propriedades físicas do solo - fisicadosolo.ccr.ufsm...

21/11/2011

1

Eracilda Fontanela

Prof. José Miguel Reichert

Universidade Federal de Santa Maria

Centro de Ciências Rurais

Departamento de Solos

Propriedades físicas do soloPropriedades físicas do solo

Santa Maria, junho de 2010 1

O que é SOLO

2

• Meio poroso• Não rígido• Partículas com complexidade de

forma, tamanho e estrutura mineralógica e algumas partículas finitamente divididas de maneira a apresentar uma grande área superficial

• Minerais e partículas orgânicas são intimamente ligadas, formando vários tipos de agregados

Conceito FÍSICO de solo

3

COMO DEVE SER A ESTRUTURA DE UM SOLO PARA PRODUÇÃO AGRÍCOLA?

4

Solos agrícolasSolos sob floresta

Qual a função de umsolo ideal

Boa aeração e

retenção de água;

Bom armazenador

de calor;

Pouca resistência mecânica ao

crescimento radicular.

5

Importante:

Entender, medir e manejar

Ambiente físico do solo = ambiente ecológico de plantas

Produtividade

Nutrientes Biologia do solo

6

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2

Textura, mineralogia, Grau de desenvolvimento do perfil,Agentes cimentantes, Estrutura, Coloração, Topografia.

EstruturaDensidade do solo

AgregaçãoTamanho de poros

Caract. perfil

Lavração, plantio,adição fertilizantes ChuvasIrrigação/

drenagem

Radiação

Água, Aeração, Temperatura, Resistência mecânica.

Crescimento eDesenvolvimento de Plantas

Quantidade de água

7 8

CHEMISTRY

Como avaliar o solo

9

Parâmetros Físicos 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

Outras…10

Textura do soloTextura do solo

11

Textura do soloDEFINIÇÃO• É a proporção relativa das classes de tamanho de

partículas (granulometria ou distribuição de tamanho de partículas) de um solo.

OBJETIVO• separar as frações constituintes

do solo (areia, silte e argila) de acordo com o seu diâmetro.

FINALIDADE• Classificação dos solos.• Zoneamento agrícola.

Areia

SilteArgila

12

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3

Textura do solo

CLASSES DE TAMANHOFração

GranulométricaDiâmetro das partículas

(mm)

Matacão >200

Calhau 20-200

Cascalho 20-2

Areia grossa 2 -0,2

Areia fina 0,2 - 0,05

Silte 0,05 - 0,002

Argila < 0,002

13

Areia Sociedade Internacional de Ciência do

Solo

Argila

Silte

Fina

Grossa Cascalho

0,002 0,02 0,2 2,0 0,002 0,05 0,10 0,25 0,5 1,0 2,0

Muito fina Fina Média Grossa Muito

grossa Departamento de Agricultura

dos Estados Unidos

Argila Silte Areia

Cascalho

Areia Administração Pública de

Estradas dos Estados Unidos

Argila Silte Fina Grossa

Cascalho

0,005 0,05 0,25 2,0 Diâmetro de partícula (mm, escala logarítimica)

Textura do solo

14

A textura é importante para o entendimento docomportamento e manejo do solo

Durante a classificação do solo em umdeterminado local, a textura é muitas vezes aprimeira e mais importante propriedade a serdeterminada

A partir da textura, muitas conclusõesimportantes podem ser tomadas

Textura do solo

15

É possível alterar a TEXTURA pelo manejo?

16

TEXTURA

- Basalto-Argilito-Granito-Arenito

Grau de intemperismo

Material de origem

- Solos jovens- Solos velhos

17

Influência da Textura do solo- Retenção e disponibilidade de nutrientes:

- Retenção e disponibilidade de água;

- Infiltração de água e condutividade hidráulica;

- Aeração do solo;

- Agregação do solo;

- Temperatura do solo;

- Suscetibilidade do solo à compactação;

- Facilidade de mecanização;

- Erodibilidade. 18

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4

Textura do solo

Determinação

em laboratório: análise

granulométrica

a campo: pela sensação que o solo

molhado e amassado

oferece ao tato

19

Tapete de B orracha

Amostra Seca ao Ar

Peneira de 2m m

Destorroamento Peneiramento

Terra F ina Seca ao Ar (TFSA)

Textura do sololaboratório

20

TFSA Balança

Agitador

Determinação da areia

Determinação de Argila

Textura do solo

21

Lei de Stokes

na qual:

V= velocidade de queda (cm s-1)

d = diâmetro de partículas efetivo;

h = distância;

t = tempo;

g = aceleração da gravidade = 9,81 Newton por quilograma (9,81 N/kg);

= viscosidade da água a 20 C = 1/1000 Newton–segundos por m2 (10 –3 Ns/m2);

Dp = densidade das partículas sólidas, para muitos solos = 2,65 x 103 kg/m3;

Df = densidade do fluido (água) = 1,0 x 103 kg/m3.

V = 18

2fp DDgd

th

22

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 soloCampo

23

Textura do solo

Distribuição do tamanho de partículas de três solos com ampla variação detextura. Note que há uma transição gradual na distribuição do tamanho departículas em cada um destes solos.

Fonte: Brady, 1983

24

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5

Textura do solo Relaciona-se com:

1) Mineralogia

_FRAÇÃO AREIA – minerais 1° (quartzo e outros silicatos)

_FRAÇÃO ARGILA – minerais 2° (argilominerais: caulinita,esmectita, etc, e óxidos: hematita, goethita, etc)

2) CTC

3) ASE

4) Porosidade e densidade do solo

25

Textura do solo

Relação entre tamanho de partícula e tipo de mineral presente.

_O quartzo é dominante na fração areia e em frações mais grosseiras de silte.

_Silicatos primários como o feldspato, hornblenda e mica estão presentes na areia eem menores quantidades na fração silte.

_Minerais secundários, como óxidos de ferro e alumínio, são predominantes nafração silte de menor diâmetro e na fração argila mais grosseira.

Fonte: Brady, 1983

26

Textura do solo

Os solos podem ser agrupados em 13 classes texturais - TRIÂNGULO TEXTURAL

veryclay

clay

27

33% argila

40% silte

27% areia

Ex: 42% argila

6% silte

52% areia

Classe texturalFRANCO ARGILOSA

28

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 fertilizantes29

Área Superficial EspecíficaASE

Área Superficial EspecíficaASE

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6

ASE = área superficialunidade massa

Influenciada por Tamanho da partícula afeta:

atrito, adsorção, tensão superficial. Forma da partícula Natureza da partícula:MO, ASE, decomposição.

Composição da partícula: atividade, superfície interna.


31

Relação entre a área superficial de um cubo de massa conhecida e o tamanho desuas partículas.

_No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm2 de área superficial. O cubo tem seislados, com área superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64 cm2). Se o mesmo cubofosse dividido em cubos menores (b) de modo que cada um tenha 2 cm de lado, omesmo material será agora representado por 64 cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cadalado do cubo pequeno 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 de 1536 cm2 (24cm2 x 64 cubos). Deste modo, a área superficial deste cubo será quatro vezesmaior do que a área superficial do cubo maior.


32


Relacionada com

CTC, retenção de água e nutrientes;

retenção e liberação de poluentes;

expansão / contração;

propriedades mecânicas:

coesão, resistência, plasticidade.

33

Quanto mais fina a textura do solo, maior é a superfície efetiva exposta porsuas partículas. Note que a adsorção, a expansão e outras propriedades físicas(plasticidade e coesão, calor de umedecimento) seguem a mesma tendência eaumentam rapidamente à medida que se aproximam da dimensão coloidal.

Fonte: Brady, 1983


34

Consistência do soloConsistência do solo

35

CONSISTÊNCIA DO SOLO

Resposta do solo às forças externas que tentam deformá-lo ou rompê-lo.

Manifestação das forças de coesão e adesão sob diferentes condições de umidade.

36

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7

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 natureza distinta (L-S)devido a:

• Tensão superficial d’água (há necessidade ar)


37

Estado 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 Pegajosidade

SECO ÚMIDO MOLHADOMUITO

MOLHADO

ADESÃOCOESÃO


38FORÇA

FORMA DE CONS.

UMIDADE

SOLO SECO - não há adesão e a coesão é máxima - DUREZA

SOLO ÚMIDO - a coesãoe 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


39

depende

Textura: em solo argiloso

Mineralogia: em 2:1

Ex.: Vertissolo x Latossolo

MO: em solo argiloso, em solo arenoso

Estrutura: com a agregação


40

condiciona

Condições de preparo e cultivo do solo - APLICAÇÃO PRÁTICA

Resistência à penetração raízes

Estrutura (estabilidade de agregados)

Erodibilidade


41

Estrutura do soloEstrutura do solo

42

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8

ESTRUTURA DO SOLO

O solo é composto por partículas de Areia e Silteque se mantém unidas pela ação da Argila eMatéria orgânica, formando AGREGADOS estáveis.

A organização das partículas

e agregados é conhecida

como estrutura do solo.

Estrutura X Textura43

M O 5 %Água e nutrientes

34%Minerais

45 %Ar16 %

SOLO IDEAL

Solo desestruturado (esquerda) e solo bem granulado(direita). Raízes de plantas e especialmente húmus sãofatores principais na granulação do solos.

Fonte: Brady, 1983

44

Um solo com melhor estrutura suporta melhor aprecipitação e a ação de máquinas e implementosagrícolas e também permite uma melhor produçãodas culturas.

Areias Quartzosas - solos “sem estrutura”, aspartículas de areia normalmente ocorremindividualizadas, sem formarem agregados.

ESTRUTURA DO SOLO

45

AVALIAÇÃO DA ESTRUTURA

dois pontos de vista

1. Pedológicootipootamanho ograu de desenvolvimento

2. Manejo do Soloopotencial ou capacidade de uso do solo

46

relaciona-se com:

Aeração

Densidade e porosidade do solo

Resistência mecânica à penetração

Infiltração de água e selamento superficial

ESTRUTURA DO SOLO

47

esferoidal

placa

bloco angular

bloco subangular

colunar

prismática

Tipos de estrutura

48

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9

1°) Aproximação entre as partículas:

- floculação da argila

- Desidratação ou secamento do solo: aproxima partículas

- raízes: desidratação e pressão sobre as partículas

- organismos: minhocas (coprólitos)

COMO SE FORMAM OS AGREGADOS ?

49

COMO SE FORMAM OS AGREGADOS

2°) Estabilização: agentes cimentantes- quantidadede argila e de cátions

- forças eletrostáticas (Van der Walls)

- MO. (polissacarídeos, ac. húmicos )

- microrganismos: ação mecânica (hifas de fungos) e produçãode compostos orgânicos

- vegetação: ação mecânica das raízes e fonte de materialorgânico na superfície 50

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

51

Estabilidade de agregados

52

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.

53

Objetivo: avaliar a estrutura do solo, pois aestrutura pode ser o resultado da agregaçãodas partículas primárias (areia, silte e argila) emais outros componentes do solo comomatéria orgânica, calcário e sais.

A metodologia consiste em passar osagregados por um conjunto de peneiras comdiâmetros decrescentes e quantificar asfrações retidas.


54

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10


Pode-se determinar a distribuição dotamanho de agregados estáveis em água e aseco.

Através dessa determinação pode-se obter adistribuição do tamanho dos agregados, aestabilidade de agregados, o DMP e DMG.

55

Taxas de aumento da agregação

Textura do soloSistema de manejoSistema de cultura

Degradação estrutural Melhoria estrutural

Recuperação da estabilidade estrutural

Pelo menos 2x maisrápida em solosarenosos do queargilosos

56

Densidade do solo

57

Densidade do solo

-Representa a relação entre a massa do solo seco e o seuvolume;

- No volume leva em consideração os sólidos e os porosdo solo;

-É um indicativo da qualidade estrutural do solo;

DENSIDADE DO SOLO (Ds)

58

Objetivo: avaliar a estruturado solo pela relação entremassa e volume de solo.

A metodologia consiste em coletar uma amostra desolo com estrutura preservada e de volumeconhecido, e pela relação entre massa de solo secoem estufa a 105 oC e volume da amostra ocupadopor partículas e poros, obtém-se a densidade dosolo.


59

Massa de solo secoVolume do anelDs= g cm-3

DENSIDADE DO SOLO (Ds)• Relação com

TEXTURA

Solos arenosos ds = 1,2 a 1,8 g cm-3 restritivo às raízes: ds = 1,65 g cm-3

Solos argilosos ds = 1,0 a 1,6 g cm-3 restritivo às raízes: ds = 1,45 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 dsRevolvimento: densidade60

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11

Usada para

Calcular PT

Calcular massa solo da camada arável

Avaliar alterações na estrutura e porosidade

Converter massa H2O a volume H2O


61

Ds em diferentes profundidades em um ArgissoloVermelho distrófico, sob dois tipos de uso.

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)


62

63


Densidade de partículas

64

DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)

Expressa a relação entre a massa e o volume que ocupam as partículas do solo, abstraindo o volume dos poros.

A Dp é afetada pela:- Textura;- Mineralogia;- Matéria orgânica.

Ao contrário da densidade do solo, a amostra utilizada pode estar alterada. 65

Objetivo: avaliar o volume de sólidos do solo, semconsiderar a porosidade. É utilizada paracaracterizar o solo, calcular a porosidade total do solo

A metodologia consiste em macerar uma amostrade solo e obter o volume ocupado pelas partículassólidas da amostra.

A densidade de partícula do solo é a médiaponderada da densidade real de todos os seuscomponentes minerais e orgânicos.

DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)

66

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12

A Dp é influenciada pelo manejo ?

Valores de dp estão ligados à presença de certos componentes minerais ou orgânicos:

Solos com baixos teores em óxidos Fe(clima frio) - dp 2,65 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

67

Porosidade do solo

68

-Proporção percentual de poros em relação ao volume de solo.

-Poros: representam os espaços vazios do solo (ocupado por ar ou água).

-Representam o “sistema circulatório” do solo:

-Estão diretamente ligados a:

-Infiltração de água no solo;-Retenção de água;-Drenagem do solo;-Aeração do solo (trocas gasosas)-Crescimento de raízes. 69

POROSIDADE DO SOLO

Objetivo: avaliar a quantidade e a naturezados poros existentes no solo.

A metodologia consiste em coleta de amostrade solo com estrutura preservada, saturaçãoda amostra, aplicação de tensão de 60 cm decoluna da água e secagem em estufa a 105 oC.

POROSIDADE DO SOLO

70

POROSIDADE DO SOLO

_Porosidade textural: predominante em solosarenosos (pouco estruturados).

_Porosidade estrutural: predominante em solosargilosos (boa agregação).

Macroporosidade –movimento d’água, aeração.

Microporosidade – retenção de água.

71

FATORES QUE AFETAM A POROSIDADE

Agregação: granulares x blocos Textura - Arenosos: PT

- Argilosos: PT Profundidade: profundidade PT

IDEALMacroporosidade = 1/3 do volume dos porosMicroporosidade = 2/3 do volume dos poros

72

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13

Macroporos25,0%

Microporos38,0%

Sólidos37,0%

Macroporos

19,0%Microporos

40,0%

Sólidos41,0%

Macroporos13,0%

Microporos40,0%

Sólidos47,0%

Mato

4 anos PC

50 anos PCLatossolo Roxo (> 60% argila)

POROSIDADE DO SOLO

73

0

5

10

15

20

25

30

35

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6Densidade, Mg m-3

Prof

undi

dade

, cm

PinusPastoEucaliptoMilhoMataCerrado

Solo: Latossolo

Cerrado: 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 74

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., 199975

Resistência do solo à penetração

76



UmidadeDensidade

Crescimento radicular

Força que a raiz precisa para penetrar no solo

77


78

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14

Relação da resistência do solo apresentada por Silva et al. (2004)demonstra que o valor crítico ou restritivo não funciona de maneiraabrupta cessando o crescimento, porém indica que os valores críticos deresistência do solo largamente usados como referência não estão muitodistantes

Valores de crescimento de plantas com a variação de resistência àpenetração em solo sob plantio direto (PD) e convencional (PC). Fonte:Silva et al. (2004).


79

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

80

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 81

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

82

SOLO BEMESTRUTURADO

Permite:a) Poros adequados para a entrada de ar e água no

solo;b) Porosidade adequada para que a água se

movimente através do solo sendo disponível paraas culturas, assim como permita uma boadrenagem do solo;

c) Porosidade adequada para o crescimento dasculturas após a germinação das sementes,permitindo que as raízes explorem um maiorvolume de solo em busca de ar, umidade enutrientes.

83

Palha

+

Atividade biológica

+

Matéria orgânica

= Boa estrutura

Raízes explorando o maior volume

de solo

= Boa estrutura

84

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15

Degradação ambiental

ErosãoAtividade biológica

Trocas gasosas

Compactação

Conversão de área de mata em lavoura

Qualidade ambiental

85

DEGRADAÇÃO 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

86

Causas da degradação da estrutura

87

DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA

CONSEQUÊNCIAS

propriedades físicas afetadas - densidade eporosidade do solo, estabilidade dos agregados,retenção e infiltração água ...

camadas compactadas subsuperficiais

resistência do solo à penetração

erosão – sulcos ou laminar

crostas superficiais88

Degradação da estrutura = impacto ambiental

89

75 80 85 90Grau de compactação (%)

20

40

60

80

100

Ren

dim

ento

rela

tivo

(%)

ArgissoloLatossolo

Relações dos propriedades físicas com o rendimento de plantas

Relação entre grau decompactação e rendimentorelativo. Fonte: Suzuki, 2005. 90

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16

Relações das propriedades físicas com o rendimento de plantas

Solo muito soltoSem estrutura

Solo bem estruturado

Solo compactadoEstrutura 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

91

Indicadores físicose biológicos dosolo, relacionadosaodesenvolvimento eprodução deplantas, usadospara avaliar aqualidade dos solos(extraído deReichert et al.,2003).

92

propriedades físicas do solo - fisicadosolo.ccr.ufsm...

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