílica/alumina: relação molecular entre a sílica (SiO2) e a soma alumina (AL2O3) em argilas, argilominerais ou solos. Também conhecida por Ki.

• Devido ao fato de o índice Ki da caulinita corresponder a 2, esse valor foi estabelecido como limite entre solos:

• muito intemperizados (Ki ≤ 2) e • pouco intemperizados (Ki > 2).

Bibliografia Básica• CURI,N. et al. Vocabulário de ciência do solo.

Campinas, Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1993.

• KIEHL, E.J. Manual de edafologia. São Paulo, Ed. Agronômica Ceres, 1979.

• MONIZ, A. C. Elementos de Pedologia, São Paulo,Polígono, 1972.

• OLIVEIRA, J. B. Pedologia Aplicada, Piracicaba, FEALQ, 2005.

• http://intranet.iac.sp.gov.br/aulas/Pedologia/PaginadeAula.asp