Propriedades físicas do solo -...

21/11/2011

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Propriedades físicas do soloPropriedades físicas do solo

Uniersidade Federal de Santa Maria

Centro de Ciências Rurais

Departamento de SolosSOLO CONCEITO FÍSICO

Meio poroso, não rígido, trifásico,formado de partículas que possuemcomplexidade de forma, tamanho eestrutura mineralógica e algumaspartículas finitamente divididas de maneiraa apresentar uma grande área superficial.

Espaço Poroso Sólidos

do solo

Ar

20 a 30%

Água

20 a 30%

Minerais

45%

Mat. Org.

5%

Espaço Poroso Sólidos

do solo

Ar

20 a 30%

Água

20 a 30%

Minerais

45%

Mat. Org.

5%

Partículas que apresentam diferentes tamanhos

Frações granulométricas

ou Frações texturais

Meio trifásico SOLO FISICAMENTE IDEAL

É aquele que apresenta:

Boa aeração e retenção deágua;

Bom armazenamento decalor;

Pouca resistência mecânicaao crescimento radicular.

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

EstruturaDensidade do soloAgregaçãoTamanho de porosCaract. perfil

Lavração, plantio,adição

fertilizantes

ChuvasIrrigação/drenagem

RadiaçãoÁgua, Aeração,

Temperatura, Resistência mecânica.

Crescimento eDesenvolvimento de

Plantas

Quantidade de água

Propriedades Físicas do SoloPropriedades Físicas do Solo Textura do solo

Área superficial específica

Consistência do solo

Agregação do solo

Densidade do solo

Densidade de partículas

Porosidade do solo

Resistência à penetração

Água

Outras…

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Textura do soloTextura do solo

Textura do solo

TEXTURA DO SOLO

É a proporção relativa das classes detamanho de partículas de um solo.

FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA

DIÂMETRO (mm)

Matacão > 200Calhau 200 –20

Cascalho 20 - 2Areia grossa 2 – 0,2

Areia fina 0,2 – 0,05Silte 0,05 – 0,002Argila < 0,002

Classes de tamanho de partículas do solo

Textura do solo Textura do solo

A textura é importante para oentendimento do comportamento e manejodo solo

Durante a classificação do solo em umdeterminado local, a textura é muitasvezes a primeira e mais importantepropriedade a ser determinada

A partir da textura, muitas conclusõesimportantes podem ser tomadas

É possível alterar a textura pelo manejo?

Textura do solo

Determinação

_em laboratório: análise granulométrica

_a campo: pela sensação que o solo

molhado e amassado oferece ao tato

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No Campo:

A textura é feita por estimativa, esfregando uma massa de solo úmida e homogeneizada entre os dedos

Areia

Silte

Argila

Sensação aspereza, não plástico, não pegajoso

Sensação sedosidade, plástico, não pegajoso

Sensação sedosidade, plástico, pegajoso

Textura do solo Textura do solo

Distribuição do tamanho de partículas de três solos com amplavariação de textura. Note que há uma transição gradual nadistribuição do tamanho de partículas em cada um destes solos.

Fonte: Brady, 1983

Textura do soloRelaciona-se com:1) Mineralogia_FRAÇÃO AREIA – minerais 1° (quartzo e outros

silicatos)_FRAÇÃO ARGILA – minerais 2° (argilominerais:

caulinita, esmectita, etc, e óxidos: hematita,goethita, etc)

2) CTC3) ASE4) Porosidade e densidade do solo

Textura do solo

Condiciona todos os fatores de crescimento em menor ou maior grau

Influi sobre:- Retenção, movimento e disponibilidade de

água- Arejamento- Disponibilidade de nutrientes- Resistência à penetração de raízes- Estabilidade de agregados- Compactabilidade dos solos- Erodibilidade

Textura fina Textura média Textura grosseiraARGILOSOS francos ARENOSOS

retenção de água elevada Retenção de água baixaCirculação de água difícil Circulação de água fácil

Coesão elevada Coesão baixaConsistência plástica e

pegajosa (molhado) e dura (seco)

Consistência friável (seco ou molhado)

Densidade do solo menor Densidade do solo maiorPorosidade total maior Porosidade total menorMicroporosidade maior Macroporosidade maior

Aeração deficiente Boa aeraçãoSuperfície específica elevada Superfície específica baixa

Solos bem estruturados Solos sem estruturaCTC elevada CTC baixa

Difícil preparo mecânico, pouco lavados e mais ricos em

elementos fertilizantes

Fácil preparo mecânico, mais lavados e mais pobres em elementos fertilizantes

Textura do solo

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

Ex: 42% argila

6% silte

52% areia

Classe texturalARGILA ARENOSA

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33% argila

40% silte

27% areia

Área superficial específicaÁrea superficial específica


ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICAASE = área superficial

unidade massa Influenciada por Tamanho da partícula afeta:

atrito, adsorção, tensão superficial. Forma da partícula Natureza da partícula:

MO, ASE, decomposição. Composição da partícula:

atividade, superfície interna.


Relação entre a área superficial de um cubo de massa conhecida e otamanho de suas partículas.

_No cubo maior (a) cada lado possui 64 cm2 de área superficial. O cubotem seis lados, com área superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64cm2). Se o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modoque cada um tenha 2 cm de lado, o mesmo material será agorarepresentado por 64 cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubopequeno terá 4 cm2 (2 x 2) de área superficial, resultando em 24 cm2

de área superficial (6 lados x 4 cm2). A área superficial total será de1536 cm2 (24 cm2 x 64 cubos). Deste modo, a área superficial destecubo será quatro vezes maior do que a área superficial do cubo maior.


ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA

Relacionada com

CTC, retenção de água e nutrientes;

retenção e liberação de poluentes;

expansão / contração;

propriedades mecânicas:

coesão, resistência, plasticidade.


Quanto mais fina a textura do solo, maior é a superfície efetivaexposta por suas partículas. Note que a adsorção, a expansão eoutras propriedades físicas (plasticidade e coesão, calor deumedecimento) seguem a mesma tendência e aumentamrapidamente à medida que se aproximam da dimensão coloidal.

Fonte: Brady, 1983

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Consistência do soloConsistência do solo


CONSISTÊNCIADO SOLO

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

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

Consistência do solo COESÃO: atração entre partículas de mesma

natureza (S-S) devido a:

_Atração eletrostática entre superfícies

_Atração molecular (Van der Walls)

_Materiais coloidais

_f = {ASE, H2O, distância, orientação}

ADESÃO: atração entre partículas de naturezadistinta (L-S) devido a:

_Tensão superficial d’água (há necessidade ar)


Consistência depende de

Textura: em solo argilosoMineralogia: em 2:1 Ex.: Vertissolo x LatossoloMO: em solo argiloso, em solo arenosoEstrutura: com a agregação


Consistência condiciona

Condições de preparo e cultivo-APLICAÇÃO

PRÁTICA

Resistência à penetração raízes

Estrutura (estabilidade de agregados)

Erodibilidade

Consistência do soloEstado de umidade

Seco Úmido Molhado

Teores de água

Equilíbrio com o ar

Umidade equivalente

Capacidade de campo

Acima da capacidade de campo

Predomínio da fase líquida

Formas de consistência

Tenaz Friável Plástica Aderente ou pegajosa

Fluída

LP LL

dureza friabilidade plasticidade Pegaj.

SECO ÚMIDO MOLHADOMUITO

MOLHADO

ADESÃOCOESÃO

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Consistência do solo SOLO SECO - não há adesão e a coesão é máxima -

DUREZA

SOLO ÚMIDO - a coesão e a adesão. As duas forças ocorrem conjuntamente - FRIABILIDADE (solo é menos compactável)

SOLO MOLHADO - a coesão desaparece e a adesão atinge o máximo - PLASTICIDADE

MUITO MOLHADO - os filmes de água que recobrem as partículas se tornam mais espessos -PEGAJOSIDADE

SOLO SATURADO - FLUIDEZ

Estrutura do solo

ESTRUTURA DO SOLO

O solo é composto por partículas de Areia eSilte que se mantém unidas pela ação daArgila e Matéria orgânica, formandoagregados estáveis.

A organização das partículas e agregados éconhecida como estrutura do solo. Solo desetruturado (esquerda) e solo bem granulado

(direita). Raízes de plantas e especialmente húmussão fatores principais na granulação do solos.

Fonte: Brady, 1983

ESTRUTURA DO SOLO

Um solo com melhor estrutura suportamelhor a precipitação e a ação de máquinas eimplementos agrícolas e também permite umamelhor produção das culturas.

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

AVALIAÇÃO da ESTRUTURA

dois pontos de vista

1. Pedológico_tipo_tamanho _grau de desenvolvimento

2. Manejo do Solo_potencial ou capacidade de uso do solo

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A estrutura do solo relaciona-se com:

Aeração

Densidade do solo

Resistência mecânica à penetração

Infiltração de água e selamento superficial

COMO SE FORMAM OS AGREGADOS ?

1°) Aproximação entre as partículas: - floculação da argila - desidratação do solo: aproxima partículas- raízes: desidratação e pressão sobre as

partículas- organismos: minhocas (coprólitos)

COMO SE FORMAM OS AGREGADOS ?

2°) Estabilização: agentes cimentantes

- quantidade de argila e de cátions

- forças eletrostáticas (Van der Walls)

- MO. Polissacarídeos, Ac. húmicos

- microrganismos: ação mecânica (hifas defungos) e produção de compostos orgânicos

- vegetação: ação mecânica das raízes efonte de material orgânico na superfície

Formação dos agregados

Macroagregado composto por

muitos microagregados,

unidos principalmente

por uma rede de hifas de fungos

e raízes

Microagregado consistindo

principalmente de partículas

de areia fina e pequenos

aglomerados de silte, argila e substâncias orgânicas

unidas por pêlos radiculares,

hifas de fungos e substâncias

produzidas por microrganismos

Submicroagregado constituído por

partículas de silte cobertas com

matéria orgânica e pequenos pedaços

de plantas e microorganismos,

cobertos com arranjamentos

menores de argila, húmus e óxidos de

Fe ou Al

Aglomerados de partículas

de argila interagindo com óxidos

de Fe ou Al e polímeros

orgânicos na menor escala

Estabilidade de agregados

ESTABILIDADE DE AGREGADOS

Resistência à desagregação que os agregados apresentam quando submetidos a forças externas (ação implementos agrícolas e impacto gota chuva) ou forças internas(compressão de ar, expansão/contração)

que tendem a rompê-los.

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Fig. DMG de agregados, em solo ARGISSOLOVERMELHO-AMARELO submetido por dois anos ao PCe PD contínuo.


0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

DM

G, m

m

1.6 1.8 2.0 2.2 2.4Carbono orgânico, %

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

Há indicação clara de que o incremento de matéria orgânica do solo é acompanhado pelo incremento da agregação, expressa pela

estabilidade dos agregados, ocorrendo independente do tipo de solo


Da Ros et al. (1997) determinaram que o manejo inicial de solo que nuncarecebeu cultivo e a intensidade de mobilização de solos cultivados sãodeterminantes na condição estrutural resultante

A estabilidade estrutural foi inversamente relacionada com a freqüência eintensidade de mobilização do solo

4,9

4

2,92,1

1,2

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

0

1

2

3

4

5

6

DM

G, m

m

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

ESTABILIDADE DE AGREGADOS Taxas de aumento da agregação

Textura do soloSistema de manejoSistema de cultura

Degradação estrutural Melhoria estrutural

Recuperação da estabilidade estrutural

Pelo menos 2x mais rápida em solos arenosos

do que argilosos

Densidade do solo

DENSIDADE DO SOLO (Ds)

Relação com

TEXTURA

Solos arenosos ds = 1,2 a 1,8 g cm-3

Solos argilosos ds = 1,0 a 1,6 g cm-3

PROFUNDIDADE: ds com a profundidade MO, PT, compactação natural, diferentes formas de

agregados, maiores pressões, argila iluvial (ocupa espaços).

MAU MANEJO DO SOLO: compactação ds

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Usada para

Calcular PT

Calcular massa solo da camada arável

Avaliar alterações na estrutura e porosidade

Converter massa H2O a volume H2O


Objetivo: avaliar a estrutura do solo pelarelação entre massa e volume de solo.

A metodologia consiste em coletar umaamostra de solo com estrutura preservada ede volume conhecido, e pela relação entremassa de solo seco em estufa a 105 oC evolume da amostra ocupado por partículas eporos, obtém-se a densidade do solo.

Ds em diferentes profundidades em umArgissolo Vermelho distrófico, sob dois tiposde uso.


0

1020

3040

50

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Densidade, Mg m-3

Prof

undi

dade

, cm

Mata

Lavoura(SPC)

Densidade de partículas

DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)

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

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

DENSIDADE DE PARTÍCULAS (Dp)

Objetivo: avaliar o volume de sólidos do solo,sem considerar a porosidade.

A metodologia consiste em macerar umaamostra de solo e obter o volume ocupadopelas partículas sólidas da amostra.

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

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A Dp é influenciada pelo manejo ?

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

Solos com baixos teores em óxidos Fe(clima frio) - dp 2,65 g cm-3

Solos com altos teores em óxidos Fe(clima tropical e subtropical) - dp 3,0 g cm-3

Solos orgânicos - dp < 1,92 g cm-3

Porosidade do solo

POROSIDADE DO SOLOPOROSIDADE TOTAL – proporção

percentual de poros em relação ao volume desolo.

_Porosidade textural: predominante em solosarenosos (pouco estruturados).

_Porosidade estrutural: predominante emsolos argilosos (boa agregação).

Macroporosidade –movimento d’água,aeração.

Microporosidade – retenção de água.

FATORES QUE AFETAM A POROSIDADE

Agregação: granulares x blocosTextura - Arenosos: PT

- Argilosos: PT Profundidade: profundidade PT

Espaço aéreo: pressão = 60 cm H2O (-0,06 atm)Mínimo 10%

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

Macroporos25,0%

Microporos38,0%

Sólidos37,0%

Macroporos19,0%

Microporos40,0%

Sólidos41,0%

Macroporos13,0%

Microporos40,0%

Sólidos47,0%

Mato

4 anos PC

50 anos PCLatossolo Roxo (> 60% argila)

(Brum, 1972)

POROSIDADE DO SOLO

0

5

10

15

20

25

30

35

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Densidade, Mg m-3

Prof

undi

dade

, cm

PinusPastoEucaliptoMilhoMataCerrado

Solo: LatossoloCerrado: vegetação naturalMilho: sistema convencional há 18 anosEucalipto: Eucalyptus camaldulensis há 10 anosPinus: Pinus caribea var. hondurensis há 10 anosMata ciliar: reflorestada com espécies nativas há 10 anosPastagem: Brachiaria decumbens há 10 anos

Fonte: Cavenage et al., 1999

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Cerrado

38%

12%

50%

Mata

44%30%

14%

Eucalipto

40% 30%

9%

Pinus

40%

26%

14%

Camada 0-10 cmMicroMacro

Porosidade total

Milho

47%36%

10%

10-20 cm: 4%

10-20 cm: 38% Pastagem

40% 33%

8%

10-20 cm: 11%

Fonte: Cavenage et al., 1999



5101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

Pinus5

101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

0 28Distância, cm

1428 14

Esteira

Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) após o corte do pinus (direita). Fonte: Cechin et al., 2006

5101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

Pinus5

101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.0

0.51.01.52.0

MPa

0 17,5 3535Distância, cm

17,5

pneu

5101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

pneu

Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda), após uma passado do Skidder (meio) e após várias passadas do Skidder (direita). Fonte: Cechin et al., 2006

5101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

Pinus5

101520253035404550

Prof

undi

dade

, cm

0.00.51.01.52.0

MPa

Estaleiro

Resistência à penetração de uma área de pinus sem o tráfego de máquinas (esquerda) e no estaleiro (direita). Fonte: Cechin et al., 2006

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SOLO BEM ESTRUTURADOPermite:a) Poros adequados para a entrada de ar e

água no solo;b) Porosidade adequada para que a água se

movimente através do solo sendo disponívelpara as culturas, assim como permita umaboa drenagem do solo;

c) Porosidade adequada para o crescimentodas culturas após a germinação dassementes, permitindo que as raízes exploremum maior volume de solo em busca de ar,umidade e nutrientes.

Palha

+

Atividade biológica

+

Matéria orgânica

= Boa estrutura

Raízes explorando o maior volume

de solo

= Boa estrutura

Degradação ambiental

ErosãoAtividade biológica

Trocas gasosas

Compactação

Conversão de área de mata em lavoura

Qualidade ambientalDEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA

CAUSAS

preparo intensivo e queima dos resíduos

tráfego intenso de máquinas com umidade inadequada

impacto da gota de chuva

dispersão química dos colóides

inaptidão agrícola

Causas da degradação da estrutura DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA

CONSEQUÊNCIASpropriedades físicas afetadas - densidade

e porosidade do solo, estabilidade dosagregados, retenção e infiltração água ...

camadas compactadas subsuperficiais resistência do solo à penetraçãoerosão – sulcos ou laminarcrostas superficiais

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Degradação da estrutura = impacto ambiental Relações dos propriedades físicas com o rendimento de plantas

Solo muito soltoSem estrutura Solo bem

estruturadoSolo compactado

Estrutura degradada

Muitos torrões

Baixa retenção de água

Contato solo-semente deficiente

Contato solo-raiz deficiente

Suscetibilidade da cultura à seca

Baixa aeração

Suscetibilidade da cultura à seca

Restrições ao crescimento radicular

Baixa infiltração de água-escorrimento superficial

Boa aeração

Boa retenção de água

Boa infiltração de água

Diminuição de riscos da cultura à seca

Solo SoloCompactação

Cobertura do solo

Atividade microbiológicaMatéria orgânica

Estabilidade estruturalResistência à compactação

Evitar a degradação do solo !!!Indicadoresfísicos ebiológicos dosolo,relacionados aodesenvolvimentoe produção deplantas, usadospara avaliar aqualidade dossolos (extraídode Reichert etal., 2003).

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