qualidade física do solo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

CENTRO DE CIÊNCIAS RURAIS

Qualidade física do solo

Dalvan José Reinert , José Miguel Reichert,

Milton da Veiga, Luis E. A. S. Suzuki

Santa Maria, Maio de 2006

Qualidade física do solo

Reinert, D.J.; Reichert, J.M.; Veiga, M.; Suzuki, L.E.A.S. 1. Introdução A busca da definição e caracterização do que seja um solo de boa qualidade é antiga e data de muitos séculos passados. A ciência do solo foi criada e desenvolvida categorizando e designando a qualidade dos solos e das terras ou paisagens associadas, indicando, portanto, vasta experiência acumulada na sua medição e percepção. Todavia, na última década os cientistas de solos têm se preocupado, predominantemente, com dois aspectos: identificar e selecionar indicadores associados a determinadas funções que o solo deve desempenhar e definir valores quantitativos e mensuráveis desses indicadores. Outro aspecto relevante a ser apontado para a diferença de enfoque usado no passado remoto comparado ao recente refere-se à nova “roupagem”, ou à indicação de termos novos associados à qualidade dos solos. Várias publicações desenvolvem muito bem esse aspecto (Doran et al., 1994; Doran & Parkin, 1994; Gregorich & Carter, 1997; Reichert et al., 2003), inclusive buscando o sentido epistemológico dos termos sugeridos e relacionando-os com a sustentabilidade dos agroecosistemas. Shaxson (2006), repensando a conservação de carbono, água e solo, separa claramente a perspectiva de visualizar condições, processos, mecanismos e fenômenos em percepção/visão antiga e nova, demonstrando nova concepção dada à qualidade dos solos. A nova preocupação de valorar os solos de acordo com suas qualidades, visando identificar seu estado atual relativo às suas condições originais, permite acessar o nível de conservação, degradação ou recuperação de determinado solo, terra ou paisagem. Assim como os cientistas, a assistência técnica agronômica busca continuamente uma definição do que seja um solo bom nos aspectos físicos, químicos ou biológicos.

O pensamento atual ligado à qualidade dos solos, no meio científico, associa determinado atributo a uma ou mais funções do solo. Porém, associada à aplicação dos conhecimentos científicos, há uma expectativa forte entre os técnicos que atuam na extensão rural no sentido de melhor definição prática do que seja um solo de melhor qualidade física, química ou biológica, que reflita melhores condições ecológicas de produção de plantas e que resulte em impacto ambiental neutro ou positivo.

A grande maioria dos artigos sobre estudos da variação de propriedades físicas dos solos publicados até o momento não associa essas variações ao comportamento das plantas, mas se limitam a medir o efeito de manejo do solo, ou de outro fator, sobre aquelas. A pergunta chave dos técnicos de campo é: qual o reflexo de dadas diferenças na produtividade dos cultivos? Este capítulo pretende apresentar o conhecimento atual e algumas tendências do estudo de indicadores físicos da qualidade dos solos, assim como os inter-relacionamentos desses, tentando sugerir alguns valores críticos ou guias indicativos da condição física dos solos, associados às condições ecológicas demandadas pelas plantas e/ou associadas ao risco ambiental para as condições brasileiras e, principalmente, para o sul do Brasil. 2. Propriedades físicas, produção de plantas e efeitos ambientais O estabelecimento de relações entre atributos físicos do solo e o desenvolvimento e produção de plantas tem sido buscado por muitos anos, sendo encontrados para muitos casos, porém muitas vezes não se repetindo em condições similares. Valores ótimos relativos à qualidade física do solo para melhorar a produtividade dos cultivos e manter ou melhorar as condições ambientais ainda são largamente desconhecidos (Reynolds et al., 2002).

Quando variam o solo, o clima, a planta, o manejo e outros fatores do sistema agroecológico, as relações geralmente ficam fracas ou não existem. Pergunta-se, então: não existem relações entre fatores físicos do solo e crescimento e desenvolvimento de plantas? Muios artigos endereçando esse assunto podem ser encontrados na literatura, e tratados de fisiologia

vegetal mostram essas relações. Porém, dois artigos publicados há quatro e duas décadas passadas, respectivamente Forsythe (1967) e Letey (1985), discutem de forma mais abrangente a influência de atributos físicos do solo no meio ecológico de crescimento e desenvolvimento de plantas. Água, oxigênio, temperatura e resistência mecânica são fatores que estão associados à emergência de plantas e ao crescimento radicular, agindo diretamente no crescimento de plantas. Propriedades físicas como textura, estrutura, porosidade, entre outras, por sua vez, afetam diretamente os fatores citados anteriormente e, portanto, indiretamente o crescimento de plantas. Esse cenário demonstra claramente a grande importância do entendimento, medição e manejo considerando o ambiente físico do solo como um ambiente ecológico de plantas, que, se adicionado o fator nutrientes, envolve as principais condições do solo que afetam diretamente a produtividade dos cultivos. E a qualidade biológica, fortemente reconhecida pela ciência do solo? Esta também está, importante e indiretamente, associada às condições físicas e químicas dos solos. A qualidade ambiental de agroecosistemas pode ser percebida pela qualidade da água de superfície e do lençol freático, bem como do ar circundante. A proporção de água que infiltra no solo e que escoa sobre o mesmo é influenciada diretamente pelas propriedades físicas e pelas condições na superfície do solo (presença de vegetação ou de resíduos culturais), interferindo indiretamente na qualidade ambiental. A compactação de solos, que modifica a relação de poros e sólidos do solo, está diretamente associada aos fluxos de água no perfil e tem sido apontada como o principal fator responsável pela degradação ambiental dos solos. A redução na taxa de infiltração de água no solo pode chegar à razão de 10, 100 ou mais vezes quando um solo sob vegetação de mata é convertida em lavoura manejada convencionalmente, com impacto local e regional.

Muitas cheias que atingem distritos e cidades estão diretamente associadas ao uso agrícola. Outro efeito direto da redução da infiltração de água no solo se refere à erosão hídrica, que carreia matéria orgânica, íons e produtos químicos associados aos sólidos do solo transportados. A erosão do solo também é afetada pela resistência dos agregados da superfície do solo, sendo a medição da estabilidade dos agregados da superfície chave na indicação da habilidade de um solo resistir à erosão. A compactação afeta, também, a atividade biológica e o arejamento do solo, afetando indiretamente as trocas gasosas, com efeitos tanto na qualidade do ar do solo para as plantas como do ar atmosférico, e atingindo o homem especialmente pela emissão ou seqüestro de gases relacionados ao efeito estufa. A qualidade dos solos, segundo Gregorich & Carter (1997), tem duas feições – uma ligada à capacidade inerente do solo e outra ligada à parte dinâmica desse, influenciada pelo seu uso e manejo. A qualidade física de um solo depende de sua composição ou de características intrínsecas como profundidade efetiva, mineralogia e textura, assim como de propriedades que variam no tempo. A profundidade efetiva, mineralogia e textura são características importantes na comparação de sítios diferentes, enquanto que a quantificação de propriedades dinâmicas é importante para detectar efeitos de sistemas de manejo de solos ao longo do tempo, no mesmo sítio ou solo. Alguns dos indicadores intrínsecos da qualidade do solo apresentam valores aceitos como favoráveis, a exemplo de uma grande profundidade efetiva. Porém, para alguns indicadores, como por exemplo o teor de argila, a presença de valores altos podem ser tanto favoráveis como desfavoráveis, dependendo das inter-relações com outros atributos. As relações entre atributos físicos e condições do solo, associadas às condições ecológicas das plantas e ambientais, serão desenvolvidas simultaneamente nos tópicos a seguir. Todavia, será dada ênfase às relações das condições físicas com o crescimento de plantas, apresentando, na maioria dos casos, dados experimentais importantes para a definição ou extrapolação de condições críticas, restritivas ou impeditivas ao crescimento de plantas.

O manejo da matéria orgânica em condições tropicais e subtropicais é complexo, uma vez que as taxas de oxidação são muito elevadas. A mobilização do solo pelo preparo resulta em um incremento das trocas gasosas, criando um ambiente oxidativo que, associado à redução da proteção física de fragmentos de matéria orgânica dentro de agregados, resulta em rápido declínio do teor matéria orgânica. A recuperação de solos degradados pode ser obtida com o aumento gradativo dos teores de matéria orgânica no solo. Esse incremento é dependente das condições de clima, solo, manejo e quantidade e qualidade dos resíduos vegetais adicionados.

Teores de matéria orgânica acumulada em área sob campo nativo em quatro condições diferentes de clima e de solo no Rio Grande do Sul são apresentados na Figura 2. Observa-se que o solo com textura argilosa apresentou os maiores valores de matéria orgânica e, à medida que houve um decréscimo no teor de argila, também houve redução no teor de matéria orgânica acumulado no solo. Esse indicador pode ser utilizado como um parâmetro de fragilidade do ecossistema. Assim, solos com baixo teor de matéria orgânica são naturalmente mais susceptíveis à degradação e o manejo desses deve priorizar a manutenção do teor de matéria orgânica e o incremento no aporte de resíduos vegetais.

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15 20 25 30 35Carbono Total, g dm-3

SPD com rotação

SMC sem rotação

Incremento de 11 t ha-1 de carbono orgânico

Figura 1. Carbono orgânico em Argissolo Vermelho em dois sistemas de manejo de solo e de planta. SMC = sistema de manejo convencional. SPD = sistema de plantio direto. Fonte: Bayer (1996).

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, cm

0 5 10 15 20 25 30Carbono, g dm-3

Neossolo Quartzarênico, argila = 40 g/kgArgissolo Vermelho-Amarelo, argila = 120 g/kg Argissolo Vermelho, argila = 220 g/kgLatossolo Vermelho Distroférrico, argila=680 g/kg

Figura 2. Carbono orgânico em quatro classes de solo do RS, sob condições de campo nativo.

A estabilidade estrutural de solos sob condição de campo nativo estão diretamente associados aos teores de argila e de carbono orgânico (Figura 3). Há indicação que, em solos com teor de argila maior do que 100 g kg-1 em condições de campo nativo, onde o teor de carbono orgânico se encontra em estado estável com as condições de aporte e decomposição do local, haja formação de ligações coordenativas, os chamados complexos organo-minerais, suficientes para conferir alta estabilidade estrutural. Portanto, se a magnitude das forças de destruição aumentar, haverá maior susceptibilidade a degradação à medida que houver redução do teor de argila. Le Bissonnais (1996) relata aumento da estabilidade estrutural com o aumento do teor de argila e da capacidade de troca de cátions de sete solos siltosos (Figura 4). O mesmo autor afirma que o aumento do teor de argila de um solo para outro, além de incrementar o teor de carbono orgânico, age diretamente como agente cimentante dos agregados do solo.

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8 a 4,7mm 4,7 a 1mm < 1mm DMGClasses de Tamanho e DMG

Neossolo QuartzarênicoArgissoloVermelho-AmareloLatossolo Vermelho Distroférrico

Figura 3. Estabilidade de agregados em água, medida pelo diâmetro médio geométrico, do horizonte superficial de três classes de solos sob campo nativo. Neossolo Quartzarênico com 40 g kg-1 de argila, Argissolo Vermelho-Amarelo com 120 g kg-1 de argila e Latossolo Vermelho distroférrico com 210 g kg-1 de argila.

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50 100 150 200 250 300 350Argila, g kg-1

Figura 4. Efeito do teor de argila na estabilidade de agregados de 7 solos siltosos sob uso agrícola. Fonte: Le Bissonnais (1996).

4. Estrutura como indicadora de qualidade física dos solos O arranjo espacial das partículas e dos espaços entre elas (poros) define o ambiente ecológico do solo, avaliado pela densidade do solo, geometria, tamanho e continuidade de poros, infiltração e retenção de água e aeração, atributos esses associados à forma da estrutura. Nos sistemas agrícolas os solos são submetidos a sucessivas pressões pelo tráfego de máquinas na semeadura, tratos culturais e colheita, as quais agem no sentido de compacta-lo. Por outro lado, o sistema alivia tais efeitos através da redução das pressões efetivas pela palha na superfície, aumento da matéria orgânica e da atividade biológica do solo, agindo na melhoria da estrutura do solo. Ciclos de umedecimento e secagem também atuam no sentido de aliviar esse efeito. Por sua vez, a resistência do solo em manter a forma atual ou adquirida define a estabilidade estrutural. A cobertura do solo, aumento da atividade microbiológica e aumento da matéria orgânica e sua menor exposição à decomposição pelos microorganismos aumentam a estabilidade estrutural, tendo relação direta com a habilidade de um solo resistir à compactação. A presença da matéria orgânica no solo, nos vários estágios de decomposição, a atividade e a natureza de microorganismos, associados à ação de sistema radicular de plantas são altamente variáveis considerando o enorme número possível de fontes de matéria orgânica, a variação de microorganismos, os tipos de sistemas radiculares e as condições edafoclimáticas locais. Tal fato impõe à estrutura do solo grande dinamicidade para os vários ambientes agrícolas e, para um mesmo ambiente, uma grande dinamicidade no tempo (Carter, 1988; Kay, 1990; Perfect et al., 1990; Reinert et al., 1990; Angers, 1992; Wohlenberg et al., 2004). 4.1. Agregação e estabilidade estrutural 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. Campos et al. (1995), em Latossolo Vermelho-Escuro, registrou que, após sete anos de uso do sistema plantio direto (SPD), houve incremento de 2,7 vezes na estabilidade de agregados da camada de 0 a 5 cm, período em que a matéria orgânica do solo aumentou de 27 para 39 g kg-1 (Figura 5). Deve-se ressaltar, no entanto, que o aumento da estabilidade não necessariamente está associado à melhoria da qualidade dos agregados, uma vez que esses podem se apresentar compactados, com predominância de microporos (Carpenedo & Mielniczuk, 1990). O incremento da agregação é o atributo físico que, associado à cobertura do solo, explica a constante observação por parte dos agricultores e técnicos que, com a adoção do SPD, a erosão é reduzida a limites inferiores aos aceitos como toleráveis para a maioria dos solos sob uso agrícola (4,5 a 15 t ha-1 ano-1).

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1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Carbono orgânico, %

Figura 5. Relação entre o diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregados estáveis em água e carbono orgânico, em um Latossolo Vermelho-Escuro. Cruz Alta, RS. Fonte: Campos et al. (1995).

As taxas de aumento de agregação, no entanto, estão relacionadas à textura do solo, ao

sistema de manejo e ao sistema de cultura adotado. A degradação e o processo inverso, que é a recuperação da estabilidade estrutural, são pelo menos duas vezes mais rápidas em solos arenosos do que em solos argilosos. Em um Argissolo com textura superficial arenosa (73% de areia), a adoção de SPD em solo degradado pelo sistema convencional de preparo recuperou, transcorridos dois a três anos, a estabilidade estrutural para cerca de 70% da original (Borges et al., 1997), ao passo que, em solo com textura argilosa, para alcançar índices semelhantes de recuperação foram necessários nove anos de adoção do SPD (Da Ros et al., 1997). Esses autores determinaram que o manejo inicial de solo que nunca recebeu cultivo e a intensidade de mobilização de solos cultivados são determinantes na condição estrutural resultante. Assim, a estabilidade estrutural foi inversamente relacionada com a freqüência e intensidade de mobilização do solo (Figura 6). Os valores de estabilidade estrutural determinados por esses autores sob diferentes sistemas de manejo foram, em ordem crescente: 1) preparo convencional (aração + gradagem) com mobilização do solo todos os anos - PC; 2) plantio direto com escarificação a cada três anos – PD-Esc; 3) plantio direto com mobilização para incorporação do calcário (aração) somente na implantação do sistema - PD-Cal; 4) plantio direto com aplicação superficial de calcário (sem mobilização do solo) - PD-CN e; 5) campo nativo (sistema não perturbado) – CN.

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2,92,1

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CN PD-CN PD-Cal PD-Esc PCManejo de Solo

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G, m

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Figura 6. Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água sob diferentes sistemas de manejo de um Latossolo de textura média. A linha com setas mostra o limite crítico de DMG igual a 2 mm. Fonte: Da Ros et al. (1997).

O modelo de agregação em solo com gramíneas parece estar bem estabelecido. No entanto, o efeito das leguminosas ainda carece de informações. Alguns dados experimentais suportam a hipótese de que, quando leguminosas são usadas no SPD, se verifica maior taxa de recuperação da agregação. Vários experimentos foram instalados na área experimental do Departamento de Solos da UFSM com o objetivo de medir a recuperação da estabilidade estrutural por gramíneas e leguminosas anuais de inverno/primavera. O solo foi retirado das parcelas, secado ao ar, destorroado, peneirado e colocado de volta nas parcelas. Os experimentos usaram semeadura direta das plantas de inverno/primavera e do milho no verão, sendo que um foi idealizado para medir variações em um ano (efeitos de curto prazo e estacionais) e outro para três anos (efeitos de médio e longo prazos), com diferentes freqüências de amostragens. Ao final de 8 meses, a introdução de plantas de inverno em solo com estrutura mecanicamente destruída resultou em recuperação significativa da estabilidade estrutural do

solo. A estabilidade da estrutura, medida pelo diâmetro médio geométrico dos agregados estáveis em água (DMG), foi diretamente afetada pelo tipo de planta usado, com comportamento nitidamente diferenciado entre as leguminosas e a gramínea. O incremento da estabilidade foi de 2,6 vezes para a média das leguminosas (tremoço, ervilhaca e chícharo) e 1,6 vezes para a aveia preta, em relação ao solo com pousio invernal e supressão da vegetação, que não recebeu efeito de plantas (Figura 7). As leguminosas apresentaram valores superiores de DMG ao longo de todo o período estudado. O solo cultivado com tremoço, quando comparado ao cultivado com ervilhaca e com chícharo, apresentou DMG normalmente superior, parecendo ser essa planta a mais efetiva na promoção de agregação entre as leguminosas estudadas. O solo cultivado com aveia preta apresentou valores de DMG inferiores aos das leguminosas e superiores ao solo em pousio invernal. O fornecimento e decomposição de resíduos das plantas parecem ser o fator mais determinante para as variações de estabilidade dos agregados. A variação da estabilidade estrutural esteve associada a flutuações do tamanho de agregados, principalmente pelo aumento da proporção de agregados entre 8 e 4,76 mm, formados pela união e estabilização de agregados menores do que 1,0 mm.

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0 30 60 90 120 150 180 210 240 270DAS das espécies de inverno

Chícharo

Tremoço

Ervilhaca

Aveia

Pousio

Figura 7. Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água em função de dias após a semeadura de plantas de cobertura do solo de inverno/primavera. Fonte: Reinert (1993). O experimento montado para detectar diferenças por um tempo mais prolongado confirmou o observado no experimento de curta duração e adicionou aspectos interessantes quanto ao efeito cumulativo de gramíneas e de leguminosas. No primeiro ano de condução do experimento após a desestruturação completa do solo, a diferença entre a média do DMG dos agregados dos tratamentos com plantas de cobertura foi de 0,37 mm em relação ao solo descoberto (Figura 8). Essa diferença aumentou para 1,18 mm no segundo ano e para 1,22 mm no terceiro. No segundo ano, o incremento da estabilidade estrutural ocorreu principalmente a partir do pleno florescimento das plantas de cobertura, fato que se repetiu no terceiro ano. A média do DMG dos agregados estáveis em água, considerando as treze épocas de determinação durante os três anos de estudo, foi duas vezes maior no solo com plantas de cobertura de inverno (1,76 mm) do que no solo mantido continuamente descoberto (0,88 mm). No primeiro ano, as leguminosas (tremoço e ervilhaca) mostraram maior eficiência na recuperação da agregação, atingindo média do DMG de 1,08 mm, enquanto que as gramíneas (aveia preta e azevém) atingiram média de 0,67 mm. Entretanto, no segundo ano, a média do DMG das gramíneas (2,10 mm) e leguminosas (2,15 mm) foi muito similar, indicando que as gramíneas parecem estar agindo de maneira mais lenta, porém efetiva na recuperação da agregação. Esse aspecto foi confirmado no terceiro ano, quando a média do DMG das gramíneas (2,67 mm) foi superior à das leguminosas (2,50 mm), mostrando maior eficiência na recuperação da agregação em espaço de tempo maior, principalmente com a aveia preta. O teor de carbono orgânico do solo variou entre as plantas de cobertura, mas a diferença entre elas não foi expressiva. Ao longo dos três

anos, seu incremento foi pequeno em relação ao incremento observado na estabilidade dos agregados, indicando que outros fatores e/ou fração da matéria orgânica determinaram o incremento do diâmetro médio geométrico. Os resultados relatados acima nos conduzem a considerar que o SPD é um sistema que age no sentido de melhorar as condições da estabilidade estrutural e seu efeito pode ter taxas baixas ou altas de melhoramento, dependendo do manejo global do solo e dos sistemas de culturas adotados.

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Azevém Aveia Preta Solo DescobertoErvilhacaTremoço

1993 19951994 1996

Figura 8. Variação do diâmetro médio geométrico (DMG) dos agregados estáveis em água ao longo de três anos de experimentação, em um Argissolo Vermelho sob plantio direto. Fonte: Borges et al. (1996). A metodologia de avaliação da agregação, via método que determina a distribuição do tamanho de agregados em água em cinco ou seis classes e calcula um índice de estabilidade pelo diâmetro médio dos agregados (Kemper & Chepil, 1965), tem estreita correlação com a perda de solo ou erosão hídrica. Baseado nos dados de campo, empiricamente, quando os valores de diâmetro médio geométrico (DMG) atingem 2 mm ou mais (como exemplo, vide Figura 6), a redução de erosão é significativa e esse valor pode ser considerado crítico, sendo tanto melhor quanto maior for o valor. A textura do solo, como colocado anteriormente, afeta o tempo necessário para que determinado manejo conservacionista melhore a estabilidade do solo para valores superiores ao crítico, mas parece não influenciar os valores críticos absolutos. 4.2. Densidade, porosidades e resistência do solo A densidade e porosidades do solo, apesar de não serem as propriedades que recebem maior impacto com a modificação da estrutura do solo, têm sido largamente usadas pela facilidade de determinação e de receber pequena influência do teor de água no momento da coleta de amostra de solo. Outra propriedade físico-mecânica do solo, alterada pelo sistema de manejo, é a sua resistência mecânica à penetração medida por penetrômetros. Ela está estreitamente associada à densidade do solo e, para o mesmo teor de água, é tanto maior quanto maior a densidade do solo, mostrando ser um bom indicador da compactação quando corretamente utilizado. Alguns pesquisadores sugerem que a densidade do solo não é o mais importante fator que limita o crescimento radicular, mas sim a resistência que o solo oferece ao crescimento das raízes.

O aumento da densidade do solo em lavouras sob SPD foi verificado por vários autores, podendo ser considerado como uma conseqüência normal do SPD, mas a produtividade, muitas vezes, não é afetada. Esse aspecto pode estar relacionado à maior estabilidade e continuidade dos poros e da presença de poros biológicos (principalmente no sentido vertical), que afetam a aeração do solo, a infiltração de água e a penetração de raízes. Dados publicados e observações

visuais indicam que o maior estado de compactação de solos sob SPD, indicado pela densidade do solo, ocorre de 8 cm até aproximadamente 15 cm de profundidade (Genro Junior et al., 2004), sendo provocada pelo confinamento das pressões que ocorrem próximo a essa profundidade. Para alguns tipos de solos e de plantas, esse aumento da densidade verificado não é prejudicial ao desenvolvimento das mesmas, mas noutras ocasiões esse fato tem sido um fator maior na percepção de qualidade do solo. Num sistema de preparo reduzido, os efeitos da compactação tendem a ser mais persistentes do que em sistemas com preparo do solo, pois o revolvimento ocasionado pelo preparo convencional reduz, anualmente, os efeitos da compactação na camada arável. Deve-se considerar, também, que a existência de um estado de compactação intermediário na camada superficial do solo, em níveis que não comprometam o fluxo de água e de gases e não determinem resistência mecânica impeditiva ao crescimento radicular, pode ser até certo ponto desejável. Isto porque pode determinar um aumento do volume de mesoporos (diâmetro entre 50 e 0,5 µm), responsáveis pelo armazenamento de água em tensão disponível para as plantas (Veiga, 2005), e de prevenir compactação adicional e transmissão de tensões aplicadas na superfície do solo para camadas mais profundas, pelo aumento da tensão de pré-consolidação e do coeficiente de compressibilidade na camada superficial (Veiga et al., 2006). Em sistemas integrados de produção de grãos e de carne ou leite, há preocupação com a compactação superficial provocada pelo pisoteio dos animais. Um Argissolo de textura arenosa que recebeu pisoteio contínuo no inverno, durante 100-150 dias, com carga animal variando de 1.000 a 1.500 kg ha-1, não apresentou valores de macroporosidade e de densidade do solo que indicassem restrição ao crescimento vegetal. Os valores de densidade radicular e produtividade de silagem e de grãos, quando comparados aos das áreas descompactadas mecanicamente, confirmaram a não restrição devido à compactação causada pelo pisoteio animal, e os valores de densidade do solo, apesar de terem aumentado na segunda camada, ficaram em torno de 1,45 Mg m-3 (Scapini et al., 1997; Silva et al., 2000b). Entretanto, quando foi utilizada alta carga animal em um Argissolo de textura média observou-se aumento da densidade do solo e redução da aeração e infiltração da água no solo. Nessa condição, a eliminação da compactação pelo preparo convencional proporcionou aumento significativo da produtividade do milho (Trein et al., 1991). Em um Latossolo com mais de 60% argila, a adoção continuada de SPD tem conduzido a um estado de compactação aproximando-se de condições que podem limitar a produtividade dos cultivos. Silva & Reinert (1998) relataram valores de densidade do solo para a camada de 8 a 17 cm próximos a 1,45 Mg m-3 e resistência à penetração superior a 2.000 kPa para Latossolo argiloso com dez anos de plantio direto. Para esse solo, os valores citados devem estar próximos aos limites críticos (ainda não bem estabelecidos) ao crescimento vegetal relacionados à compactação dos solos. Porém, a produtividade da soja no SPD foi de 3.179 kg ha-1, contra 3.086 kg ha-1 no sistema convencional.

A análise da distribuição radicular no perfil é uma metodologia qualitativa de avaliação da resposta do sistema radicular às condições do solo, possuindo grande utilidade na avaliação e identificação de camadas de impedimento mecânico ou restrição ao crescimento radicular, pois elas são sensíveis ao ambiente em que se apresentam e respondem as alterações do ambiente ecológico. Na comparação de três sistemas de manejo para a cultura do feijão em Argissolo franco arenoso (Silva, 2003), as raízes do feijoeiro se concentraram na camada de 5 a 15 cm no plantio direto, porém algumas ultrapassaram a camada compactada e se desenvolveram em profundidades maiores que 30 cm. No preparo convencional, não ocorreram restrições ao crescimento radicular, onde as raízes se distribuíram uniformemente para os lados da planta, ocupando todo o volume de solo. No preparo reduzido, as raízes se concentraram até a profundidade de 25 cm.

Em outro estudo desenvolvido em Argissolo franco arenoso, com compactação adicional imposta por tráfego de máquinas, os diferentes estados de compactação do solo refletiram-se na distribuição e morfologia do sistema radicular da soja e do feijão, o que afetou significativamente a produtividade das culturas (Streck, 2003). Ao longo do ciclo das culturas, todos os tratamentos atingiram valores de resistência do solo à penetração restritivos ao crescimento das plantas (> 2 MPa), mas com menor freqüência e num menor intervalo de

profundidade para o tratamento sem compactação adicional. Comparado ao tratamento sem compactação adicional, o estado de compactação imposto por duas passadas de máquina de 10 t de massa, reduziu a produtividade da soja em 20% e 40% para o feijão, e para o estado de compactação mais elevado, imposto por quatro passadas da mesma máquina, a redução na produtividade foi de 38% para a soja e de 62% para o feijão.

Em Latossolos com distintos estado de compactação (Silva, 2003), a resistência à penetração foi mais eficiente que a densidade do solo em identificar os estados de compactação e camadas compactadas. A estrutura da camada compactada possui aspecto maciço e laminar, indicativo de compactação provocada por tráfego de máquinas. A cultura do trigo foi a mais sensível à compactação do solo, sendo reduzida em 18 % no Latossolo Vermelho distrófico e em 34 % no Latossolo Vermelho distroférrico típico no maior estado de compactação em relação ao menor estado de compactação, possivelmente devido à aeração deficiente. A produtividade de milho também foi sensível aos diferentes estados de compactação, o mesmo não ocorrendo com a soja.

Em um Latossolo Vermelho distroférrico típico, Suzuki (2005) avaliou o crescimento radicular da cultura do trigo e sua relação com a resistência à penetração no perfil do solo, para uma área que recebeu compactação adicional correspondente a 2 passadas de uma máquina de 10 t e uma área que recebeu escarificação (Figura 9). Na área com maior estado de compactação, o volume com maior resistência do solo esteve estritamente associado com o crescimento radicular. Em um Argissolo Vermelho distrófico arênico com a cultura da soja essa mesma associação foi visível (Figura 10).

Figura 9. Resistência à penetração e crescimento radicular do trigo para uma área que recebeu compactação adicional (a, b) e uma área que recebeu escarificação (c, d). A resistência à penetração foi determinada a cada 0,03 e 0,06 m da linha de semeadura, e a malha utilizada para avaliação do sistema radicular foi de 0,05 x 0,05 m. Fonte: Suzuki (2005).

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Distância da planta (m)

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1 MPa

2 MPa

3 MPa

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Distância da planta (m)

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3 MPa

Esses estudos demonstram que, se o objetivo for estudar a relação com as plantas, os

indicadores físicos de estrutura do solo devem estar associados ao crescimento e à produtividade e calibrados preferencialmente no campo.

Figura 10. Resistência à penetração e crescimento radicular da cultura da soja em uma área que recebeu compactação adicional (a, b) e outra que recebeu escarificação (c, d).

Na tentativa de responder à necessidade de parâmetros físicos do solo que possam

orientar no diagnóstico de condições físicas limitantes ao crescimento das raízes de plantas e, ainda, auxiliar na tomada de decisão sobre quando intervir para recuperar essas condições, alguns valores críticos de parâmetros físicos têm sido indicados na literatura, embora sejam estritamente empíricos (Quadro 1). Quadro 1. Valores críticos para alguns parâmetros físicos do solo, segundo várias fontes da literatura. Parâmetro Valores críticos Fonte

1,4 – 1,8 (função do teor de argila) Jones (1983)

Densidade do solo - impedimento severo 1,4 – 1,6 (argiloso)

1,6 – 1,8 (franco e arenoso) Veihmeyer & Hendrickson (1948)

Densidade do solo - restritiva

1,4 (argila)

1,55 (franco siltoso)

1,75 (franco arenosos)

Soil quality information sheets *

Densidade do solo – restritiva em solos úmidos

1,65 (franco arenoso) Brady & Weil (1996)

Porosidade de aeração - EA EA = 0,10 – 0,15 m3 m-3 Cockroft &Olsson (1997)

* http://soils.usda.gov/sqi/publications/sqis.html

(a) (b)

(c) (d)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0,30 0,20 0,10 0 0,10 0,20 0,30Distância da planta (m)

0,050,100,150,200,250,300,350,40

Prof

undi

dade

(m)

MPa

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0,30 0,20 0,10 0 0,10 0,20 0,30Distância da planta (m)

0,050,100,150,200,250,300,350,40

Prof

undi

dade

(m)

MPa

A obtenção de valores críticos via experimentação de campo é dificultada pela

impossibilidade de isolar fatores experimentais para definir efeito de um ou mais atributos físicos no crescimento radicular ou aérea de plantas. A estratégia empírica de somar conhecimentos, via a obtenção de dados quando há impedimento, restrição radicular ou redução de produtividade em experimentos de campo, é decisiva para a definição grosseira de valores críticos de indicadores físicos da qualidade de solos observados in loco. O quadro 2 apresenta um grupo de resultados obtidos a partir de experimentos de campo onde o sistema radicular ou a produtividade foram medidas. Quadro 2 Valores críticos de densidade do solo (Dsc) e macroporosidade (Mac) baseados na observação de restrições em experimentos de campo.

Autor Granulomteriag kg-1

Dsc Mg m-3

Mac m3 m-3 Restrições

De Maria et al. (1999)

750 argila 200 silte 50 areia

1,21 - Redução do crescimento radicular da soja

1,79 0,06 Redução do crescimento radicular e rendimento do feijoeiro Streck

(2003)

89,3 argila 297 silte 614 areia 1,81 0,05 Redução do crescimento

radicular e rendimento da soja 555 argila 224 silte 221 areia

1,62 - Redução do rendimento do trigo, mas não da soja e do milho Secco

(2003) 610 argila 290 silte 100 areia

1,54 - Redução do rendimento do trigo e do milho, mas não da soja

Beutler et al. (2004)

271 argila 42 silte

687 areia 1,63 - Redução do crescimento

radicular e rendimento do arroz


1,49 a 1,53 0,07-0,12

Redução do crescimento radicular e rendimento do feijoeiro

1,76 0,09 Redução do crescimento radicular do feijoeiro

Collares (2005) 89,3 argila

297 silte 614 areia 1,84 0,08

Redução do crescimento radicular e rendimento do feijoeiro


1,66 0,07


1,52 0,06


1,39 0,10

Restrições ao crescimento radicular da soja Suzuki

(2005)


1,36 0,05 Redução do crescimento radicular e rendimento da soja e redução do rendimento do milho

Relações da porosidade de aeração e resistência do solo apresentadas por Silva et al.

(2004) demonstram que os valores críticos ou restritivos não funcionam de maneira abrupta

cessando o crescimento (Figura 11), porém indicam que os valores críticos de espaço aéreo e resistência do solo largamente usados como referência não estão muito distantes. Os autores reconhecem as limitações dos dados, afirmando que as plantas poderiam estar explorando volumes diferentes aos amostrados, explicando em parte as diferenças nas observações.

Figura 11. Valores de crescimento de plantas com a variação de porosidade de aeração (a) e de resistência à penetração (b) em solo sob plantio direto (PD) e convencional (PC). Fonte: Silva et al. (2004). A dificuldade para a definição e, conseqüentemente, adoção de um valor crítico para propriedades e atributos de solo está relacionada ao fato de que esses não são determinantes diretos do crescimento das plantas, como demonstrado por Letey (1985) em seu conceito de faixa de umidade não limitante. Além disso, as propriedades e atributos do solo atuam de forma conjunta e complexa sobre os fatores de crescimento e, assim, a definição de um valor específico para uma propriedade pode ter significado muito limitado quando analisado isoladamente. Experimentalmente, tem-se observado (Silva, 2003) que as plantas continuam produzindo adequadamente, mesmo em solos que muitas vezes apresentam, para algumas propriedades, condições teoricamente inadequadas. Silva et al. (2004) aponta a presença de bioporos como o principal responsável por essa observação. Por esse motivo o uso de sistema plantio direto de forma continuada promove crescimento adequado de plantas em maiores valores de resistência do solo e menores de porosidade de aeração. 4.3. Infiltração de água Os indicadores infiltração de água no solo, resistência do solo à penetração, densidade do solo e porosidade total, macroporosidade e microporosidade do solo indicam o estado da forma com que a estrutura do solo se encontra. A infiltração da água no solo apresenta a maior amplitude de variação (Reichert et al., 2005) por integrar vários fatores, tais como, distribuição do tamanho e continuidade de poros, presença de poros biológicos, cobertura do solo, entre outros. Poros biológicos são aqueles esféricos, com diâmetro maior do que 2-3 mm, formados principalmente pela atividade da mesofauna e pela morte e decomposição das raízes. Tais poros, embora em volume total pequeno, exercem grande efeito na infiltração da água no solo.

A presença de poros construídos, semelhantes aos originados por corós (Dilobderus abderus), em caixas com solo, aumentou enormemente a infiltração de água quando uma chuva artificial de 250 mm h-1 foi aplicada (Figura 12). Nesse experimento, a ocupação de menos de 1% da superfície com poros grandes e contínuos (11 mm de diâmetro e 230 mm de comprimento) foi a principal responsável pela infiltração sob condições de chuva simulada de alta intensidade.

A perda da qualidade física do solo com o uso agrícola, que inclui práticas de mobilização e exposição do solo, foi medida por Alves et al. (2005) usando a infiltração de água (anéis concêntricos) como indicador. Esses autores demonstraram redução da taxa de infiltração de água, no início do processo, na ordem de 10 ou mais vezes quando o solo preparado convencionalmente é comparado ao de mata. Usando metodologia tradicional de medida da taxa

(a) (b)

de inflitração de água (anéis concêntricos), Trein et al. (1991), Bertol et al. (1998), Cassol (2003) e Lanzanova (2005) mostraram redução significativa da infiltração em área com o pisoteio animal. De maneira geral, a infiltração foi mais afetada quanto maior a intensidade do pisoteio, enquanto o impacto na produtividade não foi regra geral, indicando que a redução da infiltração de água no solo tem impacto superior nas variáveis ambientais. A definição de limites críticos de taxa de infiltração de água é muito subjetiva, pois depende diretamente do uso da informação. Outrossim, as informações encontradas na literatura mostram grande variação na infiltração para solos e manejos similares, indicando que os dados existentes são insuficientes para estabelecer estimativas adequadas de infiltração de água nos solo (Reichert et al., 2005).

Para uso em projetos de irrigação, o valor da taxa básica de infiltração, atingida várias horas após o início do processo, é médio quando situado entre 5 e 15 mm h-1 (Bernardo et al., 2006), o qual é um valor muito baixo considerando as intensidades de chuvas naturais e seus efeitos ambientais.

Figura 12. Infiltração de água em condição de chuva simulada em microparcelas, com simulação de presença de bioporos verticais. Fonte: Silva et al. (2000a). 5. Indicadores qualitativos do ambiente físico do solo

O solo funciona como parte do agroecossistema, o que torna mais difícil medir sua qualidade. Múltiplas observações para diferentes lugares e tempo devem ser feitas e uma boa estratégia é observar respostas integradoras de um determinado solo como desenvolvimento da cultura, doenças, empoçamento de água e produtividade. Nesse sentido, a maioria dos produtores rurais se preocupa com o efeito dos sistemas de produção sobre o solo e percebe se a qualidade de seu solo está melhorando ou piorando.

Além dos indicadores de qualidade do solo considerados quantitativos e mais científicos comentados anteriormente, indicadores qualitativos que possam ser observados diretamente na propriedade (Quadro 3) são de alta importância e devem servir de guia para o manejo dos solos agrícolas e estarem bem consolidados na memória dos produtores.

A análise de indicadores qualitativos e quantitativos deve ser feita em momentos estratégicos durante o ciclo das culturas e alguns indicadores devem ser observados ao longo do tempo. Um bom exemplo de indicador se refere ao escoamento superficial durante eventos de chuva de alta intensidade, mas outros, como acúmulo de água com drenagem lenta, aparência das plantas, presença de organismos, etc, também podem dar uma boa indicação do estado da qualidade do solo. O indicador de qualidade de maior sucesso é a observação de como as raízes “se relacionam” com o ambiente do solo abaixo da superfície, ou seja, a determinação do que se convencionou chamar de estudo do perfil das raízes (Reichert et al., 2003). Para tanto, abre-se uma trincheira, com uma planta no estágio de maior desenvolvimento radicular (75% do

0

5

10

15

20

25

30

Infil

traçã

o , c

m h

- 1

0 10 20 30 40 50 60Tempo, min

26 poros m-2

13 poros m-2

0 poros m-2

florescimento) no centro de uma das paredes, e, com auxílio de um objeto pontiagudo, expõe-se parte do sistema radicular. As raízes expostas são analisadas visualmente, tentando perceber se há sinais de limitações físicas. Características como direção, espessura e aprofundamento das raízes são indicadores freqüentemente empregados na identificação de restrições.

Quadro 3. Indicadores físicos e biológicos do solo, relacionados ao desenvolvimento e produção de plantas, usados para avaliar a qualidade dos solos (extraído de Reichert et al., 2003).

Indicador Época de Qualidade estrutural

Avaliação Pobre Média Boa

Indicadores físicos 1. Compactação

subsuperficial Boa umidade do solo

Solo resistente; aparência laminar; difícil de penetrar objeto pontiagudo

Alguma resistência a objetos pontiagudos

Solo friável

2. Boa estrutura

Boa umidade do solo

Aspecto maciço Superfícies de fraqueza clara

Granular

3. Aeração

Crescimento de plantas

Poucos poros visíveis e drenagem limitada

Alguns bioporos Solo aberto e bioporos comuns

4. Profundidade efetiva

Qualquer Subsolo exposto Evidências de perda horizonte A

Horizonte A profundo

5. Infiltração

Após chuva Água escoa ou permanece na superfície

Água penetra Sem escoamento ou empoçamento

6. Drenagem Após chuva Solo úmido por longo tempo

Algum empoçamento

Água se move rapidamente

7. Retenção de água

Crescimento de plantas

Estresse após poucos dias

Plantas “sentem” seca

Estresse somente em seca extrema

8. Cobertura superficial

Qualquer Exposto Alguma cobertura, <30%

100% cobertura

Indicadores biológicos (planta) 1. Bioporos/

minhocas Úmido na superfície

Sem sinal

Alguns bioporos: de 2 a 10/m2

Bioporos: > 10/m2

2. Raízes

75% floração Concentrada na superfície

Algumas se aprofundam

Raízes profundas sem sinal de restrição

3. Resistência à seca

Seca Plantas não se recuperam

Sofrem Suportam

4. Aparência da cultura

Ciclo Folhas curtas e descoloridas

Crescimento médio e manchado

Densa, verde e alta

5. Produção Colheita Abaixo da média Média local Acima da média

6 Considerações finais

Na agricultura, procura-se desenvolver e adotar manejos e tecnologias que contribuam para a sustentabilidade dos agroecossistemas. Essa contribuição pode e deve ser monitorada através de indicadores de qualidade do solo, os quais devem ser integradores de processos e relacionarem-se claramente com funções do solo. Nesse sentido, entre outras possibilidades, a

integração de três propriedades do solo para formar o intervalo hídrico ótimo e, a partir dele, estabelecer a densidade crítica do solo para o desenvolvimento de plantas é um grande avanço na área de biofísica do solo. Contudo, indicadores mais simples e de fácil obtenção devem ser usados para orientar a tomada de decisão no campo, por extensionistas e consultores agrícolas. A densidade e macroporosidade do solo, associadas ao armazenamento de ar e água e resistência do solo, e a agregação e infiltração, associadas à entrada e ao escoamento de água e à erosão, constituem os mais importantes indicadores físicos do solo. Valores empíricos críticos para alguns desses atributos são sugeridos no texto.

Contudo, estratégias mais simples envolvendo a avaliação qualitativa do solo que permita ao técnico e ao agricultor visualizar aspectos do solo limitantes ao crescimento das plantas e a qualidade ambiental são apontadas. Essas estratégias, embora simples, normalmente não são utilizadas.

Um bom indicador de qualidade física do solo é a distribuição das raízes das plantas, visualizadas em trincheiras abertas próxima às plantas em pleno florescimento. Uma pá, um canivete e um observador atento são suficientes para avaliar a dimensão vertical (em profundidade), onde a qualidade do solo se expressa. O olhar deveria ser como o do tatu: por cima da terra e para dentro do solo!

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qualidade física do solo

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