Pedologia Geral

FUNDAMENTOS DA CIÊNCIA... Oliveira, C.

SISTEMA SOLO-PLANTA: Um Enfoque para as Atividades de Perfuração Terrestre TOPICO 1: Noções básicas de solos Natal-RN, 16 a 20 de Outubro de 2006

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TOPICO 1: Noções básicas de solos

1. FUNDAMENTOS DA CIÊNCIA DO SOLO

Clarice de Oliveira Prof. Adjunto, Dra.

Depto de Solos – UFRRJ [email protected]

1.1. Conceito de solo. As conceituações de solo, mesmo do ponto de vista pedológico, são variadas porque podem

abranger diversos campos do conhecimento. Ocupando a parte mais externa do globo terrestre, o solo se encontra em posição de contato

com a atmosfera e a umidade ambiental, constituindo um sistema complexo em cuja definição se deve considerar sua posição na superfície terrestre.

Numa definição ampla, o solo pode ser considerado como a capa de material fragmentário,

poroso e não consolidado, que recobre a superfície imersa de rochas da crosta terrestre de forma quase contínua. Essa cobertura fragmentária varia de espessura, podendo ter alguns centímetros, em alguns locais, e dezenas de metros, em outros. O solo difere do material que o sustenta em cor, estrutura, constituição física, composição química, mineralógica e propriedades. Normalmente o solo está colonizado por vegetação de tipo e porte também variados, dependendo das condições edafoclimáticas.

Quando se caracteriza o solo, claramente se percebe tratar-se de uma parte bem organizada da

natureza. Assim, o solo é considerado um corpo natural, independente e dinâmico, adquirindo propriedades ou características variáveis com a natureza, intensidade e extensão das forças que sobre ele atuam.

1.2. Origem do solo e fatores de formação O solo se origina a partir das rochas ou de sedimentos depositados na superfície terrestre,

sendo que os solos derivados de sedimentos são os mais abundantes. A importância da rocha na formação do solo é amplamente reconhecida. Assim, Fallou (1862) e Richthofen (1866) propuseram sistemas de classificação de solos com base na geologia e na composição mineralógica do material que lhes deu origem. Atualmente existem diversos sistemas de agrupamento ou classificação de solos, nas quais são consideradas, também, as características biológicas e as relacionadas com seu potencial de permitir o crescimento vegetal.

Estudos realizados em varias regiões do globo terrestre comprovaram que a existência de

diferentes tipos de solos é controlada por cinco principais fatores: clima, organismos, material de origem, relevo e idade da superfície do terreno. Todos estes fatores atuam, simultaneamente, com diferentes graus de intensidade. Desta forma têm-se: solos profundos e altamente intemperizados nos trópicos úmidos; solos arenosos sob vegetação de caatinga no semi-árido tropical do Nordeste brasileiro; planícies com escassa vegetação como na região árida e fria da Patagônia, etc.

1.3 Conceito de perfil do solo.

Na formação do solo, a partir da ação dos fatores de formação no material originário (rochas ou sedimentos), começam a serem diferenciadas camadas com características químicas, físicas e biológicas características, que avançam para o interior da litosfera (Figura 1). Estas camadas ou estratos são chamados de horizontes, que apresentam diferentes espessuras e cujo conjunto constitui o perfil do solo.



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Figura 1. Desenvolvimento do perfil do solo em função da idade e representação esquemática.

O perfil do solo será mais profundo na medida que os fatores de formação têm atuado mais intensamente. Como exemplo podem-se citar os solos dos trópicos úmidos, onde os fatores de formação têm atuado tão intensamente que o material de origem se encontra a mais de 10m profundidade, comparado com os solo raso da região de Caatinga. Apresentando características bem definidas os horizontes ajudam muito nos sistemas de classificação de solos, destacando-se os horizontes chamados de horizontes de diagnóstico (Figura 1). Como exemplo destes, têm-se o Horizonte óxido, típico dos solos chamados de Latossolos; o Horizonte argílico, típico dos solos Argissolos, entre outros. As características físicas, químicas e biológicas e, também, a profundidade do solo, estão diretamente relacionadas com o crescimento de vegetais, seja em relação ao desenvolvimento radicular no perfil e/ou pela disponibilidade de água, nutrientes e aeração. Os horizontes mais próximos da superfície são geralmente mais ricos em nutrientes, e com maior conteúdo de matéria orgânica. A camada superficial do solo, onde os agricultores aplicam fertilizantes, calagem, etc. e realizam práticas de aração, é geralmente conhecida como camada arável. 2. CONSTITUINTES DO SOLO O solo é constituído por componentes minerais, orgânicos, líquido e gasoso. A fase sólida formada por matéria inorgânica e orgânica é chamada também de matrix do solo. A fração mineral consiste de partículas de vários tamanhos, resultantes da decomposição do material originário (rochas e sedimentos). A fração orgânica tem sua origem no acúmulo dos resíduos vegetais e animais, ocorrendo no solo em diferentes estágios de decomposição, contando, ainda, com organismos vivos e em atividade. A fase líquida é constituída pela solução do solo ou água do solo e compõe-se de água, sais em dissolução e matéria orgânica em suspensão. A fase gasosa é o ar do solo, assim denominado pelo fato de sua composição diferir da que ocorre no ar atmosférico, quanto à proporção porcentual de seus elementos. Para uso do solo, a importância dos diferentes componentes varia em seu significado. Na indústria da construção civil, por exemplo, é mais importante o componente mineral, desejando-se solos compactos ou adensados, mas, para a agricultura, no entanto, é importante um equilíbrio entre os diferentes componentes do solo. Neste último caso a fração sólida proporciona a



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disponibilidade de nutrientes e a fração gasosa atua como fonte de O2 para a respiração radicular das plantas e biota do solo como um todo. No solo, as partículas sólidas se arranjam formando espaços porosos, processo conhecido como estruturação do solo. Num solo agricolamente produtivo, uma das propriedades físicas que dá idéia do equilíbrio do arranjo das partículas do solo é a densidade do solo. Um valor de densidade de 1,35 g/cm3, que é justamente a metade da densidade das partículas minerais dominantes nos solos (Tabela 1), indica que no volume total do solo cerca de 50% é ocupado pelas partículas sólidas (incluído matéria orgânica com densidade variando de 0,60 a 1,10 g/cm3) e 50% pelo espaço poroso. Geralmente estes valores mudam em função do conteúdo de partículas minerais finas (argilas e silte, principalmente) e pelas práticas de preparo do solo (aração, gradagem, etc). Num solo com balanço adequado de partículas minerais (argila, silte e areia), chamado solo franco e adequadamente estruturado (com boa agregação das partículas), no espaço poroso de 50% do volume, cerca da metade deste volume corresponde a microporosidade e a outra metade aos macroporos. Os microporos respondem pela retenção da umidade e os macroporos armazenam o ar do solo.

Tabela 1. Densidade de alguns minerais do solo (g/cm3). Quartzo 2,65 Vermiculita 2,40 Clorita 2,60-2,90 Caulinita 2,50 Montmorilonita 2,60-2,65 Goethita 4,37 Hematita 5,26

Na Tabela 2 apresentam-se os valores da composição elementar representativa da crosta

terrestre. Pode-se observar que os elementos mais abundantes são oxigênio, silício, alumínio e ferro, o somatório destes quatro elementos perfaz mais de 87%. Destes elementos, somente o ferro é um nutriente extraído pelas plantas em pequenas quantidades (algumas gramas /ha). A maioria dos elementos nutrientes para as plantas, encontrados na crosta terrestre, apresenta-se em pequenas quantidades, e possivelmente esta seja a razão pela qual, em muitas situações, como nos solos altamente intemperizados dos trópicos, frequentemente aparecem sinais de deficiência de nutrientes nas culturas, destacando-se P, Zn, Cu, Fe, Mn, B, entre outros. Deve-se destacar que, embora a Tabela 2 apresente valores médios representativos da composição da crosta terrestre, em muitas situações têm-se variações nesta composição, e desta forma se encontram solos mais ricos ou mais pobres em determinados nutrientes. Deve-se mencionar, também, que muitas vezes o que comanda a disponibilidade de nutrientes no solo para as plantas são as condições químicas, como a reação do solo ou pH (potencial de acidez) que, quando próximo à neutralidade (pH 6,5) determina uma maior disponibilidade de nutrientes para as plantas, assunto que será tratado mais adiante.

Tabela 2. Composição química da crosta terrestre (% peso). Elemento %

O 46,46 Si 27,61 Al 8,07 Fe 5,06 Ca 3,69 Mg 2,07 Na 2,75 K 2,58 Ti 0,62 P 0,12

Mn 0,09 S 0,05 Cl 0,05 C 0,04

Outros 0,64 Clarke & Washington, 1924



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3. COLÓIDES DO SOLO No solo, grande parte das propriedades relacionadas com sua estruturação (agregação), como sua capacidade de retenção de água e nutrientes estão associadas com as propriedades coloidais do solo. Os colóides estão constituídos basicamente pelas partículas orgânicas humificadas e minerais menores de 0,002 mm, correspondente às partículas do tamanho das argilas. Estas partículas, de grande superfície específica, apresentam cargas positivas e negativas na sua superfície que, ao interagirem com as moléculas de água, originam o movimento browniano numa solução aquosa. As partículas coloidais são os materiais cimentantes na formação de agregados e são, essencialmente, responsáveis pela capacidade do solo em reter cátions e ânions, sendo que os íons preferencialmente retidos dependem do tipo de carga que presente dos colóides (Figura 2).

Figura 2. Demonstração de como, a semelhança de um imã, as cargas negativas dos colóides do solo

atraem ou repelem os cátions e ânions. Adaptado de Instituto da Potassa & Fosfato, 1998. Os colóides minerais estão constituídos basicamente pelos minerais de argila como, também, por colóides minerais amorfos ou sesquióxidos, sendo que a importância deles depende do grau de intemperização dos solos. No caso dos solos tropicais úmidos os colóides minerais mais abundantes são os sesquióxidos de Fe e Al carregados positivamente. Os minerais de argila mais comuns são as argilas 2:1 e 1:1. Os minerais de argila 2:1, apresentam estrutura e forma definida constituídos por uma camada tetraedral de Si entre duas camadas octaedrais de Al. No caso dos minerais de argila 1:1, a estrutura apresenta uma camada tet raedral de Si e uma camada octaedral de Al. No caso das argilas 2:1 têm-se a vermiculita, montmorilonita, illita, etc. e entre as argilas 1:1 tem-se, principalmente, a caulinita. Deve-se destacar que à medida que os solos são mais intemperizados os minerais de argila diminuem de tamanho, aumentando o conteúdo das argilas 1:1 e sesquióxidos. 3.1 Capacidade de troca catiônica e aniônica (CTC e CTA) Conforme mencionado acima, os colóides do solo apresentam capacidade de reter ânions e cátions na sua superfície, fenômeno conhecido como capacidade de troca aniônica e catiônica,



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respectivamente. A capacidade de troca expressa a capacidade dos colóides em reter e trocar os ânions e cátions em sua superfície, os quais não estão fixos e aderidos na superfície dos colóides senão em pleno movimento, neutralizando as cargas coloidais. As cargas coloidais podem ser fixas ou variáveis, e estas últimas são também chamadas de cargas dependentes do pH do meio. Os colóides minerais com cargas permanentes são as argilas 2:1, que são basicamente carregadas negativamente e por isso sempre apresentam alta capacidade de reter cátions. Como exemplo disso têm-se a montmorilonita com CTC variando de 80 a 120 cmolc/100g argila, a vermiculita com valores de CTC de 100 a 150 cmolc/100g argila, e a illita com CTC de 20 a 30 cmolc/100g argila, entre outros. No caso das argilas 1:1, como a caulinita a CTC é variável e depende do pH, com CTC variando de 3 a 15 cmolc/100g argila.

Entre os colóides com CTC dependente do pH tem-se, também, a matéria orgânica coloidal (húmus), cuja CTC varia de valores de 5 a 400 cmolc/100g húmus, sendo que os valores mais altos são encontrados em solos com pH próximo a neutralidade. É por essa característica do húmus do solo, que a manutenção da matéria ou aumento da matéria orgânica do solo, alcançam especial significado nos solos intemperizados das regiões tropicais. Nestes últimos solos, nos quais as partículas minerais dominantes são os sesquióxidos de Fe e Al, com cargas variáveis, sendo positivas em solos ácidos, ou abaixo do ponto de carga zero (pH onde ocorre o balanço de cargas positivas e negativas). Deste modo, os solos com altos teores de sesquióxidos (gibsita, goetita, etc) apresentam capacidade de troca aniônica (CTA), ou preferência pela retenção de ânions, como sulfatos (SO4

-2), nitratos (NO3-), fosfato

(H2PO4- e H2PO4

2-) etc. Nesta situação o risco de perda por lixiviação de cátions como Ca+2, Mg+2, K+, NH4

+, de alta demanda pelas plantas, é alto. Uma representação esquemática da CTC do solo é apresenta na Figura 3.

Figura 3. Uma visão esquemática de Capacidade de Troca de Cátions (CTC) e suas implicações práticas. Fonte: Adaptado de Instituto da Potassa & Fosfato, 1998.



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4. MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO (MOS) Conforme mencionado acima, a matéria orgânica do solo (MOS) é um dos principais componentes do solo, não tanto pela quantidade que raramente atinge mais de 10%. Nos solos agrícolas tropicais este valor varia de 2 a 5%. A importância deste componente do solo se deve, principalmente, ao seu comportamento coloidal e por ser o sustento da biota do solo, essencial para manter a biodiversidade. A principal fonte de MOS são os resíduos agrícolas, tanto da parte aérea como das raízes das plantas. Nos últimos anos o aumento da MOS, por apresentar alto conteúdo de C (58%), tem sido considerado como um mecanismo de mitigação do efeito estufa, pois vislumbra seqüestrar C-CO2 derivado da atmosfera, via a fotossíntese das plantas cujos resíduos aumentam o seu conteúdo.

No solo, uma das propriedades da MOS é a relação C/N (Carbono/Nitrogênio), que independente do tipo de solo e condição edafoclimática, varia ao redor de 10 a 13 (Figura 4). Deste modo, por cada unidade de N orgânico que possa ficar no solo, abre a possibilidade de fixar no solo 10 a 13 unidades de C orgânico. Disto deduz-se que o conteúdo de MOS está muito relacionado com a disponibilidade de N nos solos. Em condições de baixa disponibilidade de N que limite a crescimento vegetal e a produção de resíduos, o cultivo de leguminosas como adubos verdes (crotalária, feijão de porco, mucuna, etc) oferecem as melhores perspectivas, pois além de contribuir como N derivado da fixação biológica de N2 do ar para o sistema solo, também seria uma fonte de matéria orgânica do solo.

Nitrogênio Total (g.kg-1)0 1 2 3 4

Car

bo

no

To

tal (

g.k

g-1 )

0

10

20

30

40

50

60

70

Y= -0,43 + 12,29XR2= 0,94n= 420

Figura 4. Correlação entre os teores de C e N determinados em amostras retiradas de diferentes

profundidades do solo sob diferentes sistemas de plantio e sob vegetação nativa. Passo Fundo, RS. Sisti (2001).

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS INSTITUTO DA POTASSA E DO FOSFATO. Manual internacional de fertilidade do solo. Tradução e

adaptação de Alfredo Scheid Lopes. 2ª edição revisada e ampliada. Piracicaba, POTAFOS, 1998. 177p.

JANTALIA, C. P.; ALVES, B. J. R.; ZOTARELLI, L.; BODDEY, R. M.; URQUIAGA, S. Mudanças no

Estoque de C do solo em Áreas de Produção de Grãos: Avaliação do Impacto do Manejo do Solo. In: Bruno J. R. Alves; Segundo Urguiaga; Celso Aita; Robert Michael Boddey; Claudia P. Jantalia; Flávio A. O. Camargo (Org.). Manejo de Sistemas Agrícolas: Impacto no Seqüestro de C e nas Emissões de Gases de Efeito Estufa. Porto Alegre, 2006, p. 35-58.

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