O Solo do Ponto de Vista Físico

Atributos Físicos

do solo de maior interesse agronômico

O Solo como Meio para o Desenvolvimento das Plantas

Definições de solo:

Camada externa e agriculturável da superfície terrestre que juntamente com o clima compõe o meio físico que condiciona

toda a atividade agropecuária.

Porção superior do regolito, diferenciada por horizontes, que se constitui em ambiente de vida das plantas superiores.

I - O que é solo, do ponto de vista agronômico ?

ATRIBUTOS do SOLO

II - Como descrever o solo ?

Pelos atributos de sua natureza, peloque é “intrínseco”

Características

Pelos atributos de seu comportamento, pelas suas reações afatores externos

Propriedades

* Marcos, Z.Z. Ensaio sobre epistemologia pedológica: 1.Definição de solo.2. Natureza e comportamento do solo. Cahiers O.R.S.T.O.M. ser. Pédol.. vol.XIX, n.1, 1982:5-28(ORSTOM)-Office de la Recherche Scientifique et technique Outre Mer.

A - Atributos físicos do sistema solo:

- Morfologia

- Composição do Sistema Solo

B - Atributos físicos da matriz do solo:

- Composição da matriz

- Composição granulométrica x Textura

- Estrutura

- Relações Massa/Volume entre os componentes da matriz.

- Energia Potencial da água no solo

Perfil de um solo: “corpo do solo”

A

A00 M.O. não decomposta A0 M.O. humificadaA1 hor. mineral c/ m.oA2 hor. de perdasA3 hor. de transição

BB1 hor. de transição

B2 hor. de iluviação

B3 hor. de transição

CRocha em decomposição

D Rocha matriz

Morfologia

• Sistema disperso de 3 fases: sólida (mineral+orgânica), líquida e gasosa.

• Fase sólida (matriz): 35 a 60% do volume total

• Fases líquida e gasosa: no espaço poroso - proporções variáveis

Composição do Sistema Solo

- Parte orgânica: 1 a 4% em peso nos solos minerais%MO = 20+(%argila/5) = limite da %MO entresolos minerais e orgânicos

- Parte mineral: fragmentos de rochas >2mm até partículascoloidais <0,002mm (2

Composição da matriz

•Frações do solo : (amostra de solo = terra)

Amostra natural = Terra Natural

Esqueleto do solo (>2mm)

Terra Fina (<2mm)

Areia muito grossa 2,00-1,00 mmAreia grossa 1,00-0,50Areia média 0,50-0,25Areia fina 0,25-0,10Areia muito fina 0,10-0,05Limo (silte) 0,05-0,002Argila <0,002

Composição Granulométrica proporção de

partículas < 2mm

Característica

Textura

Propriedade: Sensação que dá ao tato (grosseira, fina, sedosa,untuosa)

Composição granulométrica x Textura

A importância da textura do ponto de vista físico

(determina, praticamente, todas as demais propriedades)

•é fator determinante das propriedades de retenção e capacidade de armazenamento de água

•é fator determinante na distribuição de poros e, consequentemente, das propriedades de condução de água e gases e suas trocas com a atmosfera e plantas

•é fator determinante da estrutura do solo (diferenças nas interações elétricas)

•é fator determinante das propriedades de resistência à penetração de raízes e à implementos de movimentação mecânica do solo

•é fator determinante de propriedades térmicas do solo,tais como capacidade calorífica, condutividadetérmica

Característica que exprime o posicionamento espacial relativode cada componente do sistema.

Ao nível de partículas primárias(areia, limo e argila)

Microestrutura

Ao nível macroscópico(agregados)

Padrão estrutural ou Macroestrutura

Caracterização da estrutura

Qualitativamente

Tipo:esferoidalcúbicalaminar, etc

Quantitativamente

Classe:pequena, média, grande, etcGrau:sem, fraco, moderada, forteEstabilidadePorosidade (distribuição de poros)

Estrutura

A importância da estrutura do ponto de vista físico

•Grande parte dos aspectos da estrutura dos solos tem maior interesse parafins de classificação de solos (aspectos qualitativos) embora muitosdesses aspectos possam oferecer boas indicações sobre as qualidadesfísicas do solo para fins agrícolas.

•Os dois principais aspectos de caracterização da estrutura são:porosidade (distribuição de poros) e agregação

•A estrutura é importante fator nos processos de retenção e transferência queocorrem no sistema: trocas gasosas, retenção e movimento da água e calor.

•A estrutura é fator importante no processo de desenvolvimento radicular das plantas.

•A estrutura reflete a qualidade dos sistemas de manejo físico do solo(compactação).

•A estrutura é fator de identificação do estado de degradação dos solos.

mP, vP (partículas)

ml, vl (solução)

mg, vg (gases)

vv = vl + vgPoros ou vazios

mt , vt

Outras características físicas do sistema e/ou de seus componentes

Densidade das partículas: dm

vpp

p

dm

vsp

t

Densidade do solo (global):

Porosidade total:

v

v

d

dv

t

s

p

1

Relações Massa/Volume entre os componentes da matriz.

Água no solo:

•Umidade à base de massa: um

m

m m

ml

p

su ss

ss

•Umidade à base de volume: v

v

m

v

m m

vl

t

l

t

su ss

t

u ds.

•Armazenamento de água:

z

L

A A zl ii

n

i

1

.

Solutos no solo:

•Concentração a base de volume de solução CM

Vsoluto

solucao

•Concentração a base de volume de solo CM

V

lsoluto

solo

C

C

MVMV

lsoluto

solo

soluto

solucao

C Cl .

•Concentração a base de massa de solo

CC

d

MVMV

M

Mll

s

lsoluto

solo

solo

solo

soluto

solo

Fração gasosa ou ar do solo:

Pricipais Gases : O2 CO2 N2

Atmosfera livre: 20,9 0,03 78,9

Atmosfera do solo: 19,6 0,9 79,5

respiração, decomposição de MO= diferenças de concentração

Aeração do solo = trocas = uniformização

Concentração do gases no ar do solo:Por volume de ar do solo:

Cvolumede gas

volumedear

Por volume de solo:

Cvolumede gas

volumede solol C Cl . ( )

Porosidade livrede água

Calor no solo:

Calor específico ou capacidade térmica:

C C Cp a ( ). .1 onde Cp = capacidade térmica das partículas= 0,4 cal/cm3.oC

Ca = capacidade térmica da água=1cal/cm3.oC

para solos orgânicos: Cmo= 0,6

A Importância das relações massa/volume:

•A densidade de partículas é o reflexo da constituição do solo mas varia muito pouco de solo para solo exceto p/ solos orgânicos.

•Densidade do solo e porosidade - refletem o estado de agregação e de compactação dos solos.

•A quantificação da água no solo, juntamente com a caracterização doseu estado energético (potencial) é fundamental na avaliação dascondições para o desenvolvimento das plantas e dos seus processosdinâmicos no solo.

•As demais relações quantitativas para a água do solo ,solutos e gases (concentrações) e calor (capacidade calorífica) apresentam interesse direto, no que diz respeito à caracterização das condições dosistema como meio para o desenvolvimento das plantas e microorganismos (umidade, salinidade, aeração, condições térmicas),e são relações fundamentais para a quantificação dos seus respectivosprocessos dinâmicos no solo.

Energia Potencial da água no solo

A água do solo, da planta, da atmosfera ou de qualquer outro sistema, assim como qualquer corpo na natureza, pode ser caracterizada por umESTADO de ENERGIA - Descreve-se o Estado especificando-se osvalores numéricos de um certo número de variáveis denominadas “Funções de Estado” que dependem apenas das características do sistema na situação em que ele se encontra no momento (função de ponto).

Diferentes Formas de Energia Podem Estar Envolvidas

Uma vez que a água movimenta-se no solo à baixas velocidades, a caracterização do seu Estado de Energiaé feita pela sua Energia Potencial

Energia Livre de Gibbs = Potencial Total da Água“Função de Estado”em uma forma mais adequada para a caracterização do Estado de Energia da águano solo

A- Potencial da água do solo Movimento da água no solo

B- Potencial da solução do solo Movimento da solução no solo

Avaliação em relação a um Estado de Referência

A- água livre (sem a influência da matriz), em um dado referencialde posição, à mesma temperatura da água no solo e à pressão atmosférica padrão = 0,101325MPa

B- solução livre (sem a influência da matriz), com a mesma composição química da solução do solo, em um dadoreferencial de posição, à mesma temperatura e à mesmapressão atmosférica padrão

i i i i iT

T

P

P

Z n

i ddngdzvdPsdT0 0 00 0

mosgPTi

Referência = água pura e livre

Para fins práticos: processos que ocorrem no solo são isotérmicos.Portanto:

Potencial da solução do solo

mosgPi Total Pressão

Gravitacional

Osmótico

Mátrico

Unidades de Potencial

Energia Livre de Gibbs = Energia (grandeza extensiva) -depende da extensão do sistema

Conveniente expressar em Energia por unidade deoutra grandeza que expressa a extensão do sistema:

Energia por unidade de massa: 2222

...

TLM

TLM

M

E (joule/kg)

Energia por unidade de volume: 213

22

....

TLML

TLM

V

E (Pascal)

Energia por unidade de peso: LTLM

TLM

P

E

2

22

..

.. (carga hidráulica)

P - Potencial de Pressão

Representa a diferença de potencial entre a solução no soloe a água no estado de referência devida a uma diferença depressões sobre as duas situações - ocorre em condições desolo saturado ou sob lâminas de água:

Solo saturado

H de água

A

HgmHgm

V

HgmAP

......

Hgm

HgmAP

...

Hgm

HgmAP

.

..

(pressão)

(energia/massa)

(Energia por peso= carga hidráulica)

g - Potencial Gravitacional

Corresponde à energia potencial do campo gravitacional - está sempre presente - geralmente é tomada como zero na superfície do solo

Z=0

zA

zgV

zgmg ..

).(.

zgm

zgmg .

).(.

zgm

zgmg

.

).(.

os - Potencial Osmótico

H2Opura

Soluçãodosolo

C0 C1

Membranasemi-permeável

cRTos

C1=10-3 Mol/litro

cmatmos 4,250246,010.300.082,0 3

Desprezível devido às baixas concentrações das soluções do solo e sócontribui para o movimento da água na presença de membranas semi-permeáveis (interface solo/raiz).

m - Potencial Mátrico

Fenômenos capilares Adsorção

(Forças atrativas entre cargasda superfície das partículas e a molécula dipolar da água)

“Forças mátricas de retenção”

Processos de retenção da água no solo:

gáslíquido

sólido

F (força resultante da atração coesiva do líquido)

F1

F1

G

Força de atração adesiva (sólido-líquido) acima da superfície

Força de atração adesiva (sólido-líquido) abaixo da superfície

R

Ângulo de contato líquido/sólido

90o

Equilíbrio = R paralelo à parede

Quando F = 2 F1 ou 2.GF

< 90o

Equilíbrio = R não paralelo à parede“líquido molha a parede”

Quando F < 2 F1 ou 2.GF <

sólidogáslíquido

FR

G

Menisco côncavo

G

G

Água sobre vidro Mercúrio sobre vidro

Forças mátricas de retenção / potencial mátrico da água no solo

Água livre (estado padrão) 0m

Água retida por forças mátricas 0<m

“Diminuem a energia potencial da água”

R R

r

LF .s

L

LF .sp

Rp

s2

p = pressão interna sob a superfície côncava = “tensão”

cos.Rr

atmP

atmPpghPP atm

P

atmatm PpghP

ghr

ghR

ghp

s

s

cos

2

2

rgh

..

cos..2

s

h

Capilaridade

(força contrátil)

p

1dinas.cm9,71 svidro)x(água100 0

3g.cm1 w-2cm.s981g

cmh

cmr

Observações Gerais sobre a Importância Agronômicados Atributos Físicos do Solo

•Pouco se conhece sobre as relações entre comportamento das plantascultivadas e os atributos físicos do solo, principalmente no que se refere à quantificação dessas relações.

•Um dos principais desafios da física do solo parece estar em compreender melhor (quantificar) as “exigências” das plantas quanto às condições físicas ideais do solo e de que forma manejar o sistemasolo no sentido de garantir tais condições e maximizar a produtividade.

•São muito amplas e diversificadas as técnicas disponíveis para acaracterização física dos solos, mas tal caracterização tem permitidobasicamente apenas o conhecimento detalhado do sistema solo em si, incluindo-se os diferentes processos físicos que nele ocorrem.

Caracterização Física do Solo Recomendações de manejo