As propriedades fsicas do solo influenciam a funo do ecossistema e a escolha do melhor manejo a

ser adotado. O sucesso ou fracasso de projetos agrcolas ou de engenharia muitas vezes dependente das propriedades fsicas do solo utilizado. A ocorrncia e crescimento de diferentes espcies vegetais e o movimento de gua e solutos esto diretamente relacionados s propriedades fsicas do solo.

A cor, textura e outras propriedades fsicas do solo so utilizadas na classificao de perfis e em levantamentos sobre a aptido do solo para projetos agrcolas e ambientais. O conhecimento bsico sobre as propriedades fsicas do solo servir como base para a compreenso de muitos aspectos que sero abordados posteriormente.

As propriedades fsicas discutidas neste captulo dizem respeito s partculas slidas do solo e maneira como elas se unem formando agregados. Se pensarmos no solo como uma casa, as partculas slidas so os tijolos com os quais a casa construda. A textura do solo descreve o tamanho das partculas. As fraes minerais mais grosseiras so normalmente cobertas por argila e outros materiais coloidais. Quando houver predomnio de partculas minerais de maior dimetro, o solo classificado como cascalhento, ou arenoso; quando houver predomnio de minerais coloidais, o solo classificado como argiloso. Todas as transies entre estes limites so encontradas na natureza.

Na construo de uma casa, a maneira como os tijolos esto dispostos determina a natureza das paredes, quartos e corredores. A matria orgnica e outras substncias atuam como agente cimentante entre as partculas, formando os agregados do solo. A estrutura do solo descreve a maneira como as partculas so agregadas. Esta propriedade, portanto, define a configurao do sistema poroso do solo.

As propriedades fsicas estudadas neste captulo descrevem a natureza das partculas slidas e a maneira como influenciam a gua e o ar contidos no espao poroso do solo. Textura e estrutura do solo contribuem na capacidade de fornecimento de nutrientes, assim como na reteno e conduo de gua e ar, necessrios para o desenvolvimento radicular das plantas. Estes fatores tambm determinam o comportamento do solo quando utilizado em estradas, construes, fundaes, ou cultivo. Pela sua influencia no movimento da gua atravs do solo e fora dele, as propriedades fsicas tambm exercem uma grande influncia sobre a degradao do solo pelo processo erosivo. 1.1 Textura do Solo (Distribuio do Tamanho de Partculas)

A determinao das propores dos diferentes tamanhos de partculas (textura do solo) importante para o entendimento do comportamento e manejo do solo. Durante a classificao do solo em um determinado local, a textura dos diferentes horizontes muitas vezes a primeira e mais importante propriedade a ser determinada e, a partir desta informao muitas concluses importantes podem ser tomadas. Alm disso, a textura do solo no prontamente sujeita a mudanas sendo, portanto, considerada como uma propriedade bsica do solo.

1

ARQUITETURA E PROPRIEDADES

FSICAS DO SOLO

2

Natureza das Fraes do Solo

O dimetro de partculas do solo subdividido em 6 ordens de magnitude, de mataces (1m) a argilas submicroscpicas ( 2 mm de dimetro podem afetar o comportamento do solo, mas no so considerados como parte da frao terra fina, para a qual o termo textura do solo aplicado. Fragmentos grosseiros reduzem o volume disponvel de solo para reteno de gua e crescimento de razes, entretanto, em solos densos, os espaos entre fragmentos podem fornecer caminhos para drenagem de gua e penetrao de razes. Fragmentos grosseiros, especialmente aqueles constitudos de minerais resistentes como o quartzo, interferem no cultivo ou escavao.

Areia - Partculas de areia so aquelas com dimetro entre 0,05 mm e 2 mm. Elas podem ser arredondadas ou angulares (Figura 1.2), dependendo do grau de desgaste a que elas tenham sido sujeitas pelos processos abrasivos durante a formao do solo. Partculas arenosas grosseiras podem ser compostas de fragmentos de rocha contendo vrios minerais, mas a maioria dos gros de areia constituda por um s mineral, normalmente quartzo (SiO2) ou outro silicato primrio (Figura 1.3). Gros de areia podem possuir colorao marrom (ou bruna), amarela, ou vermelha como resultado de camadas de xidos de ferro ou alumnio. Em alguns casos, a predominncia de quartzo significa que a frao areia geralmente tem um contedo muito pequeno de nutrientes disponveis para as plantas, em relao a partculas de menor dimetro.

As partculas de areia so speras ao tato e geralmente so visveis a olho nu (Figura 1.4). Estas partculas so relativamente grandes, deste modo, os espaos entre elas tambm possuem um dimetro relativamente grande, promovendo a drenagem livre da gua e entrada de ar no solo. A relao entre dimetro de partcula e rea superficial especfica (rea superficial para um dado volume ou massa de partculas) ilustrada na Figura 1.5. Devido ao seu maior tamanho, partculas de areia tm superfcie especfica relativamente baixa. Deste modo, apresentam pequena capacidade de reteno de gua e solos com predominncia desta frao so mais propensos a serem deficientes em umidade em perodos de estiagem. Partculas de areia so consideradas no coesivas; isto , no se mantm unidas a outras partculas.

FIGURA 1.1. Classificao das partculas por tamanho. A escala sombreada localizada no centro segue o sistema do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, o qual muito utilizado por todo o mundo. Os outros dois sistemas so tambm utilizados na cincia do solo e na engenharia. O desenho ilustra os tamanhos proporcionais das fraes do solo.

Silte - Partculas menores que 0,05 mm e maiores que 0,002 mm de dimetro so classificadas como silte. Partculas de silte no so visveis a olho nu (Figura 1.2) nem apresentam sensao de aspereza quando esfregadas entre os dedos. So micro partculas de areia com o quartzo sendo, geralmente, o mineral dominante. Partculas de silte, devido a seu dimetro reduzido, so mais propensas ao do intemperismo, liberando rapidamente quantidades significativas de nutrientes para as plantas.

Embora o silte seja composto de partculas com formato similar ao das partculas de areia, apresenta sensao de sedosidade ao tato. Os poros entre partculas de silte so menores (e muito mais numerosos) que os poros presentes entre as partculas de areia, deste modo, o silte retm mais gua e permite uma menor taxa drenagem. Entretanto, quando seca, a frao silte exibe pouca pegajosidade ou plasticidade (maleabilidade). A baixa plasticidade, coeso (viscosidade) e capacidade de adsoro que algumas fraes de silte apresentam , em grande parte, devida a filmes de argila aderidos superfcie das partculas. Devido sua baixa pegajosidade e plasticidade, solos siltosos, de maneira geral, so facilmente carregados por fluxos de gua, num processo chamado piping. O quadro 1.1 ilustra uma conseqncia do piping e a importncia da distino entre silte e argila no solo.

FIGUmicropartcsilte fraoobserrevesvarrefeldsp3

RA 1.2 Uma pequena seo de um solo franco visto atravs de um scpio empregando luz polarizada (poros vazios aparecem em preto). As ulas de areia e silte mostradas so irregulares em tamanho e forma, sendo o representado pelas partculas menores. Embora o quartzo (q) predomine na areia e silte deste solo, vrios outros minerais silicatados podem ser

vados (p = plagioclsio, k = feldspato). Filmes de argila podem ser vistos tindo as paredes dos poros maiores (setas). A microscopia eletrnica de dura, em gros de areia, mostra partculas de quartzo (abaixo esquerda) e ato (abaixo direita) com aumento de cerca de 40 vezes.

4

Argila - Partculas menores que 0,002 mm so classificadas como argila, pelo fato de possurem uma grande rea superficial especfica, apresentam uma enorme capacidade de adsoro de gua e outras substncias. Uma colherada de argila pode possuir uma rea superficial do tamanho de um campo de futebol. Este grande poder de adsoro faz com que partculas de argila mantenham-se unidas em uma massa coesa depois de seca. Quando mida, a argila pegajosa e pode ser facilmente moldada.

Partculas de argila so to pequenas que comportam-se como colides, quando suspensas em gua no depositam-se facilmente. Diferentemente da maior parte das partculas de areia e silte, partculas de argila possuem forma de pequenas lminas ou placas planas. Os poros entre partculas de argila so muito pequenos e irregulares, ocasionando lento movimento de gua e do ar no solo. Cada mineral de argila atribui diferentes propriedades aos solos nos quais so predominantes. Por esta razo, propriedades do solo como contrao-expanso, plasticidade, capacidade de reteno de gua, resistncia do solo e adsoro de elementos qumicos, so dependentes do tipo e da quantidade de argila presente no solo.

FIGURA 1.3 Relao entre o tamanho das partculas e o tipo de mineral presente. O quartzo dominante na frao areia e em fraes mais grosseiras de silte. Silicatos primrios como o feldspato, hornblenda e mica esto presentes na areia e em menores quantidades na frao silte. Minerais secundrios, como xidos de ferro e alumnio, so predominantes na frao silte de menor dimetro e na frao argila mais grosseira.

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FIGURA 1.4 Relao entre a rea superficial de um cubo de massa conhecida e o tamanho de suas partculas. No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm2 de rea superficial. O cubo tem seis lados, com rea superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64 cm2). Se o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modo que cada um tenha 2 cm de lado, o mesmo material ser agora representado por 64 cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubo pequeno ter 4 cm2 (2 x 2) de rea superficial, resultando em 24 cm2 de rea superficial (6 lados x 4 cm2). A rea superficial total ser de 1536 cm2 (24 cm2 x 64 cubos). Deste modo, a rea superficial deste cubo ser quatro vezes maior do que a rea superficial do cubo maior. Como partculas de argila so muito pequenas e possuem formato laminar, sua rea superficial milhares de vezes maior do que a rea superficial de uma mesma massa de partculas de areia.

Influncia da rea superficial em outras propriedades do solo

medida que diminui o dimetro das partculas, a rea superficial e propriedades relacionadas aumentam significativamente, como mostrado graficamente na Figura 1.5. Argila de tamanho coloidal possui rea superficial cerca de 10.000 vezes maior do que a mesma massa de areia de tamanho mdio. A textura do solo influencia muitas outras propriedades (Tabela 1.1) como resultado de cinco fundamentais fenmenos de superfcie:

1. A gua retida como pequenos filmes aderidos superfcie das partculas do solo. Quanto maior a rea superficial, maior a capacidade de reteno de gua.

2. Gases e substncias qumicas so atrados e adsorvidos pela superfcie das partculas minerais.

Quanto maior a rea superficial, maior a capacidade de reteno de nutrientes e outras substncias qumicas do solo.

3. O processo de intemperismo que ocorre na superfcie das partculas minerais libera elementos

constituintes para a soluo do solo. Quanto maior a rea superficial, maior a taxa de liberao de nutrientes para as plantas.

4. As superfcies das partculas minerais apresentam cargas negativas e positivas, filmes de gua

presentes na superfcie destes minerais fazem com que as partculas mantenham-se unidas. Quanto maior a rea superficial, maior a tendncia das partculas manterem-se unidas em uma massa coesa ou como pequenos agregados.

5. Os microorganismos tendem a se desenvolver e colonizar as superfcies das partculas. Por estas e

outras razes, reaes microbiolgicas nos solos so altamente afetadas pela rea superficial especfica.

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Figura 1.5 Quanto mais fina a textura do solo, maior a superfcie efetiva exposta por suas partculas. Note que a adsoro, a expanso e outras propriedades fsicas (plasticidade e coeso, calor de umedecimento) seguem a mesma tendncia e aumentam rapidamente medida que se aproximam da dimenso coloidal.

Tabela 1.1 Influncia das fraes (areia, silte e argila) em algumas propriedades e comportamento do solo.a

Propriedades/Comportamento do solo Areia Silte Argila

Capacidade de reteno gua Baixa Mdia a alta Alta Aerao Boa Mdia Pobre Taxa de drenagem Alta Lenta a mdia Muito lenta Teor de matria orgnica no solo Baixo Mdio a alto Alto a mdio Decomposio da matria orgnica Rpida Mdia Lenta Aquecimento na primavera Rpido Moderado Lento Susceptibilidade compactao Baixa Mdia Alta Susceptibilidade a eroso elica Moderada Alta Baixa Susceptibilidade a eroso hdrica Baixa Alta Solo agregado baixa

Solo no agregado - alta Potencial de expanso e contrao Muito baixo Baixo Moderado a muito alto Adequabilidade para construo de represas e aterros

Baixa Baixa Alta

Capacidade de cultivo aps chuva Boa Mdia Baixa Potencial de lixiviao de poluentes Alto Mdio Baixo Capacidade de armazenamento de nutrientes

Baixa Mdia a alta Alta

Resistncia mudana de pH Baixa Mdia Alta a excees estas generalizaes ocorrem, como resultado da estrutura do solo e mineralogia da argila

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QUADRO 1.1 SILTE E A FALHA DA REPRESA TETONa Uma das mais trgicas falhas de engenharia da histria americana aconteceu ao sul de Idaho em 5 de junho de 1977, menos de um ano aps o trmino da construo de uma grande represa de terra no Rio Teton. Onze pessoas foram mortas e 25.000 ficaram desabrigadas nas cinco horas que foram necessrias para esvaziar o lago de 28 km de comprimento que havia sido formado pela represa. $ 400 milhes (1977 dlares) foi o valor dos prejuzos causados pelo grande volume de gua liberado pelo desmoronamento da represa no vale abaixo. A destruio da represa iniciou com pequenas infiltraes que rapidamente tornaram-se grandes volumes de gua, arrastando at mesmo mquinas designadas para reparos no local. A represa Teton foi construda de acordo com um modelo padro, testado para diques de terra dividido em zonas. Depois de preparar uma base sobre riolito abaixo do solo, a parte central (zona 1) foi construdo com material firmemente compactado e coberto com uma camada (zona 2) de material grosseiro de solo aluvial para proteger da eroso hdrica e elica. A parte central deveria ser construda com uma camada impermevel que impedisse o movimento de gua atravs da represa. Normalmente, materiais argilosos so escolhidos para o centro, por possurem caractersticas de plasticidade e pegajosidade, estes materiais quando midos podem ser compactados em uma massa impermevel e malevel que permanece unida e no apresenta fissuras desde que seja mantida mida. O silte, por outro lado, ainda que possa parecer semelhante a argila no campo, tem pequena ou nenhuma viscosidade ou plasticidade e portanto no pode ser compactado em uma massa coesa como a argila. Uma massa mida e compactada de silte poder apresentar fissuras pela falta de plasticidade. Alm disso, se a gua penetra nestas fissuras, o material siltoso ser carregado pelo fluxo de gua, aumentando as fissuras e conduzindo mais gua. O processo de aumento rpido dos canais de infiltrao chamado de "piping". Este processo pode ser certamente a causa principal do fracasso da represa Teton, pelo fato dos engenheiros construrem a zona 1, (centro da represa), usando material de um depsito de silte de origem elica ("loess") em lugar de argila. Esta uma trgica mas til informao sobre a importncia da textura no comportamento do solo.

_________________________ a Baseado no relatrio do U.S. Departament Of Interior Teton Dam Failure Group (1977).

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1.2 Classe textural do solo

Trs grupos principais de classes texturais so conhecidos: solo arenoso, argiloso e franco. Dentro de cada grupo, classes texturais especficas fornecem uma idia da distribuio de tamanho de partculas e indicam o comportamento das propriedades fsicas do solo. As 12 classes texturais encontradas Tabela 1.2 apresentam uma seqncia gradual desde partculas de areia, as quais possuem textura grosseira e fcil manejo, partculas de argila, que possuem textura muito fina e so mais dificilmente manejadas.

Em solos arenosos e franco arenosos ocorre predomnio das propriedades da areia, quando esta compreendem pelo menos 70% do material em peso (solos com menos do que 15 % de argila). Caractersticas da frao argila predominam em solos argilosos, argilo-arenosos e argilo-siltosos.

Franco - Este grupo contm muitas subdivises. Uma maneira ideal de definirmos seria uma mistura com propriedades quase que em propores iguais de partculas de areia, silte e argila. Esta definio no significa que as trs fraes esto presentes em quantidades iguais (como pode ser visto por um estudo da Figura 1.7). Esta anormalidade existe porque uma pequena percentagem relativa de argila suficiente para atribuir ao solo propriedades referentes esta frao, com relao a uma pequena quantidade de areia e silte que possuem menor influncia sobre o comportamento do solo. Deste modo, propriedades da frao argila so utilizadas para classificar solos com valores to pequenos quanto 20% de argila; ao passo que solos para serem classificados como arenosos ou siltosos devem ter no mnimo 40 ou 45% destas fraes, respectivamente. A maioria dos solos so classificados como determinado tipo de solo franco. Eles podem possuir uma composio ideal, conforme foi descrito e serem classificados simplesmente como franco. Portanto, um solo franco no qual partculas de areia predominam classificado como franco arenoso. Da mesma forma podem ocorrer solos franco-siltosos, franco-argilo-siltosos, franco-argilo arenosos e franco-argilosos. Fragmentos grosseiros - Nomenclaturas adicionais para solos com predominncia de pedras, cascalhos e diferentes fraes de areia so utilizadas na classificao textural destes solos. Fragmentos com dimetro entre 2 mm e 2 cm so denominados cascalhos; os que variam de 2 cm a 20 cm so chamados calhaus; sendo os maiores que 20 cm denominados mataces. Um solo franco arenoso cascalhento um bom exemplo de uma classificao textural levando em considerao a presena de fraes grosseiras. Alterao da Classe Textural do Solo

Durante longos perodos de tempo, processos pedolgicos como eroso, deposio, iluviao e

intemperismo podem alterar a textura de diferentes horizontes do solo. Prticas de manejo, geralmente no alteram a classe textural de um solo. A textura s pode ser alterada pela mistura de outros tipos de solos com classes texturais diferentes. Por exemplo: a incorporao de grandes quantidades de areia pode alterar as propriedades fsicas de um solo argiloso, para uso em casa de vegetao ou em gramados. Porm, no aconselhvel fazer a mistura de solos com diferentes classes texturais, deve-se utilizar solos com textura de ocorrncia natural, ao invs de alter-los pela mistura de areia ou argila1.

Deve ser observado que o acrscimo de uma pequena quantidade de material turfoso (material orgnico) a um solo no provocar mudana na textura, devido ao fato que esta propriedade refere-se somente a partculas minerais. O termo textura do solo no est relacionado a meios artificiais que contenham materiais sintticos ou outros materiais que no sejam constituintes do solo.

1 A adio de areia deve ser feita com cuidado para melhorar as propriedades fsica de solos com textura fina. Se a areia no de tamanho adequado e no adicionada em quantidades suficientes, materiais de baixa qualidade podem ser originados. Entre partculas de areia h formao de poros de grande tamanho, o mesmo no ocorre quando misturadas em uma matriz siltosa ou argilosa

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Tabela 1.2 Termos gerais utilizados para descrever a textura do solo em relao ao nome das classes texturais

Termos Gerais

Nomes Comuns Textura Classe textural

Arenoso Solos Arenosos Grosseira

Areia franca

Moderadamente grosseira Franco arenosa

Franco

Franco siltosa Mdia

Siltosa

Franco argiloarenosa

Franco argilosiltosa

Solos Franco

Moderadamente fina

Franco argilosa

Argiloso arenosa

Argiloso siltosa Solos Argilosos Fina

Argilosa

Determinao da Classe Textural pelo Mtodo do Tato

A determinao da classe textural uma das primeiras habilidades de campo que um cientista da rea de solos deve desenvolver. A determinao da classe textural pelo tato de grande valor prtico em pesquisas de campo, como tambm na classificao e qualquer estudo no qual a textura poder ter um papel importante. A preciso desse mtodo depende em grande parte da experincia e prtica do observador, portanto recomendvel sempre que se comece com solos de textura conhecida.

O tringulo textural (Figura 1.6) dever ser mantido em mente quando se vai determinar a classe textural pelo mtodo do tato, como explicado no Quadro 1.2.

Anlise Laboratorial do Tamanho das Partculas

O primeiro e s vezes o passo mais difcil na anlise do tamanho de partculas a disperso completa de uma amostra de solo, de modo que mesmo menores agregados sejam fracionados em partculas individuais ou primrias. A disperso normalmente realizada com utilizao de tratamentos qumicos e um agitador de alta velocidade.

Um conjunto de peneiras pode ser utilizado para separar as diferentes fraes de areia, a sedimentao normalmente utilizada para determinao das fraes silte e argila. O princpio envolvido simples. Como as partculas do solo so mais densas que a gua, elas tendem a depositarem-se numa velocidade proporcional ao seu tamanho. Em outras palavras: "quanto maior o tamanho da partcula mais rapidamente elas se depositam". A equao que descreve esta relao chamada de lei de Stokes. A equao apresentada no Quadro 1.3, em sua forma mais simples, a velocidade V proporcional ao quadrado do dimetro d das partculas, onde k uma constante que relaciona a acelerao da gravidade, densidade e viscosidade da gua.

V= kd2

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FIGURA 1.6 A classe textural do solo definida pela percentagem de areia, silte e argila de acordo com as linhas mais escuras mostradas no tringulo textural. Se estas percentagens forem determinadas para uma amostra de solo por anlise do tamanho de partcula, o tringulo de classe textural poder ser utilizado para determinar a classe textural aplicada a esta amostra de solo. Para usar o grfico, primeiro dever ser localizada a adequada percentagem de argila ao lado esquerdo do tringulo, aps uma linha transversalmente ao grfico paralela a base do tringulo ser desenhada. Depois encontre a percentagem de areia na base do tringulo, e ento desenhe uma linha paralela ao lado do tringulo relativo a percentagem de silte. As pequenas setas indicam a direo proposta no qual as linhas devero ser desenhadas. O ponto no qual as duas linhas se interceptam indica a classe textural da amostra de solo. Somente a percentagem de duas das trs fraes so necessrias. A percentagem de areia, silte e argila somam 100%, portanto a terceira percentagem pode ser facilmente calculada se somente duas so conhecidas. Se as trs percentagens so utilizadas, as trs linhas se interceptaram no mesmo ponto. Considerando como exemplo, um solo que contenha 15% de areia, 15% de argila e 70% de silte. Este exemplo mostrado pelas linhas pontilhadas que se interceptam na classe franco siltosa. Qual a classe textural de uma outra amostra de solo que possua 33% de argila, 33% de silte e 33% de areia? As linhas pontilhadas para este segundo exemplo se interceptariam na classe franco argilosa.

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QUADRO 1.2 UM MTODO PARA DETERMINAO DA TEXTURA PELO TATO A primeira e mais crtica etapa no mtodo da textura pelo tato

amassar a amostra, do tamanho de uma noz, mida at formar uma massa com consistente uniforme, adicionando gua lentamente se necessrio. Esta etapa pode levar alguns minutos, mas uma determinao precipitada, provavelmente, ocasionar erros, pois agregados de argila e silte podem comportar-se como gros de areia. O solo pode estar mido e no espalhar completamente. Tente amassar a amostra com apenas uma das mos, guarde a outra limpa para escrever no caderno de anotaes de campo (e apertar a mo do seu cliente).

Enquanto comprime e amassa a amostra, observe sua maleabilidade, pegajosidade e resistncia, todas as propriedades associadas com o contedo de argila. Um alto contedo de silte se traduz numa sensao de maciez e sedosidade, com pouca pegajosidade ou resistncia deformao. Solo com um contedo significativo de areia apresenta sensao de aspereza e faz um som de rangido quando prximo ao ouvido.

Sinta a quantidade de argila atravs da compresso de uma massa de solo devidamente mida entre o polegar e o indicador, fazendo um fio. Faa um fio to longo quanto possvel, at que este quebra-se com o prprio peso (veja Figura 1.7)

Interprete suas observaes com os seguintes itens: 1. O solo no adere como uma esfera, desfazendo-se: areia. 2. O solo forma uma esfera, mas no formar um fio: franco-arenosa 3. Fio do solo frivel e quebra-se quando est com menos de 2,5cm de extenso

a. Rangido audvel; sensao de aspereza: franco-arenosa. b. Maciez, sensao de sedocidade; no consegue ouvir o rangido:

franco-siltosa. c. Ligeiramente spera e macia, rangido no claramente audvel:

franco. 4. Solo exibe moderada pegajosidade e firmeza, forma fios alongados de

2,5 a 5 cm, e: a. Rangido audvel; sensao de aspereza: franco-argiloarenosa. b. Maciez, sensao de sedocidade; rangido no audvel: franco-

argilosiltosa. c. Ligeiramente speros e macios, rangido no claramente audvel:

franco-argilosa. 5. Solo exibe dominante pegajosidade e firmeza, forma fios alongados

do que 5 cm, e: a. Rangido audvel; sensao de aspereza: argiloarenosa. b. Maciez, sensao de sedocidade; rangido no audvel:

argilosiltosa. c. Ligeiramente speros e macios, rangido no claramente audvel:

argila. Uma melhor estimativa do contedo de areia (e por isso sua

disposio na dimenso horizontal do tringulo de classes texturais) pode ser obtida atravs do umedecimento, na palma da mo, de um agregado de solo do tamanho de uma ervilha, trabalhando ele entre os dedos at que a palma da sua mo torna-se suja, coberta com material proveniente do solo. Os gros de areia permanecero completamente visveis, enquanto seu volume em comparao a ervilha original poder ser estimado a partir do tamanho relativo do fio moldado (fino, mdio, grossa, etc.).

Este mtodo melhor apreendido utilizando-se amostras de classe textural conhecida. Com prtica, a determinao acurada da classe textural pode ser feita de imediato.

FIGURA 1.7 Mtodo do Tato para determinao da classe textural do solo. Uma amostra de solo mido esfregada entre o dedo indicador e o polegar, e amassada para formar um fio. (Topo) O fio curto, mostra aparncia no coesiva, arenoso de textura franco-arenosa com cerca de 15% de argila. (Centro) O fio uniforme de aparncia frivel caracterstico de textura franco-siltosa. (Baixo) Maciez, aparncia lustrosa e fios longos e flexveis so caractersticos de textura argilosa. (Fotos cortesia de R. Weil)

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Medindo-se a quantidade de solo em suspenso depois de diferentes tempos de sedimentao (usando pipeta ou um hidrmetro, como mostrado na Figura 1.8), determina-se as percentagens de cada frao areia, silte e argila, e a classe textural do solo. Curvas de distribuio do tamanho das partculas so mostradas na Figura 1.9.

A Figura 1.9 apresenta curvas de distribuio do tamanho de partculas para solos de trs diferentes classes texturais. O fato de essas curvas apresentarem formas suaves mostra que no h nenhuma transio abrupta na separao das fraes areia, silte e argila, e sugerem uma mudana gradual das propriedades com a variao do tamanho de partculas do solo.

importante observar que as classes texturais do solo so baseadas, somente, nas partculas minerais da frao areia ou com dimetro menor; e que, as percentagens de areia, silte e argila totalizam 100%. A quantidade de pedras e pedregulhos so avaliadas separadamente. Materiais orgnicos normalmente so separados da amostra do solo pelo processo de oxidao, que realizada antes da separao mecnica das fraes do solo.

A relao entre as anlises citadas e a classe textural do solo normalmente associada a um tringulo de classe textural (veja Figura 1.6). O tringulo textural tambm permite usar a anlise dos dados do tamanho de partculas feita em laboratrio, para verificar a preciso da determinao textural feito no campo pelo mtodo do tato.

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FIGURA 1.8 A anlise do tamanho das partculas envolve a separao de uma amostra de solo em suas partculas primarias e posterior determinao da proporo de cada frao. A amostra de solo inicialmente tratada para remover a matria orgnica e posteriormente dispersa em gua. No mtodo da pipeta, a suspenso de solo primeiro peneirada para separar a frao areia utilizando uma peneira de 0,05 mm de abertura; as fraes silte e argila so coletadas num cilindro de sedimentao (a). A suspenso de silte e argila agitada e deixada em processo de sedimentao (b). O contedo de argila determinado de uma amostra extrada da suspenso com uma pipeta a uma determinada profundidade depois de transcorrido o tempo de decantao calculado pela lei de Stokes. A areia coletada na peneira secada e logo fracionada em outras peneiras com aberturas correspondentes a areia grossa, mdia fina e muito fina. Alternativamente, no mtodo do hidrmetro, a amostra dispersada colocada numa proveta e um hidrmetro usado para determinar o peso das partculas que permanecem em suspenso aps diferentes tempos de sedimentao (d). (Foto cortesia de R. Weil).

FIGURA 1.9 Distribuio do tamanho de partculas de trs solos com ampla variao de textura. Note que h uma transio gradual na distribuio do tamanho de partculas em cada um destes solos.

QUADRO 1.3 LEI DE STOKES E O CLCULO DO DIMETRO DE PARTCULAS PELO MTODO DA SEDIMENTAO

A deduo da Lei de Stokes mostra que a velocidade (V) de uma partcula em

sedimentao atravs de um fluido diretamente proporcional acelerao da gravidade (g), diferena entre a densidade de partculas e a densidade do fluido (Dp Df) e ao quadrado do dimetro de partculas efetivoa (d2). A velocidade de deposio inversamente proporcional viscosidade do fluido . Como velocidade igual distncia (h) sobre tempo (t), pode-se escrever a Lei de Stokes da seguinte maneira:

V=( )

182

fp DDgdth =

na qual: g = acelerao da gravidade = 9,81 Newton por quilograma (9,81 N/kg); = viscosidade da gua a 20 C = 1/1000 Newtonsegundos por m2 (10 3 Ns/m2); Dp = densidade das partculas slidas, para muitos solos = 2,65 x 103 kg/m3; Df = densidade do fluido (gua) = 1,0 x 103 kg/m3;

Substituindo esses valores na equao, podemos escrever: ( )

23

33332

/1018/100,1/1065,2/81,9

mNsmkgmKgKgNd

thv

==

=( ) 2

23

33

/1018/1065,1/81,9 d

mNsmkgKgN

= 22

33

/018,0/1019,16 d

mNsmN = 2

5109 dkdsm

=

na qual: sm

k5109=

Note que V = kd2 a frmula simplificada mostrada no texto.

Considerando solo em suspenso em um recipiente com 0,1 m (10 cm) de profundidade. Pode-se calcular o tempo de sedimentao necessrio para que haja apenas partculas de argila em suspenso.

Estabelecendo-se: h = 0,1 m d = 2.10-6 m (0,002 mm, menores partculas de silte)

Colocando-se t em evidncia:

kdht

kdhtkd

th

222 1 ===

Assim: ( ) segundostmsmmt 777.27

1091021,0

11526== =463 minutos = 7,72 horas

Para partculas de areia mais grosseiras (d = 0,05 mm), o tempo de sedimentao seria de apenas 44 segundos. ________________ a A Lei de Stokes aplica-se a partculas lisas e arredondadas. Como a maioria das partculas do solo no so lisas nem arredondadas, as tcnicas de sedimentao indicam os dimetros efetivos, no necessariamente o dimetro real das partculas do solo.

14

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1.3 Estrutura dos Solos Minerais

O termo estrutura refere-se ao arranjamento das partculas primrias do solo em agregados ou unidades estruturais. A disposio dos poros e agregados, definida pela estrutura do solo, possui grande influncia sobre movimento de gua, transferncia de calor, aerao e porosidade. Desmatamento, arao, cultivo, trfego, drenagem, calagem e adio de material orgnico, so exemplos de prticas que afetam diretamente a estrutura do solo, principalmente nos horizontes superficiais. Os processos envolvidos na formao, estabilidade e manejo da estrutura do solo sero discutidos nas sees 1.6 e 1.7. Tipos de Estrutura

Diferentes tipos de unidades estruturais ocorrem nos solos, muitas vezes esta diferenciao observada entre horizontes de um mesmo perfil de solo. A estrutura do solo classificada de acordo com a forma, o tamanho e o grau de desenvolvimento das unidades estruturais. Os quatro principais tipos de estrutura do solo so: granular ou esferoidal, laminar, prismtica e em blocos. Estes tipos de estrutura (e alguns subtipos) so mostrados na Figura 1.10 e descritos a seguir. Esferoidal - Estrutura granular consistindo de unidades estruturais esferoidais ou grnulos livres em um arranjamento pouco compacto (Figura 1.10a). Quando estas unidades estruturais so muito porosas, so denominadas grumos (crumb2). Os grnulos normalmente variam de 10 milmetros em dimetro. Estruturas granular e em grumos so caractersticas de horizontes superficiais (horizonte A), particularmente aqueles com alto teor de matria orgnica. Consequentemente, so os principais tipos de estrutura afetados pelo manejo. Ocorrem principalmente em solos de pastagem e em solos com atividade de macrorganismos (minhocas, etc.). Laminar - Estrutura achatada, caracterizada por unidades estruturais ou placas horizontais relativamente finas, que pode ser encontrada tanto nos horizontes superficiais como subsuperficiais. Na maioria dos casos, este tipo de estrutura originada nos processos de formao do solo. Entretanto, ao contrrio de outros tipos de estrutura, a estrutura laminar tambm pode ser herdada do material de origem do solo, especialmente aqueles depositados por gua ou gelo. Em alguns casos, a compactao em solos argilosos por mquinas pesadas, pode ocasionar este tipo de estrutura. (Figura 1.10b). Blocos Unidades estruturais em forma de blocos so irregulares e polidricas, (Figura 1.11) e variam de 5 a 50 mm de comprimento. Os blocos no so formados individualmente, mas em conjunto com blocos adjacentes. Quando as unidades estruturais apresentam faces planas e ngulos agudos na maioria dos vrtices so chamados blocos angulares (Figura 1.10c). Quando as unidades estruturais apresentam mistura de faces arrendondadas e planas com muitos vrtices arredondados, so chamados blocos subangulares (Figura 1.10d). Estes tipos de estrutura so normalmente encontrados no horizonte B, onde promovem boa drenagem, aerao e penetrao radicular. Prismtica - Estruturas colunar e prismtica so caracterizadas por unidades estruturais semelhantes a prismas ou pilares, que variam em comprimento entre diferentes tipos de solos e podem ter dimetro de 150 mm ou mais. Estrutura colunar (Figura 1.10e), a qual possui colunas com parte superior arredondada, muito comum em subsolos com alto teor de sdio (ex. Horizontes Ntricos). Quando a parte superior dos prismas angular e horizontalmente plana, a estrutura chamada prismtica (Figura 1.10f). Estes tipos de estruturas so normalmente associados a argilas expansivas e comumente ocorrem em horizontes subsuperficiais de regies ridas e semi-ridas. Quando bem desenvolvidas estas estruturas so caractersticas do perfil. Em regies midas, a estrutura prismtica muitas vezes ocorre em solos mal drenados e em fragipans. Os fragipans tipicamente apresentam prismas com 200 a 300 mm de dimetro.

2 O termo crumb no mais uma nomenclatura oficial do USDA.

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FIGURA 1.10 Diferentes tipos de estrutura de solos minerais e sua localizao no perfil. Os desenhos ilustram suas caractersticas essenciais e as fotos indicam como aparecem no campo. Para comparao, observe o lpis (15 cm de comprimento) em (e) e a faca (lmina de 3 cm de largura) em (d) e (f). (foto (e) cortesia de J. L. Arndt, restantes cortesia de R. Weil).

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FIGURA 1.11 Estrutura forte, mdia com blocos angulares no horizonte B de um Alfisol (Ustalf) em uma regio semi-rida. A faca mostrada separando uma unidade estrutural (bloco). Observe os filmes de argila iluvial, de colorao clara, que definem e unem as unidades estruturais (Foto cortesia de R. Weil).

Descrio da Estrutura do Solo no Campo

Na descrio da estrutura do solo, no observada somente a forma das unidades estruturais, mas tambm o tamanho (pequeno, mdio ou grande) e grau de desenvolvimento (forte, moderado, ou fraco). Por exemplo, o horizonte do solo mostrado na Figura 1.10d pode ser descrito como fraco, pequeno com blocos subangulares. Geralmente, a estrutura do solo facilmente observada quando o solo est relativamente seco. Quando midas, as unidades estruturais podem expandir e unir-se s demais, tornando mais difcil a diferenciao dos agregados individuais. O arranjo estrutural das partculas e o espao poroso entre unidades estruturais influenciam a densidade, um aspecto da arquitetura do solo que ser examinado em detalhes a seguir. 1.4 Densidade de partculas e Densidade do solo Densidade de Partculas A densidade de partculas Dp definida como a massa por unidade de volume de slidos do solo (ao contrrio do volume do solo, que inclui o espao poroso). Assim, se 1 metro cbico (m3) de slidos do solo pesa 2,6 megagramas (Mg), a densidade de partculas ser de 2,6 Mg m-3 (ou 2,6 gramas por centmetro cbico)3.

A densidade de partculas basicamente o mesmo que massa especfica de uma substncia slida. A composio qumica e estrutura cristalina de um mineral determinam sua densidade de partculas. A densidade de partculas no afetada pelo espao poroso, e conseqentemente no est relacionada com o tamanho ou o arranjo das partculas (estrutura do solo).

3 Como 1 Mg = 1 milho de gramas e 1 m3 = 1 milho de centmetros cbicos, 1 Mg m-3 = 1 g cm-3.

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Para a maioria dos solos minerais a densidade de partculas varia de 2,60 a 2,75 Mg m-3, o que se deve predominncia de minerais como quartzo, feldspato, mica e colides silicatados que possuem densidades dentro desta faixa. Para clculos em geral, considerando a camada arvel (1 a 5% de matria orgnica), caso a densidade de partculas real no seja conhecida, assume-se uma densidade de aproximadamente 2,65 Mg m-3. A densidade de partculas de 2,65 Mg m-3 dever ser corrigida para certos tipos de solos. Solos com predominncia de minerais de alta densidade (magnetita, zircnio, turmalina e hornblenda) podem apresentar densidades de partculas superiores a 3,0 Mg m-3. Matria orgnica, com uma densidade de partculas de 0,9 a 1,3 Mg m-3, muito menos densa que solos minerais. Solos minerais superficiais com alto teor de matria orgnica (15 a 20%) podem apresentar densidade de partculas menor que 2,4 Mg m-3. Solos orgnicos (Histosols) possuem densidade de partculas entre 1,1 e 2,0 Mg/m3. Densidade do Solo A densidade do solo Ds definida como a massa por unidade de volume de solo seco. Este volume inclui partculas slidas e o espao poroso do solo. A Figura 1.12 evidencia a distino entre densidade de partculas e densidade do solo. Para clculo da densidade de partculas e densidade do solo considera-se somente a massa de slidos do solo, excluindo a massa de gua presente. Existem diversos mtodos para determinao da densidade do solo baseados na obteno de um volume conhecido de solo, secando-o para remoo da gua, e obtendo-se sua massa seca4. Atravs de um equipamento especial de amostragem (Figura 1.13) obtm-se uma amostra indeformada e de volume conhecido. Para camadas superficiais, talvez o mtodo mais simples seja cavar um pequeno buraco, coletar todo o solo escavado e impermeabilizar o buraco com um filme plstico e preench-lo completamente com um volume conhecido de gua. Outro mtodo envolve a impermeabilizao de um torro de solo. O volume do torro determinado pelo volume deslocado quando o mesmo suspenso em gua.

Fatores que Afetam a Densidade do Solo

Solos com maior proporo de espao poroso em relao ao volume de slidos possuem menor densidade que solos mais compactados e com menor espao poroso. Conseqentemente, qualquer fator que influencie o espao poroso afetar a densidade do solo. A amplitude de variao da densidade para diversos tipos de solos e condies ilustrada na Figura 1.14.

Efeito da textura do solo Como ilustrado na Figura 1.14, solos de textura fina como franco siltosos, argilosos e franco argilosos, geralmente possuem menor densidade em relao a solos arenosos5. Isto ocorre porque as partculas dos solos com textura fina tendem a organizar-se em unidades estruturais porosas, principalmente se o solo possui um teor de matria orgnica adequado. Nestes solos, alm do espao poroso entre os agregados, existe o espao ocupado por poros internos aos agregados. Esta condio garante um alto espao poroso total e baixa densidade do solo. Em solos arenosos, entretanto, o contedo de matria orgnica geralmente baixo, as partculas slidas esto menos predispostas a formarem agregados e a densidade do solo normalmente mais alta que em solos de textura mais fina. A Figura 1.15 ilustra que, quantidades similares de macroporos esto presentes em solos arenosos e em solos de textura fina, mas os solos arenosos possuem poucos poros internos em suas partculas e deste modo apresentam menor porosidade total.

4 Um mtodo instrumental que mede a resistncia do solo passagem de raios gama usado nas pesquisas com solos, mas no discutido aqui. 5 Os solos arenosos comumente so chamados de solos leves, enquanto os argilosos e franco argilosos so chamados de solos pesados. Os termos pesado e leve, neste contexto, no se referem massa por unidade de volume de solo, mas a dificuldade de manejo com implementos a argila, pela sua pegajosidade, oferece maior dificuldade ao preparo.

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FIGURA 1.12 Densidade do solo Ds e densidade de partculas Dp. Densidade do solo a massa de slidos em um volume conhecido de solo (slidos mais espao poroso ocupado por ar e gua). Densidade de partculas a massa de slidos em um volume conhecido de partculas slidas. Uma anlise cuidadosa dos clculos propostos esclarece a diferena entre os termos utilizados. Neste caso particular a densidade do solo a metade da densidade de partculas, e o volume ocupado por poros de 50 %.

FIGURA 1.13 Um amostrador especialmente projetado para retirar um volume indeformado de solo, ou seja, sem causar distrbios ou compactao (a). O amostrador contm um cilindro interno que

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conduzido atravs do solo por meio de impactos de um martelo. O cilindro interno (b), contendo uma amostra indeformada de solo, removido e o excesso de solo retirado com uma faca de modo que o solo ocupe apenas o volume interno do cilindro, conhecendo-se assim seu volume atravs do dimetro e altura do cilindro. O peso das amostras determinado aps a secagem em estufa.

FIGURA 1.14 Densidade de vrios tipos de solos e outros materiais.

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FIGURA 1.15 Comparao entre solos arenosos e argilosos mostrando as quantidades de macroporos e microporos presentes em cada um deles. Em solos arenosos o espao ocupado por poros menor que nos argilosos, devido ao fato que os solos argilosos possuem um grande nmero de microporos internos em seus agregados (a), as partculas de areia (b) embora similares em tamanho aos agregados de argila no contm poros em seu interior. Por esta razo solos superficiais, com textura grosseira so normalmente mais densos que os de textura fina.

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Solos arenosos geralmente possuem alta densidade, afetada pelo arranjamento das partculas (Figura 1.16). Em solos pouco compactados as partculas preenchem em torno de 52 % do volume total, enquanto nos mais compactados podem preencher at 75 % do volume8. A densidade do solo menor se as partculas de areia forem uniformes em tamanho, uma mistura de diferentes tamanhos de partculas tende a possuir alta densidade. Neste caso, partculas menores preenchem parcialmente os espaos entre partculas maiores. Solos mais densos so aqueles caracterizados por uma mistura de diferentes fraes de areia em um arranjo firmemente compactado.

FIGURA 1.16 A uniformidade das partculas de areia e o grau de compactao (arranjamento das partculas) afetam significativamente a densidade de solos arenosos. A compactao das partculas aumenta a densidade do solo e diminui sua porosidade.

Profundidade no perfil do solo - A densidade do solo tende a aumentar com o aumento da profundidade no perfil, isto se deve, provavelmente, ao menor teor de matria orgnica, menor agregao, pouca quantidade de razes e compactao causada pela massa das camadas superiores. Subsolos muito compactos podem apresentar densidade de 2,0 Mg m-3 ou superior. Muitos solos formados no perodo glacial possuem subsolos extremamente densos, como resultado da compactao sofrida pela enorme massa de gelo que existiu em tal perodo. Importncia da Densidade do Solo

Para engenheiros envolvidos na movimentao de solo durante a execuo de obras, ou para arquitetos que precisam calcular cargas de solo para planejamento e cobertura de reas ou jardins, o conhecimento da densidade de diferentes tipos de solos de grande utilidade para clculo da massa de solo a ser movimentada. Um solo mineral tpico de textura mdia possui densidade em torno de 1,25 Mg m-3 ou 1250 quilogramas em um metro cbico9. O quo pesado o solo realmente geralmente surpreende as pessoas.

8 Se assumirmos que a densidade partculas constitudas de quartzo de 2,65 Mg m-3, ento a faixa correspondente de densidade de um solo arenoso pouco compactado seria de 1,38 a 1,99 Mg m-3 (0,52 x 2,65 = 1,38 e 0,75 x 2,65 = 1,99) no muito diferente da faixa realmente encontrada em solos muito arenosos. 9 A maioria dos arquitetos e engenheiros dos Estados Unidos da Amrica ainda utilizam unidades inglesas. Para converter valores de densidade do solo dados em Mg m-3 para lb yd-3 multiplica-se por 1686. Ento 1 yd3 de um tpico solo mineral de textura mdia com a densidade de 1,25 Mg m-3 pesaria mais de 1 tonelada (1686 x 1,25 = 2108 lb yd3)

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Imagine-se dirigindo sua caminhonete para um local onde solo vendido por volume e enchendo sua carroceria. Claro que voc no gostaria realmente de faz-lo, pois isto provavelmente quebraria o eixo traseiro de seu veculo. A capacidade de carga normalmente encontrada nas caminhonetes, de meia tonelada (1000 lb ou 454 kg) poderia suportar apenas 0,4 m3 de solo embora em volume a capacidade da carroceria seja em torno de seis vezes maior. O planejamento de jardins em coberturas oferece outra aplicao prtica para valores de densidade. Neste caso, a massa de solo envolvida deve ser conhecida para que se possa projetar uma estrutura suficientemente forte para suport-la. Pode-se optar por cultivar apenas gramado e outras plantas de razes superficiais, assim uma camada relativamente pequena de solo pode ser utilizada (algo em torno de 30 cm) o que faria com que a massa de solo no fosse to elevada. Tambm vivel restringir os gastos com reforo de estrutura empregando-se solo com baixa densidade e conseqentemente com menor massa. Entretanto, se o suporte das razes de rvores e outras plantas um ponto importante a ser considerado, solos com densidades muito baixas como turfosos ou misturas de perlita/solo no seriam adequados. A massa de solo em 1 ha da camada arvel (15 cm) pode ser calculada conhecendo-se sua densidade. Se tomarmos a densidade de 1,3 Mg m-3 a massa de solo existente em 1 ha ser de aproximadamente 2 milhes de kg10. O conhecimento da massa de solo em um hectare muito til para clculos de calagem, adubao e taxas de mineralizao da matria orgnica. No entanto, esta massa deve ser corrigida para densidades diferentes de 1,3 Mg m-3 ou se a profundidade considerada for superior ou inferior a 15 cm.

Prticas de Manejo Afetando a Densidade do Solo

Mudanas na densidade do solo so facilmente medidas e podem ser um indicador de alteraes na qualidade do solo e no funcionamento do ecossistema. Aumentos na densidade geralmente implicam em diminuio na qualidade do solo para crescimento radicular, reduo da aerao e mudanas indesejveis no comportamento da gua no solo, como reduo da infiltrao.

Solos de floresta - Horizontes superficiais da maioria dos solos de floresta possuem densidades muito baixas (Figura 1.14). O crescimento de rvores e o ecossistema florestal so particularmente sensveis a aumentos na densidade. O cultivo convencional de madeira geralmente causa distrbios e compacta 20 a 40 % da camada superficial da rea utilizada (Figura 1.17) e especialmente prejudicial nos carreadores onde toras so arrastadas e locais onde so empilhadas e carregadas em caminhes (Tabela 1.3). Um sistema eficiente, porm de alto custo de se minimizar a compactao e degradao de solos de floresta o uso de cabos suspensos.

Acampamentos e trilhas em solos de floresta podem causar degradao da estrutura, pelo aumento da densidade, ocasionado pelo intenso trfego de pessoas (Figura 1.18). Uma conseqncia importante do aumento da densidade a diminuio da capacidade de infiltrao de gua no solo, aumentando o escorrimento superficial. Os danos podem ser minimizados restringindo o trfego a trilhas previamente planejadas e demarcadas que podem incluir uma camada de serragem, ou at mesmo passarelas, no caso de reas intensamente trafegadas sobre solos frgeis, como vrzeas.

rvores plantadas em solos compactados podem apresentar falhas no crescimento, levando at mesmo morte. Muitas prticas podem ser adotadas para melhoria do desenvolvimento radicular e crescimento da planta. Em algumas reas florestais, no preparo do solo para replantio aps o corte (principalmente em locais relativamente planos), so adotadas prticas convencionais de cultivo. Tais operaes podem causar compactao e perda de matria orgnica do solo.

Em alguns projetos paisagsticos urbanos, o plantio de rvores ocorre em solos muito compactados. Como no possvel modificar completamente a zona radicular, outras prticas podem ser adotadas tais como plantio em covas largas e profundas proporcionando uma camada de solo solto para o crescimento inicial da raiz e aplicao de uma camada de cobertura morta sobre a projeo da copa (no muito perto do tronco) promovendo aumento do crescimento radicular, principalmente prximo superfcie. O crescimento radicular pode ser facilitado cavando-se trincheiras preenchidas com solo solto e fertilizado, a partir da cova de plantio.

10 10.000 m2 ha-1 x 1,3 Mg m-3 x 0,15 m = 1950 Mg ha-1 2 milhes de kg ha-1 a 15 cm de profundidade. Um valor similar no sistema ingls seria 2 milhes de libras por acre a 6 - 7 polegadas de profundidade.

Solos agrcolas Apesar dos efeitos benficos do cultivo curto prazo, longo prazo o cultivo intensivo, provoca aumento na densidade do solo, devido diminuio do teor de matria orgnica e degradao da estrutura. Estes efeitos podem ser observados na Tabela 1.3 que apresenta um estudo a longo prazo em diferentes locais, onde solos no cultivados foram comparados a reas adjacentes sob cultivo, por perodos de 20 a 90 anos. Houve aumento da densidade do solo nas reas sob cultivo. O efeito do cultivo pode ser minimizado adicionando resduos culturais ou adubos orgnicos e realizando rotao com pastagens.

FIGURA 1.17 (a) Colheita convencional de madeira em uma floresta boreal em Alberta, Canad e (b) danos resultantes aos horizontes superficiais do solo. Tal prtica causa compactao significativa do solo, prejudicando o ecossistema por muitos anos.

TABELA 1.3 Efeitos da colheita de madeira na densidade de solos de floresta, a diferentes profundidades em dois Ultissolos (Georgia).

Observe os maiores valores de densidade no solo franco-arenoso e nas linhas de trfego.

Profundidade do solo Densidade do solo (Mg m-3) (cm) Antes da colheita Aps a colheita, no

interior dos talhes Aps a colheita nas linhas

de trfego Franco-arenoso 0-8 1,25 1,50 1,47 8-15 1,40 1,55 1,71 15-23 23-30 Franco0-8 8-15 15-23 23-30 24

1,54 1,61 1,81 1,58 1,62 1,77

-argiloso 1,16 1,36 1,52 1,39 1,49 1,67 1,51 1,51 1,66 1,49 1,46 1,61

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FIGURA 1.17. Degradao causada pelo uso em solos sob floresta, pelo aumento da densidade e suas conseqncias na taxa de infiltrao e escorrimento superficial (setas brancas). Em acampamentos, a rea degradada estende-se at aproximadamente 10 m da fogueira ou da barraca. No manejo de reas recreativas deve-se procurar meios de proteger solos susceptveis compactao. A compactao destas reas pode levar morte da vegetao e aumento do processo erosivo.

Na agricultura moderna, mquinas pesadas, utilizadas para puxar implementos, aplicar corretivos ou fazer colheitas podem causar nveis de compactao limitantes produo das culturas. Certos implementos de preparo como arado de aiveca e grade de disco, compactam o solo abaixo da sua profundidade de trabalho. O uso destes implementos ou o trfego de mquinas pesadas pode formar uma camada compactada abaixo da camada arvel, chamado p de grade (plow pans or traffic pan) (Figura 1.19). Outros implementos de preparo como escarificadores e subsoladores, no compactam o solo abaixo da camada arvel e, por isso, so usados para quebrar a camada compactada (ou p de grade) e remove o solo com uma compactao mnima. Alguns tipos de arados com uma base pontiaguda (Figura 1.20) podem ser usados na subsolagem para quebrar camadas adensadas no subsolo, permitindo, deste modo, a penetrao das razes (Figura 1.21). Porm, em alguns solos, o efeito da subsolagem temporrio. O cultivo tende a reduzir a resistncia do solo, tornando-o mais susceptvel compactao. O trfego particularmente prejudicial em solos midos. Em solos midos, cargas pesadas, provocam compactao severa e profunda no perfil do solo. Para prevenir redues na produtividade e

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rentabilidade decorrentes da compactao, o nmero de operaes de preparo e trfego de equipamentos pesados deve ser minimizado e escalonado para perodos em que o solo se encontre em uma umidade ideal para cultivo. No entanto, o trfego em solos sob condies inadequadas de umidade muitas vezes inevitvel, principalmente na primavera e outono em regies temperadas midas. Outra medida para minimizar a compactao restringir o trfego a carreadores, evitando a compactao do restante da rea (em at 90% ou mais). O sistema de trfego controlado amplamente utilizado na Europa, principalmente em solos argilosos. Este sistema pode ser adaptado para canteiros de hortalias ou flores, estabelecendo-se linhas de trfego entre as plantas. Estas linhas podem receber cobertura morta, serem gramadas ou cobertas com pedriscos. Algumas prticas de manejo propem a reduo da compactao, pelo aumento da largura de pneus de mquinas pesadas, distribuindo o peso sobre uma maior rea superficial de solo, reduzindo a fora aplicada por unidade de rea (Figura 1.22a). Pneus largos diminuem o efeito da compactao, mas aumentam a percentagem da superfcie do solo que pressionada. Em uma prtica semelhante, adotada por jardineiros, tbuas de madeira so colocadas sobre o solo mido na preparao de sementeiras, evitando a concentrao do peso do corpo em poucos centmetros quadrados sob os ps (Figura 1.22b). TABELA 1.3 Efeito da colheita florestal na densidade do solo para diferentes profundidades

em dois Ultisols sob floresta na Georgia Pneus de borracha skidders foram usados para a colheita dos troncos.

Nota-se, geralmente, alta densidade do solo nos solos com textura franco arenosa quando comparado com os de textura franco argilosa, e o maior efeito da colheita florestal foi na linha de trfego.

Densidade do solo Profundidade do solo Antes da colheita Depois da colheita

fora da linha Depois da linha na

linha de trfego cm --------------------------------------------- Mg cm3 --------------------------------------

Plancie do litoral, franco arenosa 0-8 1,25 1,50 1,47 8-15 1,40 1,55 1,71 15-23 1,54 1,61 1,81 23-30 1,58 1,62 1,77 Piedmont, franco argilosa 0-8 1,16 1,36 1,52 8-15 1,39 1,49 1,67 15-23 1,51 1,51 1,66 23-30 1,49 1,46 1,61

Dados retirados de Gren et al (1984, 1986). SSSAJ, 48:173-177, 50:443-446.

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FIGURA 1.19 Tratores e outros equipamentos pesados compactam o solo a profundidades considerveis, aumentando a densidade e reduzindo o crescimento e produo das culturas. Os efeitos so especialmente prejudiciais em solos midos. (a) Pneus de veculos pesados compactam um solo franco-arenoso at aproximadamente 30 cm, criando uma camada compactada. O cultivo causa descompactao temporria (camada arvel), mas aumenta a compactao abaixo da camada arvel. Densidades superiores a 1,8 g cm-3 impediram a penetrao das razes de algodo neste caso. (b) A produo de batatas foi reduzida no segundo ano de cultivo em um solo franco-argiloso em Minnesota. Redues da produo so normalmente mais severas em anos relativamente secos.

FIGURA 1.20 Na recuperao de solos severamente compactados como aqueles formados por veculos pesados durante construo e uso de aterro sanitrio, necessrio muitas vezes quebr-los mecanicamente para permitir o estabelecimento de rvores ou outra vegetao natural. Isto comumente realizado pelo uso de um subsolador com hastes penetrantes como apresentado acima esquerda. Estas hastes so arrastadas

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triturando, desprendendo e suspendendo completamente o solo, resultando no rompimento da condio compacta. direita, so apresentadas zonas de solo deturpadas segundo o uso de (a) um subsolador convencional com duas hastes verticais, mas sem ps, (b) equipada com duas hastes e acoplada a ps suspensas (como apresentado esquerda), e (c) um subsolador com hastes mais rasas que desprendem a camada superficial do solo antes da passagem das linhas principais. Observe o aumento quantitativo de solo compactado deturpado pelo mais amplo tratamento. Subsoladores so tambm utilizados para desprender algumas camadas subsuperficiais muito coesas de Argilosos usados para fins agrcolas [Modificado de McRae (1999); uso com permisso de CRC Press, Boca Raton, Fla.] Influncia da Densidade do solo na resistncia penetrao e Crescimento radicular

Altas densidades podem ocorrer naturalmente no perfil do solo (por exemplo, fragipan) ou podem ser decorrentes da compactao proveniente da ao humana. De qualquer modo, o crescimento radicular inibido em solos excessivamente densos por diferentes razes, incluindo a resistncia penetrao do solo, m aerao, reduo do fluxo de gua e nutrientes e acmulo de gases txicos e exsudados radiculares. As razes penetram no solo atravs dos poros. Em poros muito pequenos, a raiz deve empurrar as partculas de solo aumentando assim o dimetro do poro. At certo ponto, o aumento da densidade do solo restringe o crescimento radicular medida que a raiz encontra poros menores e em menor nmero. Porm, o crescimento radicular tambm limitado pela resistncia penetrao. Uma maneira de quantificar a resistncia penetrao medir a fora requerida para penetrao de uma haste com cone padronizado (penetrmetro). A compactao geralmente aumenta a densidade e a resistncia penetrao do solo. Pelo menos dois fatores (relacionados resistncia penetrao) devem ser considerados na determinao do efeito de densidade do solo sobre a capacidade de penetrao das razes.

Efeito do contedo de gua no solo - O contedo de gua e a densidade do solo influenciam a resistncia penetrao (Figura 1.23). A resistncia penetrao aumenta com a compactao do solo medida que o solo seca. Deste modo, o efeito da densidade no crescimento radicular mais intenso em solos relativamente secos. Em solos midos, uma maior densidade necessria para restringir a penetrao radicular. Por exemplo, uma camada compactada pelo trfego, com densidade de 1,6 Mg m-3 pode restringir completamente a penetrao radicular em solo muito seco e permitir a penetrao radicular em solo mido. Efeito da textura do solo - Quanto maior o teor de argila no solo, menor ser o tamanho dos poros e maior a resistncia a penetrao a uma dada densidade. Deste modo, a uma mesma densidade, as razes podem penetrar mais facilmente em um solo arenoso mido do que em um solo argiloso na mesma condio. O crescimento radicular em solos midos geralmente limitado a densidades variando de 1,45 Mg m-3 em solos argilosos a 1,85 Mg m-3 em areia franca (Figura 1.14). Neste contexto, o crescimento de razes foi provavelmente inibido devido a densidade do solo nas linhas de trfego em ambos os solos ilustrados (Tabela 1.3).

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FIGURA 1.21 Distribuio radicular de uma planta de algodo. direita, trfego de trator e cultivo na entrelinha ocasionaram o aparecimento de uma camada compactada que restringiu o crescimento radicular. O melhor desenvolvimento de razes se deu esquerda, onde no havia ocorrido trfego recente de mquinas agrcolas. As razes penetraram no subsolo atravs de uma zona de solo mais solta criada pela subsolagem. (Cortesia USDA, Laboratrio Nacional de Mquinas de Cultivo).

FIGURA 1.22 Um meio de reduzir a compactao do solo distribuir o peso aplicado em uma maior rea na superfcie do solo. Como exemplo podemos citar o uso de mquinas com pneus largos para aplicao de corretivos no solo (esquerda) e a utilizao de uma tbua de madeira sob os ps para preparao de canteiros (direita). (Fotos cortesia de R. Weil).

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FIGURA 1.23 Ambos, contedo de gua e densidade do solo afetam a resistncia do solo como medido pelo penetrmetro de resistncia. Os dados so para um horizonte Bt de textura argilosa de um solo da Virginia (Hapludults), que foi severamente compactado (densidade do solo 1,7 Mg/m3) ou no (densidade do solo 1,3 Mg/m3). Observe que a resistncia do solo diminui com o aumento do contedo de gua e muito pouco considerada a densidade do solo quando o solo est aproximadamente saturado por gua. [Dados no publicados de R. Gilker, R. Weil, e D. Krizek (2000) University of Maryland and USDA/ARS] 1.5 Espao Poroso de Solos Minerais Uma das principais razes para o conhecimento da densidade o fato de que este valor pode ser utilizado no clculo do espao poroso do solo. Para solos com a mesma densidade de partculas, quanto menor a densidade do solo, maior a percentagem de espao poroso (porosidade total). O Quadro 1.4 mostra a deduo da frmula que expressa tal relao. Fatores que influenciam o Espao Poroso Total Para um solo ideal de textura mdia, com estrutura adequada e boas condies para o crescimento de plantas, aproximadamente 50 % do volume ocupado por poros e deste espao poroso, metade ocupada por ar e metade por gua. A porosidade total possui grande variao entre solos pelas mesmas razes que a densidade. A porosidade total varia de 25 % em subsolos compactados a mais de 60 % em solos superficiais agregados e com alto teor de matria orgnica. O manejo do solo pode exercer uma influncia decisiva na densidade e no espao poroso do solo (ver Tabela 1.4). Resultados de diversos trabalhos mostram que o cultivo tende a diminuir o espao poroso do solo. Esta reduo normalmente associada diminuio no teor de matria orgnica do solo e, conseqentemente, a diminuio da agregao.

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TABELA 1.4 Densidade do solo e espao poroso de solos superficiais cultivados e no cultivados (incluindo um subsolo)

Em todos os casos, a densidade do solo aumentou e o espao poroso diminuiu proporcionalmente.

Densidade do Solo Espao Poroso Solo Textura

Tempo de

Cultivo Solo

Cultivado Solo no Cultivado

Solo Cultivado

Solo no Cultivado

anos -------- Mg m-3 ------ -------- % -------

Udalf (Pennsylvania) Franco 58 1,25 1,07 50 57,2

Udoll (Iowa) Franco siltoso 50+ 1,13 0,93 56,2 62,7

Aqualf (Ohio) Franco siltoso 40 1,31 1,05 50,5 60,3

Ustoll (Canad) Franco siltoso 90 1,30 1,04 50,9 60,8

Cambid (Canad) Argila 70 1,28 0,98 51,7 63,0

Cambid, subsolo (Canad) Argila 70 1,38 1,21 47,9 54,3

Mdia de 3 Ustalfs (Zimbabwe)

Argila 20-50 1,44 1,20 54,1 62,6

Mdia de 3 Ustalfs (Zimbabwe)

Franco arenoso 20-50 1,54 1,43 42,9 47,2

Dados de solos do Canad de Tiessen, et al. (1982) e solos do Zimbabwe de Weil (no publicado) e outros solos Lyon et al. (1952). Tamanho dos poros Valores de densidade do solo determinam apenas a porosidade total. Os poros no solo possuem ampla variedade de tamanhos e formas e o tamanho determina sua funo no solo (Figura 1.24) Os poros so classificados, de acordo com seu dimetro em: macroporos, mesoporos, microporos, etc. (Tabela 1.5). Simplificando, podemos separar os poros em macroporos (> 0,08 mm) e microporos (< 0,08 mm). Macroporos - Permitem livre movimentao de ar e conduo de gua durante o processo de infiltrao. So grandes o suficiente para permitir o desenvolvimento do sistema radicular e abrigar organismos de menor tamanho que habitam o solo. A Figura 1.25 ilustra diferentes tipos de macroporos. Os macroporos podem ocorrer como espaos entre partculas de areia em solos de textura grosseira. Deste modo, apesar dos solos arenosos possurem baixa porosidade total, a predominncia de macroporos permite um rpido movimento de gua e ar. Em solos bem estruturados, os macroporos so geralmente encontrados entre as unidades estruturais. Estes poros podem ocorrer como espaos entre os agregados ou como fissuras entre blocos e/ou prismas. Macroporos criados por razes, minhocas e outros organismos constituem um tipo muito importante de poros chamados bioporos. Os bioporos, normalmente, possuem formato tubular e podem ser contnuos, atingindo um metro de comprimento ou mais. Em alguns solos argilosos, os bioporos so a forma predominante de macroporos, facilitando o desenvolvimento radicular (Tabela 1.6). Vegetaes perenes, como florestas e certas gramneas, so particularmente eficientes na criao de bioporos, aps a morte e decomposio das razes. Estrutura e textura influenciam as quantidades relativas de macroporos e microporos presentes no solo. A Figura 1.26 mostra que a diminuio do teor de matria orgnica e aumento do contedo de argila que ocorre em profundidade em muitos perfis associada ao aumento da quantidade de microporos. Microporos Ao contrrio dos macroporos, os microporos geralmente so ocupados por gua. Mesmo quando no preenchidos por gua, seu tamanho reduzido no permite uma movimentao adequada do ar no solo. O movimento de gua nos microporos lento, e a maior parte da gua retida nestes poros no est disponvel para as plantas. Apesar do grande volume total de poros, solos de textura fina, especialmente aqueles sem estrutura estvel, podem possuir predominncia de microporos permitindo assim um lento movimento de gua e ar.

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A aerao, principalmente no subsolo, pode ser inadequada para um bom desenvolvimento radicular e atividade microbiolgica. Enquanto os microporos de maior tamanho acomodam plos capilares e microorganismos, os de menor tamanho (tambm chamados de ultramicroporos e criptoporos) so muito pequenos para permitir at mesmo a entrada das menores bactrias. Entretanto, podem servir como abrigos nos quais compostos orgnicos podem permanecer intocveis por sculos.

QUADRO 1.4 CLCULO DA PERCENTAGEM DO ESPAO POROSO

A densidade do solo pode ser facilmente quantificada e a densidade de partculas, para a maioria dos solos com predominncia de minerais silicatados, pode ser assumida como 2,65 Mg m-3. Medidas diretas do espao poroso do solo requerem utilizao de tcnicas de alto custo e grande dispndio de tempo. Deste modo, o espao poroso pode ser mais facilmente calculado conhecendo-se a densidade do solo e densidade de partculas. A deduo da frmula para o clculo da percentagem do espao poroso apresentada a seguir: Ds = densidade do solo, Mg m-3 Vs = volume de slidos, m3 Dp = densidade de partculas, Mg m-3 Vp = volume de poros, m3 Ms =massa do solo, Mg Vs+Vp = volume total do solo, m3

Por definio:

PS

S DVM = e s

PS

S DVV

M =+ Isolando Ms:

Ms = Dp x Vs e Ms = Ds (Vs + Vp) Portanto:

Dp x Vs = Ds(Vs + Vp) e P

s

PS

S

DD

VVV =+

Como:

%100 =+ PSS

VVV

de slidos ento: % de slidos = 100P

s

DD

Como a % de poros + % de slidos = 100 e a % de poros = 100 % de slidos. Ento:

Espao poroso (%) = 100

100

P

s

DD

Exemplo: Considerando o solo argiloso cultivado, localizado no Canad (Cambid) apresentado na Tabela 1.3. A densidade do solo foi determinada como sendo 1,28 Mg m-3. Como a densidade de partculas no conhecida assumiu-se o valor aproximado para a maioria dos solos compostos por minerais silicatados (2,65 Mg m-3). Calculou-se a percentagem do espao poroso utilizando a frmula apresentada anteriormente:

Espao poroso (%) = 100 7,513,4810010065,228,1 ==

Para certos tipos de solos, no adequado assumir uma densidade de partculas de 2,65 Mg m-3. Um solo com alto teor de matria orgnica pode apresentar uma densidade de partculas menor que 2,65 Mg m-3. Do mesmo modo, um solo rico em xidos de Fe pode apresentar uma densidade de partculas maior do que 2,65 Mg m-3, devido ao fato destes minerais apresentarem altas densidades de partculas (3,5 Mg m-3). Como exemplo, consideremos o solo argiloso do Zimbabwe (Ustalfs) descrito na Tabela 1.3. Este solo possui textura argilosa, colorao avermelhada e alto teor de xidos de ferro. A densidade de partculas foi determinada como sendo 3,21 Mg m-3 (no mostrado na Tabela 1.3). Utilizando este valor e a densidade do solo da Tabela 1.3, pode-se calcular o espao poroso (%) da seguinte maneira:

Espao poroso (%) = 100 6,624,3710010021,320,1 ==

A alta percentagem de espao poroso apresentada um indicativo que este solo no est compactado e possui estrutura granular tpica dos solos sob vegetao natural.

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O tamanho dos poros e no seu volume total o fator importante na drenagem, aerao e outros processos do solo. A estruturao e agregao de solos de textura fina melhoram a aerao no apenas pelo aumento do volume total, mas tambm pelo aumento da proporo de macroporos.

TABELA 1.5 Classificao dos poros do solo e algumas funes de cada classe

Classes simplificadas

Classes1 Dimetro efetivo, mm

Caractersticas e funes

Macroporos Macroporos 0,08 +5 Geralmente encontrados entre unidades estruturais;

drenagem da gua gravitacional; difuso de gases; tamanho suficiente para acomodar razes e habitat de

certos animais do solo.

Mesoporos 0,03-0,08 Reteno de gua; movimento de gua por capilaridade; habitat de fungos e razes mais finas.

Microporos 0,005-0,03 Geralmente encontrados dentro das unidades estruturais; reteno de gua disponvel s plantas e

habitat da maioria das bactrias. Ultramicroporos 0,0001-0,005 Presentes em solos argilosos; reteno de gua no

disponvel s plantas; seu tamanho exclui a maioria dos microrganismos.

Microporos

Criptoporos < 0,0001 Seu tamanho exclui todos os microrganismos e molculas de maior tamanho.

1Classes e dimetro de poros, citados por Brewer (1964), Soil Science Society of America (1996).

FIGURA 1.24 Representao tridimensional de uma rede de poros em um pequeno bloco de solo no deformado da Frana (borda de 2mm de comprimento). Os poros (cores claras) exibem grande variabilidade no tamanho e rea. Observe que os tubos porosos so tortuosos e que nem todos esto conectados entre si, alguns esto isolados daqueles canais que podem conduzir gua ou ar para dentro ou fora do solo. Isto sugere que diminutos volumes de gua e ar podem estar aprisionados em certos bolses, assim impedindo seu movimento ascendente ou descendente nos solos. (Imagem cortesia da Dr. Isabelle Consin, INRA Unit de Science du Sol-SESCPF Centre de Recherche dOrlans Domaine de Limere, Ardon, France)

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FIGURA 1.25 Diferentes tipos de poros do solo. (a) Muitos poros ocorrem como espaos deixados entre as partculas primrias do solo. O tamanho e forma desses espaos dependente do tamanho e forma das partculas primrias de areia, silte e argila e de seu arranjamento. (b) Em solos estruturados, os poros so encontrados entre as unidades estruturais. Estes poros podem ser planos, como fissuras entre unidades estruturais prismticas, ou podem ser irregulares, como aqueles presentes entre agregados granulares. (c) Bioporos, so poros formados por organismos como minhocas, insetos e razes de plantas, podendo ser longos e algumas vezes ramificados.

Cultivo e Tamanho de Poros

Cultivo contnuo, em solos originalmente com altos teores de matria orgnica, normalmente resulta em reduo da macroporosidade. Dados de um solo de textura fina do Texas (Tabela 1.7 e Figura 1.27) ilustram claramente este efeito. A gradagem reduz significativamente o contedo de matria orgnica e o espao poroso total. Mais relevante o efeito do cultivo no tamanho dos poros do solo, a macroporosidade necessria s trocas gasosas, foi reduzida pela metade. Amostras retiradas a um metro de profundidade mostraram que a reduo do tamanho de poros se estendeu no perfil. TABELA 1.6 Distribuio de diferentes tamanhos de razes de Pinus na matriz do solo e em

bioporos na camada superficial em um Ultissolo (Carolina do Sul). Os bioporos (canais radiculares) possuam geralmente 1 a 5 cm de dimetro e eram preenchidos com solo superficial solto e matria orgnica em decomposio. Eles facilitaram a penetrao radicular e possuam

melhor fertilidade e aerao do que a matriz do solo ao redor. Nmero de razes por m2 de solo

Tamanho das razes, dimetro

Matriz do solo

Bioporos Aumento comparativo na densidade de razes nos bioporos

Razes finas 20 mm 3 155 98

Calculado de Parker e Van Lear (1996).

Atualmente, prticas de manejo conservacionista que minimizam o cultivo e outras manipulaes do solo, tm sido adotadas. Devido ao acmulo de matria orgnica prximo superfcie do solo e o desenvolvimento de uma rede de canais (especialmente bioporos), alguns sistemas conservacionistas aumentam a macroporosidade nas camadas superficiais. Estes benefcios so particularmente observados em solos com grande atividade de minhocas, que produzem canais que permanecem inalterados na ausncia de cultivo. Tais melhorias na porosidade nem sempre so observadas. Em alguns casos, uma menor quantidade de espao poroso tm sido observada em solos sob cultivo conservacionista do que sob cultivo convencional, ocasionando problemas em solos com m drenagem interna.

TABELA 1.7 Efeito de 50 anos de cultivo contnuo sobre a macroporosidade e microporosidade de um Vertissolo de textura fina (Texas).

Comparado ao solo no perturbado, o solo cultivado apresentou menor macroporosidade e um aumento da microporosidade devida a destruio dos agregados, transformando os poros presentes entre as unidades

estruturais em microporos. A diminuio da macroporosidade provavelmente resultado da perda de matria orgnica do solo.

Solo Matria

Orgnica Porosidade

total Macroporosidade Microporosidade Densidade do

solo --------------------------------- % -------------------------- Mg m-3

0-15 cm de profundidade no perturbado 5,6 58,3 32,7 25,6 1,11 50 anos de cultivo 2,9 50,2 16 34,2 1,33 15-30 cm de profundidade no perturbado 4,2 56,1 27 29,1 1,16 50 anos de cultivo 2,8 50,7 14,7 36,0 1,31

Dados de Laws e Evans (1949).

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FIGURA 1.26 Distribuio de matria orgnica, silte, argila, areia, macroporos e microporos em um solo franco-arenoso (a) e em dois solos franco-siltosos, com boa estruturao (b) e com m estruturao (c). Os solos franco-siltosos possuem maior espao poroso total que o franco-arenoso, porm, o solo franco-siltoso com m estruturao possui menor volume de macroporos que os outros solos. Observe que em maiores profundidades, nos solos franco-siltosos, cerca de um tero da frao mineral composta por argila, o suficiente para caracteriz-los como franco argilosos.

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1.6 Formao e Estabilizao dos Agregados do Solo

A formao e manuteno de um alto grau de agregao do solo uma das mais importantes e

difceis tarefas no manejo do solo. A formao de agregados na superfcie provoca diminuio da densidade e aumento da macroporosidade do solo. Alguns agregados so destrudos pelo impacto das gotas de chuva e pelo preparo do solo. Outros resistem desintegrao, tornando mais fcil a manuteno da estrutura do solo. Geralmente, os agregados de menor tamanho so mais estveis, sendo mais difcil a manuteno dos agregados de maior tamanho.

Os meios prticos de manejo da estrutura do solo sero discutidos aps serem considerados os fatores responsveis pela formao e estabilidade dos agregados. Como estes fatores operam simultaneamente, difcil caracterizar separadamente seus efeitos na estabilidade dos agregados do solo.

FIGURA 1.27 Agregados de um Mollisol em Iowa so mais estveis sob vegetao nativa de pradaria do que quando cultivado por culturas que tm sido estabelecidas por 90 anos. Neste estudo, as amostras de solo foram colhidas de uma rea de pradaria e de dois campos vizinhos, onde milho ou soja tinham sido plantados a pelo menos um ano. Diferenas no manejo anterior podem em parte contribuir para as diferenas entre os campos de milho e soja, mas o solo de ambas as culturas apresentam distintos colapsos de agregados comparados com o de reas de gramado nativo. [Desenhado dos dados de Martens (2000)]

Organizao Hierrquica dos Agregados do Solo11

Os agregados de maior tamanho (>1mm), desejveis no manejo do solo, so formados por agregados menores, que por sua vez so compostos por agregados ainda menores at agrupamentos de argila e hmus menores que 0,001 mm. Pode-se facilmente demonstrar a existncia de uma hierarquia de agregao selecionando alguns agregados de maior tamanho e separando-os cuidadosamente em agregados de menor tamanho at a obteno do menor agregado possvel, em seguida esfregando estes agregados entre o polegar e o indicador. Muitos destes se dividiro em agregados ainda menores, compostos por silte, argila e hmus. A organizao hierrquica dos agregados (Figura 1.28) parece ser uma caracterstica da maioria dos solos, com

11 O papel da material orgnica e dos processos biolgicos na organizao hierrquica dos agregados do solo foi, primeiramente, apresentada por Tisdall & Oades (1982) no J. Soil Sci., 33:141-163, e posteriormente elaborada por Oades (1993) Geoderma, 56:377-400, e Tisdall (1994) Plant and Soil, 159:115-121.

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exceo de certos Oxisols e alguns Entisols jovens. Em cada nvel hierrquico, diferentes fatores so responsveis pela agregao das sub unidades. Fatores que Afetam a Formao e Estabilidade dos Agregados

Processos biolgicos e fsico-qumicos (abiticos) esto envolvidos na formao dos agregados do solo. Os processos fsico-qumicos tendem a ser mais importantes nos agregados de menor tamanho, enquanto que os processos biolgicos nos maiores. Alm disso, os processos fsico-qumicos de agregao esto principalmente associados com a frao argila, possuindo assim maior importncia em solos de textura fina. Em solos arenosos, com pouco contedo de argila, a agregao dependente, principalmente dos processos biolgicos.

(a) (b) (c) (d)

FIGURA 1.28 Agregados de maior tamanho so normalmente compostos de aglomeraes de agregados de menor tamanho. A ilustrao mostra quatro nveis hierrquicos de agregao no solo. Diferentes fatores responsveis pela agregao em cada nvel so indicados. (a) Um macroagregado composto por muitos microagregados unidos principalmente por uma rede de hifas de fungos e razes finas. (b) Um microagregado, consistindo principalmente de partculas de areia fina e pequenos aglomerados de silte, argila e substncias orgnicas unidas por plos radiculares, hifas de fungos e gomas produzidas por microrganismos. (c) Um submicroagregados consistindo de partculas finas de silte cobertas com matria orgnica e pequenas partes de plantas e microorganismos, cobertas com arranjamentos ainda menores de argila, hmus, e xidos de Fe ou Al. (d) Aglomerados de partculas de argila interagindo com xidos de Fe ou Al e polmeros orgnicos na menor escala. Estes aglomerados organo-arglicos so ligados s superfcies das partculas de hmus e partculas minerais de menor tamanho. Processos fsico-qumicos

Os dois mais importantes processos fsico-qumicos so (1) coeso entre partculas de argila e (2) expanso e contrao de solos argilosos. Floculao das argilas e funo dos ctions adsorvidos - Exceto em solos muito arenosos, que so praticamente isentos de argila, o processo de agregao se inicia com a floculao das partculas de argila em agregados microscpicos (Figura 1.29). A floculao pode ser explicada pelo fato da maior parte das partculas de argila possurem superfcies carregadas com cargas negativas que normalmente atraem um grande grupo de ctions da soluo do solo. Se duas partculas de argila aproximarem-se o suficiente, ctions comprimidos na camada entre elas atrairo as cargas negativas das duas partculas, servindo assim como uma ponte, que mantm as partculas unidas. Este processo repetido at que um pequeno conjunto de partculas

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paralelas de argila seja formado. Outros agrupamentos de argila so formados por partculas orientadas ao acaso. Estes tipos so formados quando as cargas positivas nas bordas das partculas de argila atraem as cargas negativas nas superfcies planas destas partculas (Figura 1.29). As partculas de argila interagindo com os colides orgnicos (hmus) eletricamente carregados formam pontes que os unem s partculas de silte (principalmente quartzo), criando o menor grupo na escala hierrquica de agregao do solo (Figura 1.24d). O poder floculante de ctions polivalentes (ex: Ca2+, Fe2+ , Al3+) e do hmus so responsveis pela estabilidade em longo prazo dos microagregados menores (

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por gramneas, acentua os processos fsicos de agregao associados aos ciclos de umedecimento e secagem. Este efeito mais um dos exemplos da interao entre processos fsicos e biolgicos no solo. Os ciclos de congelamento e descongelamento tm efeito similar, a formao de cristais de gelo um processo de secagem, que tambm retira gua do solo. A expanso e contrao que acompanham os ciclos de congelamento-descongelamento e umedecimento-secagem nos solos criam fissuras e presses que, alternadamente, separam grandes massas de solos e comprimem partculas em unidades estruturais definidas. Os efeitos de agregao destes ciclos de temperatura e umidade so mais pronunciados em solos com alto contedo de argilas expansivas, especialmente Vertisols, Molisols e alguns Alfisols.

Processos Biolgicos Atividades de organismos do solo. Dentre os processos biolgicos de agregao, os mais importantes so: (1) atividade de minhocas, (2) arranjamento de partculas por redes de razes e hifas de fungos e (3) produo de gomas orgnicas por microrganismos, especialmente bactrias e fungos. Em solos cultivados e no cultivados, minhocas (e cupins) deslocam partculas de solo, muitas vezes ingerindo-as e transformando-as em grumos. Em solos de floresta, o horizonte superficial consiste principalmente de agregados formados por minhocas (ver, por exemplo, Figura 1.10a). As razes das plantas tambm movem partculas medida que penetram no perfil do solo. Este movimento faz com que as partculas de solo se aproximem estimulando a agregao. Ao mesmo tempo, canais criados pelas razes das plantas e pelos organismos do solo servem como macroporos, quebrando torres maiores e ajudando a definir unidades estruturais de maior tamanho. As razes das plantas (principalmente plos radiculares) e hifas de fungos exsudam polissacardeos semelhantes a acares e, outros compostos orgnicos, formando redes pegajosas que unem as partculas individuais do solo e os pequenos microagregados em aglomerados maiores denominados macroagregados (Figura 1.28a). Os fungos associados razes de plantas (denominados micorrizas) so particularmente eficientes em proporcionar este tipo de estabilidade aos agregados maiores curto prazo, pois secretam protenas denominadas glomulinas, que so eficientes como agente cimentante (Figura 1.30 e Quadro 1.5). As bactrias tambm produzem polissacardeos e outras gomas orgnicas medida que elas decompem os resduos de plantas. Os polissacardeos bacterianos so mostrados misturados com partculas de argila em uma escala muito pequena (Figura 1.31). Muitas destas razes e gomas orgnicas produzidas por microrganismos so resistentes dissoluo pela ao da gua e no apenas aumentam a formao dos agregados do solo, como tambm asseguram sua estabilidade por perodos de meses at anos. Estes processos so mais observados em solos superficiais, onde a atividade de razes, animais, e a acumulao de matria orgnica so maiores. Influncia da matria orgnica. Em muitos solos, a matria orgnica o principal agente responsvel pela formao e estabilidade dos agregados (Figura 1.32). Em primeiro lugar, a matria orgnica fornece substrato energtico que torna possvel a atividade de fungos, bactrias e animais do solo. Segundo, medida que os resduos orgnicos so decompostos, formam-se gel e outros produtos viscosos que, juntamente com bactrias e fungos associados estimulam a formao de agregados. Os exsudados orgnicos das razes das plantas tambm participam da formao dos agregados. Produtos da decomposio orgnica, tais como polmeros complexos, interagem quimicamente com partculas de argilas silicatadas e xidos de ferro e alumnio. Estes compostos orientam as partculas de argila formando pontes entre elas e, unindo-as em agregados estveis em gua (Figura 1.28d)

Durante o processo de agregao, as partculas minerais do solo (silte e areia fina), so cobertas com resduos decompostos de plantas e outros materiais orgnicos. Mesmo na menor escala, partculas microscpicas de resduos decompostos de hmus se misturam com partculas de argila. Os complexos organominerais resultantes promovem a formao de agregados. A Figura 1.31 mostra uma evidncia direta dos complexos organominerais na unio de partculas do solo.

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QUADRO 1.5 AGREGADOS DO SOLO E FUNGOS MICORZICOS A influncia favorvel dos microrganismos do solo, e especialmente dos fungos, sobre a formao e estabilidade dos agregados do solo h muito conhecida. Entretanto, ns estamos ainda desvendando os mecanismos especficos pelos quais esses efeitos favorveis se manifestam. Uma das descobertas relata os efeitos da agregao e estabilizao da glomalina, uma glicoprotena que secretada por hifas de fungos micorzicos. Estes organismos vivem num estado de simbiose com as razes de muitas plantas, incluindo diversas espcies de rvores. Os grficos seguintes apresentam a relao entre contedo de glomalina e estabilidade de agregado.

Observe a elevada estabilidade de agregados e contedo de glomalina numa pastagem assinalados e um baixo nvel de cada cultivo marcado (anualmente arados). O solo deste experimento foi um Ultisol, contudo os efeitos semelhantes da glomalina ter sido notado sobre outros solos de regies temperadas.

O nvel de dixido de carbono na atmosfera afeta os nveis de glomalina e formao de agregados, como tem sido observado. O resultado de um estudo no sudeste da Califrnia ilustra esta relao.

Aparentemente, alto teor de CO2 atmosfrico estimula o desenvolvimento das razes das plantas, que, por seu turno, aumentam o incremento de associaes com fungos micorzicos que produzem glomalina. Aumento no contedo de dixido de carbono na atmosfera nas ltimas dcadas pode ter tido alguma influncia sobre a formao de agregados nos solos. Fontes dos grficos: Superior, Wright et al. (1999). Inferior, desenhado dos dados de Rillig et al. (1999).

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FIGURA 1.30 Hifas de fungos unindo partculas de solo em agregados (a) viso microscpica de uma hifa crescendo sobre a superfcie de uma partcula mineral incrustada com clulas microbianas e fragmentos (barra = 10 m). (b) Um estgio