CURSO ESPECIALIZAO EM IRRIGAO E DRENAGEM (MARO/2001)
Universidade Federal Rural do Semi-ridoDepartamento de Cincias
AmbientaisRelao gua-Solo-Planta-Atmosfera
(Parte I)
Francisco das chagas da Silva EspnolaJos Francismar de
Medeiros
Jos Espnola SobrinhoFrancisco de queiroz porto
filhoMOSSOR-RN
2005NDICE
1 - Introduo:
2 - A gua
2.1. Introduo
2.2. Estrutura da gua
2.3. Propriedades da gua
2.3.1. Tenso superficial
2.3.2. Capilaridade
2.3.3. Viscosidade
2.4. Importncia da gua na produo vegetal
3 - O solo
3.1. Introduo
3.2. Perfil do solo
3.3. Componentes do solo
3.4. Nutrientes do solo
3.5. Natureza qumica e mineralogia das pasrtculas do solo
3.5.1. Areia e Silte
3.5.2. Argila
3.6. Caractersticas fsicas dos solos minerais
3.6.1. Textura
3.6.2. rea superficial especfica
3.6.3. Estrutura
3.6.4. Consistncia
3.6.5. O solo como um sistema trifsico
4 - A Planta
4.1. Introduo
4.2. Anatomia Vegetal
4.3. gua na Planta5 - Movimento da gua no solo5.1. Gradiente
hidrulico
5.2. Lei de Darcy
5.3. Infiltrao e redistribuio da gua no solo
5.4. Movimento capilar
5.5. Movimento de vapor
5.6. Curva caracterstica de gua no solo
5.7. Constantes de umidade do solo
5.7.1. Umidade de saturao5.7.2. Umidade equivalente5.7.3.
Capacidade de campo5.7.4. Ponto de murchamento permanente5.8.
Mtodos para avaliar a umidade do solo5.8.2. Mtodo da resistncia
eltrica (Bouyoucos)
5.8.3. Mtodo da moderao de neutrons5.8.4. Mtodo do tensimetro1.
Introduo
O reino vegetal depende do perfeito relacionamento de trinmio,
solo-gua-planta. A gua retida nos espaos porosos do solo absorvida
pelo sistema radicular da planta e aps percorrer seus vasos
condutores, atinge as folhas, onde pequena parte sintetizada
(utilizada nos processos metablicos e conseqentemente na formao da
planta), e a maior parte transferida para a atmosfera (em alguns
casos, 98% da gua que extraem do solo) por transpirao, que funo da
demanda evaporativa da prpria atmosfera. A planta transpira em funo
dessa demanda e no por necessidade prpria, assim poder-seia obter
excelentes produes com o consumo reduzido de gua pela planta, desde
que houvesse condies de reduzir a demanda evaporativa da atmosfera,
aumentando-se, por exemplo, a umidade relativa do ar. Todavia, na
prtica isso invivel. Assim, se a planta no encontrar no solo a
umidade que necessita para suas necessidades e para satisfazer a
demanda evaporista da atmosfera, ela murcha e acaba morrendo.
Quando a planta, por falta de gua no solo, no consegue absorve-la
em taxa suficiente para atender a transpirao, fecha os estmatos
protegendo-se da desidratao. Contudo, tal defesa compromete a
absoro de CO2 (gs carbnico) da atmosfera, essencial no processo da
fotossntese, prejudicando o desenvolvimento da planta e
conseqentemente sua produo. A deficincia de umidade no solo pode
ser corrigida com o uso sistemtico da irrigao. Portanto, dependendo
do contedo de gua que o solo possui, a gua poder est mais ou menos
disponvel para o vegetal. Com base nestas consideraes, a gua do
solo pode ser classificada, segundo Briggs, de acordo com a energia
em que ela se encontra retida no solo, da seguinte forma:
A Classificao Fsica:
Baseia-se no grau relativo de tenso com a qual a gua retida pelo
solo:
gua livre ou drenagem: Contedo acima da capacidade de campo;
sujeita muito fracamente (0,1 a 0,5 atm de tenso); no desejvel,
movimenta-se principalmente pela ao da gravidade; causa lixiviao
dos nutrientes do solo.
gua capilar: Retida entre a capacidade de campo e o coeficiente
higroscpico, tenso entre 0,1 e 31 atm; no totalmente disponvel s
plantas; movimenta-se pelo ajuste dos filmes de gua (dos mais
grossos para os mais finos); funciona como a soluo do solo.
gua higroscpica: Retida a tenso que varia de 31 a 10.000 atm;
absorvida principalmente nos colides do solo; em geral parte dela
no lquida (vapor); movimenta-se principalmente no estado de
vapor.
OBS.: A capacidade retentiva total da gua do solo est
correlacionada tanto com a textura como com o solo o contedo de
matria orgnica do solo.
B Classificao Biolgica:
Baseia-se na gua aproveitada para o crescimento dos
vegetais:
gua suprflua: gua em excesso contida acima da capacidade de
campo; de pouco ou nenhum benefcio para a planta. mais adversa
medida que se aproxima do ponto de saturao; diminui a aerao para as
razes e microorganismos do solo retardando, conseqentemente, os
processos de amonificao e nitrificao. Um outro efeito negativo a
perda de nutrientes por lixiviao.
gua disponvel ou utilizvel: aquela contida no solo entre a
capacidade de campo e o ponto de murcha permanente. a principal
fonte de suprimento para a planta. O grau de disponibilidade desta
gua diminui, e seu efeito negativo nos rendimentos aumenta a medida
que ela se aproxima do ponto de murcha.
gua no disponvel: Retida s tenses iguais ou maiores que 15 atm.
Formada pela gua higroscpica e parte da capilar.
Diagrama das reaes entre as classificaes fsica e biolgica da gua
no solo
( 10.000 atmCoef. Higrosc. ( 31 atmPMP
( 15 atmC.C
( 1/3 atm100% espao poroso
gua higrosc-picag u a c a p i l a rgua livre ou de drenagem
Assim o sistema solo-gua-planta-atmosfera um contnuo fsico no
qual a dinmica dos diferentes processos ocorrem independentemente.
Neste sistema o fluxo de gua ocorre no sentido da diminuio de sua
energia potencial.
Para o entendimento desse sistema necessrio o estudo da dinmica
da gua no solo e todos os processos que regem esta dinmica, o
estudo da absoro e conduo de gua (soluo do solo) pelas plantas e o
estudo das perdas de gua para a atmosfera (evaporao, transpirao e
evapotranspirao) que so portanto afetados pelos elementos do
clima.
Esquema do ciclo da gua na agricultura.
( Chuva ( Escoamento superficial ( Infiltrao ( Armazenamento
pelo solo ( Percolao profunda ( Ascenso capilar (lenol fretico) (
Absoro pelas razes ( Movimento pela planta ( Evaporao e
transpirao.
2. A gua2.1. Introduo
A gua uma das principais substncias da crosta terrestre. Nas
formas lquidas e slidas, cobre mais de dois teros do nosso planeta,
e na forma gasosa, constituinte da atmosfera, estando presente em
toda parte. Sem a gua no seria possvel a vida, como conhecemos. Os
organismos vivos originaram-se em meio aquoso e se tornaram
absolutamente dependentes no decorrer de sua evoluo. A gua
constituinte do protoplasma, em propores que podem alcanar 95% ou
mais do peso total. No protoplasma participa em importantes reaes
metablicas, tais como fotossntese e a fosforilao oxidativa. Ela o
solvente universal, possibilitando uma srie de reaes. Nas plantas
tem ainda a funo de manter o turgor celular, responsvel pelo
crescimento vegetal. Desta forma o conhecimento das propriedades
fsicas da gua e do seu comportamento no solo, na planta e na
atmosfera essencial para entendermos este sistema como um todo.
2.2. Estrutura da gua
A frmula qumica da gua H2O, isto , constitui-se de dois tomos de
hidrognio e um de oxignio. Existem trs istopos de hidrognio (H1 (
hidrognio, H2 ( deutrio e H3 ( tritium) e trs istopos de oxignio
(O16, O17, O18). Estes istopos permitem 18 combinaes diferentes na
formao de uma molcula de gua, no entanto os istopos H2, H3, O17,
O18 so rarissmos.
O dimetro mdio da molcula de gua de aproximadamente 3 (3x10-8
cm) e os dois hidrognios esto ligados ao tomo de oxignio formando
um ngulo de aproximadamente 105, ligao esta responsavel por um
desequilbrio de cargas eltricas na molcula de gua.
Esta distribuio assimtrica de cargas, cria um dipolo eltrico
eltrico responsvel por uma srie de propriedades fsico-qumicas da
molcula de gua. Devido a esta polaridade as molculas de gua
orientam-se formando estruturas. Esta polaridade ainda a razo pela
qual a gua um bom solvente, adsorvida sobre superfcies slidas ou
hidrata ons e coloides.
Cada hidrognio de uma molcula atraido pelo oxignio da molcula
vizinha, com a qual forma uma ligao secundria, denominada ponte de
hidrognio. A ponte de hidrognio possui uma energia de ligao bem
mais fraca que a ligao intramolecular do oxignio com o hidrognio.
Como resultado a gua constitui-se de uma cadeia de molculas ligadas
por pontes de hidrognio (polmero). Esta estrutura possui bem menos
falhas quando a gua se acha no estado slido (gelo). Nestas condies,
cada molcula ligada a quatro molculas vizinhas, formando uma
estrutura hexagonal (tetradrica cristalina regular). Com a fuso do
gelo esta estrutura parcialmente destruida, de forma que outras
molculas possam entrar nos espaos intermoleculares. Por esta razo
cada molcula pode ter mais que quatro molculas vizinhas e a
densidade da gua, (no estado lquido), pode ser maior que a
densidade do gelo.
Para a gua no estado lquido, uma estrutura do mesmo tipo do gelo
continua a existir, mas esta estrutura no rgida e permanente, porm
flexvel e transitria. No estado de vapor esta estrutura desaparece
por completo.
Na passagem do estado slido para o lquido e gasoso, as pontes de
hidrognio so rompidas, ao passo que, na passagem do estado gasoso
para o lquido, elas so reestabelecidas. Assim, na fuso de 1g de
gelo, 80 cal precisam ser fornecidas (calor latente de fuso) e na
solidificao de 1g de gua, a mesma quantidade de energia por ela
liberada. O ponto de fuso da gua sob condies normais de preso
atmosfrica de 0C ao passo que o ponto de ebulio de 100C. Neste
intervalo de temperatura a gua encontra-se no estado lquido e seu
calor especfico e 1,0 cal/g. Este valor extremamente alto em
comparao com o gelo: 0,5; alumnio:0,2; ferro:0,1; mercrio:0,03;
as:0,17. Por esta razo a gua necessita de muita energia para que
sua temperatura se eleve pouco. Esta propriedade da gua torna os
sistemas biolgicos (cujo % de gua altssima), resistentes variaes de
temperatura.
No ponto de ebulio (100C a 1 atm) a gua passa do estado lquido
para o gasoso (ou vice e versa) e o calor envolvido na mudana de
fase de 540 cal/g (calor latente de vaporizao ou de condensao). A
gua pode passar para o estado de vapor a temperaturas menores que
100C, mas tal fenmeno denominado de evaporao, pois requer maior
quantidade de calor. Assim, por exemplo, a 25C seu valor latente de
vaporizao de 583,2 cal/g. O calor latente de vaporizao decresce com
o aumento da temperatura (583 cal/g a 25C e 540 cal/g a 100C).
Esta diminuio decorre do aumento de energia cintica das molculas
e do menor nmero de pontes de hidrognio a serem rompidas medida que
a temperatura se eleva.
De acordo com a teoria cintica dos gases, as molculas de um
lquido esto em movimento contnuo, movimento este que uma expreso de
sua energia trmica. As molculas colidem freqntemente e vrias vezes
absorvem suficiente energia para escapar do lquido e entrar na fase
gasosa. Sua energia dissipada durante a passagem pela barreira de
energia potencial originada para atrao intermolecular na superfcie
lquida (medida pela tenso superficial). Escapando do lquido, a
molcula passa a fazer parte da fase gasosa. Da mesma forma,
molculas da fase gasosa retornam fase lquida.
As taxas nas quais as transferncias de molculas se do do lquido
para o fapor ou vice-versa dependem da condensao de vapor dgua na
atmosfera em contato com a superfcie lquida. Uma atmosfera que est
em equilbrio com a superfcie da gua considerada saturada de vapor
dgua e o mesmo nmero de molculas que abandona o lquido e passa para
a fase gasosa, volta para a fase lquida.2.3. Propriedades da
gua
2.3.1. Tenso superficial
um fenmeno que ocorre tipicamente na regio limtrofe entre um
lquido e um gs. O lquido comporta-se como se estivesse coberto por
uma membrana elstica, em um estado constante de tenso, com tendncia
permanente de se contrair (assumir rea mnima). Isso acontece porque
as foras coesivas atraentes sobre cada molcula de gua so diferentes
se a molcula encontra-se no seio do lquido ou na superfcie.
Molculas no interior do lquido so atradas em todas as direes por
foras iguais, enquanto molculas de superfcie so atradas para dentro
da fase lquida, mais densa, com foras maiores do que as foras com
que so atradas para a fase gasosa, menos densa. Este desequilbrio
de foras responsvel pela tendncia da superfcie se contrair.
Na superfcie do lquido as pontes de hidrognio ficam voltadas
para dentro da massa lquida, o que confere a gua uma elevada tenso
superficial, a qual maior do que a de qualquer outro lquido, com
exceo do mercrio.
Se tomarmos uma linha arbitrria de comprimento L na superfcie do
lquido, uma fora F estar atuando de ambos os lados da linha,
tentando contrair a superfcie. O quociente F/L (que constante, pois
quanto maior L, maior ser F), denominado tenso superficial, cuja
dimenso din/cm no sistema CGS e N/m no sistema internacional. A
tenso superficial pode ser expressa em termos de energia p unidade
de rea, pois tem as mesmas dimenses de F/L (fora/unidade de
comprimento). Ou seja no sistema CGS erg/cm2 e no internacional
J/m2.
A tenso superficial ento a medida da resistncia deformao da
membrana elstica que se forma em uma interface lquido-gs. Ela
depende da temperatura, geralmente decresce com o seu aumento. A
presena de eletrlito da gua, de maneira geral aumentam a tenso
superficial, j substncias como cidos graxos e certos lipdeos que se
concentram muito na superfcie da gua, reduzem a tenso
superficial.
2.3.2. Capilaridade
a manifestao fsica das foras de coeso ,adeso e tenso superficial
quando um tubo capilar colocado na presena de um lquido. A
capacidade de ascenso ou depresso de lquidos em tubos capilares,
imerso na superfcie de um lquido, depende da grandeza relativa das
foras de coeso e adeso, que determinam o ngulo de contato que o
lquido faz com as paredes do tubo. A curvatura do menisco ser tanto
maior quanto menor o dimetro do tubo. A ocorrncia da curvatura
determina uma diferena de presso na pelcula da tona liqutrofe entre
o lquido e o gs.
Na gua, que forma um menisco cncavo para o lado do ar, a presso,
P1 do lquido que est logo abaixo do menisco, menor que a presso
atmosfrica Patm. Por esse motivo a gua contida dentro do tubo e o
menisco sero elevados at que haja um equilbrio do sistema.
No caso do mercrio, o menisco ser convexo para o lado do gs,
indicando que a presso P1 maior que a presso atmosfrica e o lquido
repelido no capilar.
Para (=0 o raio de curvatura do menisco Rser igual ao raio do
tubo r.
Se por outro lado, o lquido entra em contado com o tubo, segundo
um ngulo qualquer (maior que zero e menor que 90), a relao
trigonomtrica entre os parmetros ser:
Sabendo-se que a presso capilar P diretamente proporcional tenso
superficial (() e inversamente proporcional ao raio de curvatura do
menisco R, teremos:
No solo P1Ba+2>Ca+2>Mg+2>K+1Na+1>Li+1. Esse fenmeno
de troca inica de vital importncia em fsico-qumica do solo, pois
ele afeta a reteno ou liberao dos nutrientes s plantas, dos sais
minerais e os processos de floculao e disperso dos colides do
solo.
Resumo dos principais tipos de argila presentes nos solos:
TiposRetculo espacialEspessura mnima dos ExtratosExpansoCTC
(Meq/100g)
Ilita2:110No20-40
Vermiculita2:110Sim100-150
Motmorilonita2:110Sim80-150
Caulinita1:17No< 10
Caractersticas das Argilas:
Argila 1:1
Ligeira aderncia e plasticidade
Baixo grau de expanso quando mida e de retrao quando seca
Pequena superfcie especfica
Baixa capacidade de troca de ctions
Os solos com predomnio dessas argilas so fceis de trabalhar
quando midos, tem uma menor capacidade de reteno de umidade e
geralmente apresentam uma superior velocidade de infiltrao e
permeabilidade quando midos, quando comparados aos solos em que
predominam a argila 2:1.
Argila 2:1
Alta aderncia e plasticidade
Elevada expanso quando mido e de retrao quando seco
Grande superfcie especfica
Elevada capacidade de troca de ctions (CTC)
Os solos com argilas 2:1 so difceis de serem trabalhados quando
mido, tem alto poder de reteno de umidade e elevada fertilidade.
Apresentam problemas de drenagem interna quando midos.
3.6. Caractersticas fsicas dos solos minerais
3.6.1. Textura
Refere-se proporo relativa dos tamanhos dos vrios grupos de
partculas (areia, silte e argila) que compe a massa do solo. Diz
respeito, pois, a granulometria do material slido mineral do solo.
Ela considerada como elemento de grande importncia na descrio,
identificao e, posteriormente na classificao do solo. uma
caracterstica estvel.
A classificao das partculas do solo pelos seus tamanhos pode ser
feita pelos seguintes sistemas.
Frao do soloLimites de dimetros das partculas (mm)
Sistema USDA Internacional SBCS
Areia muito grossa2,000 1,000--
Areia grossa1,000 0,5002,00 0,2002,000 0,200
Areia mdia0,500 0,250--
Areia fina0,250 0,1000,200 0,0200,200 0,050
Areia muito fina0,100 0,050--
Silte0,050 0,0020,020 0,0020,050 0,002
Argila< 0,002< 0,002< 0,002
De acordo com as propores relativas das fraes areia, silte e
argila, pode-se determinar a classe textural do solo. Existem vrios
mtodos, dentre as quais dispomos do tringulo para classificao das
classes texturais do solo, adotado pela sociedade Brasileira de
Cincias do Solo.
( Determinao da textura do solo
Mtodo de campo: A textura determinada atravs de sensaes visuais
e tteis:
Areia: sensao de atrito e esborramento quando o solo pressionado
entre os dedos
Silte: sensao de cedosidade (talco)
Argila: sensao de pegajosidade e plasticidade
OBS:
Mtodo de laboratrio:
Mtodo da pipeta: aquele em que as determinaes so feitas atravs
de pipetagens da suspenso do solo a diferentes alturas e tempos,
segundo a lei de STOKES.
Neste mtodo as partculas com dimetro maior que 0,05 mm e menores
que 2 mm (areia) so separadas por peneiramento e as argilas
(partculas menores que 0,002 mm) so determinadas atravs das variaes
na densidade da suspenso (argila + gua) a uma dada profundidade e
um determinado tempo.
Lei de STOKES: STOKES descobriu a relao entre o raio de uma
partcula e a velocidade de sedimentao em um lquido. Averiguou que a
resistncia oposta pelo lquido a cada de uma partcula esfrica, varia
com o raio da partcula e no com sua superfcie, conforme a
expresso:
onde:
V = Velocidade de sedimentao, cm/s
(p = Densidade da partcula, g/cm3(l = Densidade do lquido,
g/cm3g = Acelerao da gravidade, cm/s2r = Raio da partcula, cm
( = Viscosidade absoluta do lquido, g/cm.s.
d = Dimetro da partcula, cm
Mtodo do hidrmetro ou de Bonyocos: neste caso as determinaes so
feitas por meio da densidade da suspenso do solo selecionado, a
diferentes tempos, de acordo com os mesmos princpios da lei de
STOKES. Normalmente a profundidade utilizada de 10 cm para
facilitar o manuseio com o hidrmetro.
Assim, se quisermos determinar o tempo de sedimentao de uma frao
granulomtrica qualquer, podemos pela lei de STOKES fazer da
seguinte forma:
Assim:
Onde:
3.6.2. rea superficial especfica
a rea por unidade de peso do solo. O tamanho superficial das
partculas do solo por unidade de massa pode influenciar bastante
nas propriedades fsicas e qumicas.
As partculas coloidais devido as suas dimenses diminutas, expem
uma grande rea superficial por unidade de massa do material.
Algumas argilas alm da superfcie externa, ainda expem reas
internas, s quais asseguram absoro de gua e ctions.
Dimenso da aresta das partculas, nmero de cubos e superfcie
especfica dos cubos
Dimenso da aresta (m)N de cubosSup. dos cubos (m 2)
116
0,110360
0,01106600
0,0011096000
Fatores que afetam a superfcie especfica
Forma e tamanho das partculas
Natureza dos componentes da frao argila
Teor de matria orgnica
Presena de xidos de ferro
Natureza dos ctions fixados
Propriedades do solo afetados pela superfcie especfica
C.T.C.
Disponibilidade de certos elementos
Reteno de gua
Densidade aparente, plasticidade e outros
Exerccio: Quanto tempo deve-se esperar para que a camada
superior de 10 cm de espessura de uma suspenso dispersa do solo
fique livre de:
a) Areia
b) Areia e Silte?
Considerar as propriedades da soluo iguais s da gua a 20C.
Considerar a densidade das partculas do solo iguais a 2,65
g/cm3.
SOLUO ?
Exerccio: Na soluo do exemplo acima, mediu-se a concentrao de
slidos suspensos (camada sup. de 10 cm) por meio de um densmetro e
obteve-se Ca = 30g/l e Cb = 18g/l, nos instantes, ta e tb,
respectivamente. Qual a classe textural do solo, sabendo-se que 50g
de solo foram dispersos em 1 litro de gua?
SOLUO ?
Caractersticas dos principais tipos de argila em ralao superfcie
especfica, CTC e densidade de carga
Tipo de ArgilaSup. Esp. (m2/g)C.T.C. (meg/g)Dens. Carga
(meg/m2)
Caulinita5 200,003 0,156,0 7,0
Ilita100 2000,10 0,401,0 2,0
Vermiculita300 5001,00 1,503,0 3,3
Montimorilonita700 8000,80 1,501,1 1,9
3.6.3. Estrutura
Refere-se as arranjo ou organizao das partculas do solo em
agregados sob diferentes formas, tamanho e grau de desenvolvimento
formados pela unio das partculas primrias do solos atravs dos
colides.
As unidade estruturais se formam por floculao dos colides do
solo e posterior cimentao dando origem aos agregados.
Agentes agregantes mais freqentes:
Argila
Complexos hmicos
xido de ferro
xido de alumnio
Carbonato de clcio
Classificao da Estrutura:
Para classificar a estrutura a FAO define trs aspectos bsicos
que so:
Tipo ( Refere-se a forma do agregado
Classe ( Refere-se ao tamanho do agregado
Grau ( Refere-se ao grau de desenvolvimento e estabilidade do
agregado
A) Classificao quanto ao tipo de estrutura:
Laminar: paraleleppedo com predominncia da dimenso
horizontal
Prismtica: prisma com dimenso vertical predominante
Colunar: como a anterior, porm com a parte superior
arredondada
Blocos angulares: dimenses semelhantes nas trs direes
Blocos sub-angulares: similar ao anterior, porm com os vrtices
arredondados
Granular: poliedros ou esferides com trs dimenses de igual
comprimento, com pouca acomodao entre agregados contguos. No
porosa
Grumosa: como a anterior porm porosa
B) Classificao quanto ao tamanho da estrutura:
Muito fina: quando o tamanho menor que 1mm
Fina: quando o tamanho est entre 1 e 2 mm
Mediana: quando o tamanho est entre 2 e 5 mm
Grossa: quando o tamanho est entre 5 e 10 mm
Muito grossa: quando o tamanho maior que 10 mm
C) Classificao quanto ao grau de estrutura:
Sem estrutura: no h agregados visveis
Dbio: quando h agregados escassamente formados
Moderada: quando h agregados bem formados e diferenciados
Forte: quando h agregados duradouros e evidentes
Um solo bem agregado ou estruturado apresenta uma boa quantidade
de poros de tamanho relativamente grande. Dizemos que possui uma
alta macroporosidade, qualidade que afeta a penetrao das razes,
circulao de ar (aerao), seu manejo do ponto de vista agrcola
(operao de cultivo) e a infiltrao da gua.
A destruio da estrutura pode ocorrer em solo alagados, pelo
impacto das gotas de chuvas intensas, trafego de mquinas e operaes
de cultivo em solos muito midos.
A recuperao da estrutura do solo um processo lento, sendo
recomendado para isto, a rotao de culturas, aplicao de calcrio,
adubo orgnico (animal e vegetal).
4.6.4. Consistncia do solo
a manifestao fsica das foras de coeso e adeso que atuam nas
partculas do solo quando submetidas a diferentes teores de umidade
(seco, mido e molhado).
Determinao da Consistncia
No campo:
A) Consistncia com o solo seco: caracteriza-se pela dureza ou
tenacidade Avalia-se comprimindo um torro seco entre o indicador e
o polegar.
Solta, macia, ligeiramente dura, dura, muito dura.
B) Consistncia com o solo mido: caracteriza-se pela friabilidade
(facilidade de esborramento) Avalia-se com o solo com teor de
umidade entre seco e a capacidade de campo.
Solta, muito frivel, firme, muito firme e extremamente
firme.
C) Consistncia com o solo molhado: caracteriza-se pela
plasticidade e pegajosidade Avalia-se com o solo com teor de
umidade acima da capacidade de campo.
C.1) Quanto a plasticidade Propriedade que tem o solo de se
modelar
No plstico, ligeiramente plstico, plstico e muito plstico.
C.2) Quanto a pegajosidade Capacidade que tem o solo de aderir a
outros corpos
No pegajoso, ligeiramente pegajoso, pegajoso e muito
pegajoso.
No laboratrio:
A consistncia em laboratrio determinada atravs de ndices
numricos chamados constantes ou limites de ATTERBERG:
a) Limite de liquidez (LL)
b) Limite de plasticidade (LP)
c) Limite de pegajosidade ou ponto de adesivo (PA)
d) ndice de plasticidade (IP)
Os itens a), b) e c) so determinaes feitas diretamente no
laboratrio
O item d) obtem-se pela frmula:
O ndice de plasticidade define a magnitude do intervalo de
variao de umidade gravimtrica dentro de cujos limites o solo se
acha no estado plstico. O ndice de plasticidade mximo para as
argilas e nulo para as areias
De acordo com o ndice de plasticidade, os solos so classificados
em:
Fracamente plstico 1 < I P < 7
Medianamente plstico7 < I P < 15
Altamente plsticoI P > 15
Obs.: No caso do solo no ter plasticidade (areias), considera-se
o ndice de plasticidade nulo e escreve-se IP = NP (no plstico)
3.6.5. O solo como um sistema trifsico
b) Densidade de partcula (densidade real ou densidade de slidos
do solo): a relao entre a massa do solo seco e o volume das
partculas do solo. (Caracterstica estvel)
c) Porosidade (volume total de poros): o espao total deixado
pela frao slida do solo. (caracterstica instvel)
Solos arenosos ( 30 a 40 %
Solos francos ( 40 a 50 %
Solos argilosos ( 50 a 60 %
A porosidade total subdividida em macroporosidade (responsvel
pela aerao do solo) e microporosidade (onde se processa os fenmenos
de capilaridade, reteno e movimentao da gua no solo)
Sendo a microporosidade determinada experimentalmente atravs da
reteno de gua por uma amostra do solo quando submetida a uma fora
de tenso (suco) equivalente a 60 cm de coluna de gua. E a
macroporosidade por diferena entre a porosidade total e a
microporosidade.
d) Teor de gua em massa
d.1.) Com base no peso seco:
EMBED Equation.3 d.2. ) Com base no peso mido:
e) Teor de gua em volume
f) Contedo de gua em lmina: (altura de gua)
Exerccio: Dada uma extenso de solo de 10ha, considerando
homognea quanto a densidade global (aparente) e a umidade at os 30
cm de profundidade. Qual o peso do solo seco em toneladas desta
camada? A umidade do solo de 20 g/g e sua densidade aparente 17
g/cm3. Quantos litros de gua esto retidos nessa camada? Que volume
de gua ser necessria para saturar? Considerar a densidade de
partculas igual a 2,7 g/cm3.
Exerccio: Um solo tem uma umidade inicial de 0,10 cm3/cm3. A que
profundidade uma chuva de 100 mm umedecer o referido solo deixando
o mesmo com umidade de 0,3 cm3/cm3 ?
4. A planta4.1. Introduo
O consumo de gua pelas culturas, normalmente se refere a toda a
gua perdida atravs da planta (transpirao e gutao) e da superfcie do
solo(evaporao), mais a retida nos tecidos vegetais.A perda de gua
nos tecidos vegetais altssima, mas mesmo assim geralmente menor que
1% do total de gua avapotranspirada durante o ciclo de crescimento
da planta. Por isso, o consumo de gua das plantas, normalmente se
refere apenas a gua perdida por transpirao da planta ou pela
evaporao da superfcie do solo. As seguintes definies so de
importncia nestes estudos.
Transpirao: Perda de gua na forma de vapor, atravs da superfcie
da planta.
Evaporao: Perda de gua na forma de vapor, atravs da superfcie do
solo.
Evapotranspirao: a soma da transpirao com a evaporao. Na prtica,
a evapotranspirao de uma cultura tambm denominada de USO CONSUNTIVO
da cultura.
4.2. Anatomia vegetal
Consumo de gua pela cultura de fundamental importncia do ponto
de vista agrcola, pois, via de regra, os recursos de gua disponvel
so limitados. Na planta, o movimento de gua d-se por vias
especiais, tornando-se necessrio algumas noes de anatomia vegetal,
principalmente da raiz, do caule, e da folha.
Raiz: A zona de absoro de gua da raiz se estende desde sua
extremidade merismtica (zona de crescimento), por alguns
centmetros, at o ponto onde a suberizao da epiderme torna-se
evidente. Os pelos absorventes (clulas epidrmicas com uma
extremidade alongada) que geralmente esto presentes na zona de
absoro, podem aumentar a rea de contato entre a raiz e o solo (para
efeito de absoro de gua e nutrientes) de um fator 3 para 4 ((
33%).
As clulas da raiz so diferenciadas em camadas, e a soluo do solo
passa por todas essas camadas atravs das clulas ou pelos espaos
intercelulares, at atingir as clulas do xilema (vaso condutor)
localizado no cilindro central. A epiderme constituda de uma camada
de clulas aps a qual se inicia o crtex que normalmente possui de 5
a 15 camadas de clulas de parnquina. Aps o crtex, inicia-se a
endoderme, tambm constituda de uma nica camada de clulas. Uma
caracterstica da endoderme que parte das paredes celulares
suberizada, de tal forma que o movimento da gua e nutrientes s se d
atravs das clulas e no por espaos intercelulares. A barreira
suberizada da endoderme denomina-se banda de caspari. Aps a
endoderme encontra-se o periciclo que constitudo de duas camadas de
clulas de paredes finssimas e, aps o periciclo encontram-se os
tecidos vasculares: O xilema e o floema. O primeiro leva a seiva
bruta (gua e sais minerais) a parte area da planta e o segundo
conduz a seiva elaborada (soluo de materiais orgnicos elaborados na
fotossntese) das folhas s razes.
O movimento da soluo do solo pode se dar por duas vias na raiz.
A primeira via atravs das paredes celulares e espaos
intercelulares. Neste caso, a gua move-se devido a diferena de
potencial e, os solutos so arrastados, (fluxo de massa) ou movem-se
por difuso. Neste processo, no envolvida energia proveniente do
metabolismo vegetal e por esse motivo denominado de processo de
transferncia inativo. A segunda via atravs das membranas celulares
e clulas vivas. Neste caso, a gua move-se principalmente devido a
diferena de potencial osmtico e os solutos movem-se por transporte
ativo, isto , transporte que envolve energia biolgica. As membranas
celulares so membranas semipermeveis e seletivas, nas quais h
dispndio de energia durante o transporte dos ons. At o momento a
maioria das pesquisas indica que o movimento da gua
prioritariamente inativo.
O xilema estende-se das razes at s folhas, atravs do caule.
Quando o feixe de vasos vasculares do xilema penetra na folha ele
se subdivide em uma srie de ramos at se constituir progressivamente
de simples clula. Estas esto em contato com as clulas do parnquima
lacunoso, tecido esponjoso com grande quantidade de espaos
intercelulares, onde a gua se evapora, isto , passa do estado
lquido para o estado de vapor. O vapor de gua dos espaos
intercelulares do parnquima lacunoso, atinge a atmosfera por dois
caminhos: atravs da Cutcula ou pelos Estmatos.
A Cutcula uma camada suberizada que recobre a epiderme da folha,
por esta razo as perdas de gua pela cutcula so muito pequenas.
Os estmatos so orifcios de dimenso microscpicas (4 a 12( de
largura por 10 a 14( de comprimento) encontrados na superfcie das
folhas (inferior e superior ou em ambas, dependendo da espcie
vegetal) atravs das quais se do os principais trocas gasosas entre
a planta e a atmosfera. Atravs deles o vapor de gua sai da folha
atingindo a atmosfera e o gs carbnico (CO2) penetra pelos espaos
intercelulares, sendo utilizado do processo fotossinttico. Os
estmatos so estruturas epidrmicas distintas, constitudo de um poro
(ostolo), limitado por duas clulas epidrmicas especializadas, as
clulas guardas, as quais mediante mudanas de formato, ocasionam a
abertura e o fechamento das mesmas. A estrutura do aparelho
estomatal pode variar consideravelmente de planta para planta. Seu
nmero mdio de cerca de 10.000 /cm2, podendo chegar a 12.000 /cm2,
como o caso da folha de tabaco. Na maioria das plantas as clulas
guardas tm tipicamente forma de duas salsichas unidas pelas
extremidades formando um poro elptico entre elas. As paredes
celulares so desigualmente expessadas e freqentemente a parede
dorsal, do lado oposto ao ostolo, a mais fina e se distende mais
facilmente que a parede central. Assim quando as clulas guardas se
tornam mais trgidas, elas incham e sua forma se modifica permitindo
a abertura do estmato. Por outro lado quando se tornam menos
trgidas, elas murcham acarretando o fechamento do ostolo. As
variaes de sua abertura so devidas a diferenas de potencial da gua
dentro deles, que uma funo de vrios fatores. A variao de volume
dentro das clulas guardas, pode ser devido variao na translocao de
gua na planta e intensidade de perda de gua da folha para a
atmosfera. Os estmatos so tambm sensveis luz, temperatura e
concentrao de CO2 e potssio. Os estmatos so circundados por clulas
epidrmicas que no diferem das demais, so clulas subsidirias ou
anexos. Na regio da epiderme onde existe um estmato, o mesfilo
forma uma espcie de cmara, chamada cmara ou cavidade subestomtica,
a qual est em conexo com os espaos intercelulares. O vapor dgua
eliminado pelas perdas midas das clulas que delimitam os espaos
intercelulares, difundem-se rumo s cmaras subestomticas e da para a
atmosfera, atravs dos poros ou ostolos.
4.1. Esquema da seco transversal de uma raiz
4.3. A gua na planta
Para o entendimento do movimento da gua no sistema
solo-plata-atmosfera, torna-se importantes o conhecimento das
diferentes formas como a gua se apresenta nos diversos tecidos
vegetais.
a. Nas Paredes Celulares: A parede celular de uma clula adulta
geralmente considerada composta de trs partes: a lamela central
(pectato de clcio), a parede primria (fibras de celulose
impregnadas de materiais pcticos) e a parede secundria (celulose,
pectina, lignina e cutina). As superfcies destes materiais e os
grupos hidrxilos das molculas de celulose, so fortemente
hidroflicas, absorvendo gua, principalmente por ligaes de
hidrognio. Entretanto, em clulas turgidas, maior percentagem de gua
retida nas paredes pelos fenmeno da tenso superficial, nos poros
dos tecidos fibrosos.
O contedo de gua na parede celular varia muito de clula para
clula, podendo chegar a 50% (na base de volume cm3H2O/cm3 de parede
celular).
b. No Protoplasma: Em comparao com a parede celular o contedo de
gua chega a alcanar 95% do volume, podendo cair para nveis bem
inferiores quando ocorre a inatividade celular, ocasionado por
temperaturas extremas, falta dgua, etc. O protoplasma constitudo
essencialmente de protenas e gua.c. No Sistema Vascular: A composio
da soluo do xilema e floema geralmente bem diferente. O xilema
contm principalmente gua e sais minerais absorvidos do solo e o
floema, gua com produtos metalizados resultantes da fotossntese.5
Movimento da gua no solo
A gua penetra no solo por infiltrao e dentro deste, move-se pela
seo da fora gravitacional e pela tenso capilar, auxiliadas pela
presso hidrosttica quando houver uma lmina de gua na superfcie do
solo. Uma vez drenada a superfcie do solo a superfcie do solo, a
gua continua se movendo em conseqncia das foras gravitacional e
tenso capilar, cessando a primeira quando a velocidade do solo
atingir a capacidade de campo. Da, a medida que a gua capilar for
sendo absorvida pelas razes vegetais ou sendo eliminada pela
evaporao superficial, pequenssimas quantidades podem ainda ser
transferidas de um lugar para outro atravs do solo sob a forma de
vapor dgua, pela diferena de potencial do referido vapor dgua
existente no solo.
O movimento descendente causado pela gravidade e as vezes
auxiliado pela presso hidrosttica, durante a irrigao ou chuva
geralmente denominado de infiltrao ou percolao. O movimento causado
pela tenso capilar, o qual pode ser feito em qualquer direo,
chamado de movimento capilar e finalmente o movimento da gua na
forma de vapor recebe o nome de movimento de vapor.
5.1 Gradiente hidrulico
O movimento da gua no solo (fase lquida) d-se em resposta a
diferena do potencial entre dois pontos considerados no seio do
solo. Assim, quando o valor do potencial constante, h equilbrio
(((= 0) e toda vez que o potencial varivel ((((0), h movimento o
qual se verifica do ponto maior para o de menor energia. Assim, o
gradiente hidrulico representa a variao do potencial total da gua
ao longo de uma determinada direo.
Gradiente hidrulico =
EMBED Equation.3 Sendo:
(( = diferena de potencial entre dois pontos (cm)
L = distncia entre dois pontos considerados (cm)
5.2 Lei de Darcy
Darcy foi o primeiro a estabelecer uma equao que possibilitasse
a quantificao do movimento da gua em um meio poroso e saturado. Ele
verificou que a densidade de fluxo de gua proporcional ao gradiente
de potencial hidrulico dentro do solo. A equao simplificada pode
ser expressa por:
Onde:
q = densidade de fluxo (cm3. cm-2 s-1 = cm.s-1)
K= condutividade hidrulica do solo (cm.s-1)
(( = diferena de potencial entre dois pontos (cm)
L = distncia entre os dois pontos (cm)
Como a densidade de fluxo representa o volume de gua que passa
por unidade de tempo pela unidade de rea de seo transversal
(perpendicular ao movimento), ela pode ser expressa tambm por:
Onde:
q = densidade de fluxo (cm3. cm-2 s-1 = cm.s-1)
V = volume de gua (cm3)
A = rea da seo transversal do fluxo (cm2)
t = tempo considerado (s)
Exerccios:1 Um solo tem uma condutividade hidrulica saturada de
5cm . dia-1. Na presena de um gradiente hidrosttico de 3,5 cm H2O.
cm-1, qual a densidade de fluxo ?
Soluo:
q = -5 x (-3,5) q = 17,5 cm3. cm-2 dm-1
2 Se 10 cm3 de gua atravessam 5 cm2 de solo em 10 minutos, qual
a densidade de fluxo ?
Soluo:
q = 0,2 cm3.cm-2 min-1 q = 0,2 cm.min-13 - Mediu-se o potencial
total de gua em dois pontos no solo, um na superfcie e obteve-se -
1.058 cm H2O e outro a 30 cm de profundidade e obteve-se 645 cm H2O
. A densidade de fluxo da gua de 5 mm. dia-1. Qual a condutividade
hidrulica do solo nas condies reinantes ?
Soluo:
K = 0,0363 cm. dia-14 Que determinado solo possui condutividade
hidrulica dada pela equao:
cm.dia-1
Sua umidade de saturao (S = 0,525 cm3.cm-3 e em certa condio
saturada, o gradiente de potencial da gua 2,5 cmH2O . cm-1. Qual o
fluxo de gua ? Quando a umidade do solo passa para 0,425; 0,325 e
0,225 cm3 . cm-3, mantendo-se o mesmo gradiente, quais so os fluxos
de gua, respectivamente ?
Soluo:
a) q = 3,5.10-3. 2,71815,2. 0,525. 2,5 q = 25,55 cm . dia-1b) q
= 3,5.10-3. 2,71815,2. 0,425. 2,5 q = 5,59 cm . dia-1c) q =
3,5.10-3. 2,71815,2. 0,325. 2,5 q = 1,22 cm. dia-1d) q = 3,5.10-3.
2,71815,2. 0,225. 2,5 q = 0,267 cm. dia-1
5.3 Infiltrao e redistribuio da gua no soloa) Infiltrao: o
processo pelo qual a gua penetra no solo, atravs de sua superfcie,
verticalmente de cima para baixo.
b) Terminologias:
Taxa de infiltrao ou velocidade de infiltrao: a capacidade que
tem o solo para absorver a gua aplicada no terreno de forma natural
ou artificial, durante o tempo que dura a aplicao.
Capacidade de infiltrao: a mxima taxa com a qual um determinado
solo, em uma dada condio pode absorver a gua aplicada natural ou
artificialmente.
c) fatores que afetam a velocidade de infiltrao da gua no
solo:
Contedo inicial de umidade
Crosta superficial impermevel
Compactao do solo
Fendas do solo
Preparo inadequado do solo
Matria orgnica
Sais do solo e da gua
Sedimentos da gua de irrigao
Perfil do solo
d) Mtodos de determinao da infiltrao da gua no solo: a medio da
infiltrao pode ser feita por diversos mtodos, entretanto, a seleo
do mais adequado depende principalmente dos objetivos do trabalho e
do tipo de irrigao a ser usado.
Cilindro infiltrmetro
Sulco infiltrmetro
Entrada e sada da gua no sulco
Intensidade de aplicao da gua no sulco
Intensidade de aplicao da gua (asperso e localizada)
e) Equaes de infiltrao:
Infiltrao instantnea (I): a relao em um dado momento entre a
lmina de gua infiltrada e o tempo gasto para esta infiltrao.
Comumente expressa em cm . h-1 ou mm. h-1. Normalmente a infiltrao
instantnea comea com um valor alto, decrescendo com o tempo at
permanecer mais ou menos constante. Essa funo pode ser representada
pela equao de Kostiskov
Onde:
I = velocidade de infiltrao (cm . h-1)
t = tempo (minutos)
a = velocidade de infiltrao no 1o minuto do processo.
b = inclinao da reta de melhor ajuste.
Representao grfica do processo
Infiltrao acumulada (Iac): a quantidade de gua, expressa em
lmina que penetra no solo num determinado tempo. Essa lmina de gua
acumulada obtm-se por integrao da equao de infiltrao instantnea. (
como a infiltrao instantnea dada em cm . h-1 divide-se por 60 para
expressar o tempo em minutos).
Para simplificar ser usada a notao:
b + 1 = 3
Assim a equao ficar da seguinte forma:
Iac = lmina infiltrada acumulada (cm)
t = Tempo (minutos)
A = lmina infiltrada no 1o minuto do processo
B = Inclinao da reta de melhor ajuste
Representao grfica:
Infiltrao mdia (Im): a relao entre a infiltrao acumulada e o
tempo acumulado.
(cm.min-1)
ou (cm . h-1)
Infiltrao bsica (Ib) ou capacidade de infiltrao: a velocidade de
infiltrao no momento em que a diferena entre dois valores contnuos
igual ou menor que 10% do valor da velocidade instantnea naquele
ponto.
f) Mtodos para determinao dos parmetros das equaes de
infiltrao:
Soluo analtica:
aplicando logaritmo teremos:
log I = log a + b log t, que representa a equao de uma reta do
tipo y = c + mx,
Onde:
y = log I
c = log a
m = b
x = log t
Sendo a e b, determinados por regresso linear:
Soluo grfica: usando-se papel com escalas logartmica, coloca-se
no eixo das abcissas o tempo acumulado e no das ordenadas a
velocidade de infiltrao e traa-se a curva de melhor ajuste dos
pontos e determinam-se os parmetros da equao.
Exerccio:
De acordo com os dados abaixo, determinar os parmetros das
equaes de infiltrao da gua no solo pelos mtodos analtico e
grfico.
g) Redistribuio da gua no solo
Quando cessa a chuva ou a irrigao e a reserva de gua da
superfcie do solo se esgota, o processo de infiltrao chega ao fim.
O movimento da gua dentro do perfil, porm, no cessa e pode muitas
vezes persistir por muito tempo. A camada de solo quase ou
totalmente saturada no retm sua gua de chuva ou de irrigao. Parte
dela move-se para baixo, isto , para camadas mais profundas,
principalmente, sob influncia do potencial gravitacional, podendo
tambm mover-se segundo gradiente de outros potenciais, por ventura
presentes. Este movimento por infiltrao denominado drenagem interna
ou redistribuio da gua no solo. Este processo caracteriza-se por
aumentar a umidade de camadas mais profundas as custas de gua
contida nas camadas superficiais inicialmente umedecidas.
Em alguns casos, a velocidade de redistribuio diminui
rapidamente, tornando-se desprezvel aps alguns dias, de tal forma
que se tem a impresso que o solo retm esta gua. Em outros casos, a
redistribuio lenta e pode continuar com uma velocidade aprecivel,
apesar de diminuir com o tempo, por muitos dias, at mesmo semanas.
A velocidade e a durao do processo determinam a capacidade efetiva
de armazenamento do solo, propriedade esta de vital importncia na
economia de gua das plantas.
5.4 Movimento capilar
Este movimento se verifica devido a tenso capilar desenvolvida
dentro dos microporos e capilares do solo, podendo ocorrer em todos
os sentidos. No sentido descendente mais rpido devido a influncia
gravitacional.
A gua do lenol fretico pode ascender por capilaridade e suprir s
necessidades das plantas (irrigao sub superficial).
O suprimento de gua est ligada a ascenso capilar, e a densidade
de fluxo capilar, , o qual depende do tipo de solo:
5.5 Movimento de vapor
Pequena quantidade de gua movimenta-se no estado de vapor no
solo. Quando o solo est muito seco e existem zonas com diferenas
apreciveis de , h portanto o movimento da gua no estado de vapor.
Quando a umidade do solo est abaixo da higroscopicidade, o
movimento de vapor o nico que existe.
A difuso do vapor ocorre quando houver diferena na presso de
vapor do solo e pode ser quantificada pela expresso:
, sendo:
qd = fluxo de difuso
Dvap = coeficiente de difuso
(Pvap = diferena da presso de vapor entre dois pontos no
solo
L = distncia entre os dois pontos
A membrana semi- permevel deixa passar apenas molculas de gua no
sentido indicado, no deixa passar ons no sentido contrrio, no
equilbrio, sem haver uma modificao sensvel na concentrao salina, h
a componente osmtica do potencial total.
(os = potencial osmtico (atm)
(os = - RTC R = constante de Vant-Hoff = 0,082(atm. l. mol-1o.K
1)
C = concentrao salina (mol.l-1)
T= temperatura oK (ToK= 273+ToC)
Para solos no salinos o (os geralmente desprezvel porque sua
concentrao salina menor que 10 3mol/l e o potencial osmtico maior
que 0,025 atm ou 25,8 em H2O.
Componentes de potencial osmtico para diversas solues a
27oC.
C (mol/l) (os (atm)
10-5 -0,00025
10-4 -0.0025
10-3 -0,025
10-2 -0,25
10-1 -2,50
100 -25,00
Exerccio: calcular o potencial total nos pontos B e C do esquema
abaixo, sabendo-se que a concentrao salina nos respectivos pontos
de 10 4 mol/l a temperatura de 27oC.
Soluo:
a) Clculo dos potenciais no ponto B
Pontencial gravitacional:
(g = -50cm H2O = - 0,048 atm
Potencial matricial
(m = -12,6h+h1+h2(m = -12,6446+30+50
(m = -499,6 cm H2O = -0,484 atm
Potencial osmtico:
(os = -RTC=) (os = - 0,082(273+27).10-4(os = - 0,00246 atm =
-2,54cm H2O
-Potencial total
( = ( g + (m + (os =) ( = - 50 + 499,6 2,54=)
( = - 552,14cm H2O = - 0,535 atm
b) Clculo dos potenciais no ponto C
-potencial gravitacional:
(g= -100cm H2O = -0,0968atm
Potencial matricial
(m= -12,6x38+30+100=) (m= -348,8 cmH2O=)
(m= -0,338 atm
Potencial osmtico
(os = -RTC=) (os = -0,082 (273 + 27)10-4(os = - 0,0024 atm = -
2,54 cmH2O
-Potencial total
( = (g + (m + (os =) ( = -100cm 348,8 2,54 =)
( = - 451,34 cmH2O = -0,437 atm
Quadro resumo:
Potencial Ponto B Ponto C
(g
(m
(os-50 cmH2O = -0,048 atm
-499,6 cmH2O = 0,84 atm
-2,54 cm H2O = -0,0024 atm-100cmH2 O = -0,0968 atm
-348,8cmH2 O = 0,338 atm
-2,54cmH2 O = -0,0024 atm
( -552,14 cmH2O = -0,5344 atm-451,34cmH2 O = -0,4372 atm
Obs: O movimento da gua est acontecendo do ponto C para o ponto
B.
5.6- Curva caracterstica de gua no solo
Em um solo homognio, a cada valor do teor de umidade (( ),
corresponde um valor do potencial matricial ((m ). O grfico (x (m
denomina-se curva caracterstica da umidade do solo, curva de reteno
de gua do solo ou curva de depleo da gua do solo. Ela varia de solo
para solo ou do mesmo tipo de solo se a porosidade total for
alterada.
As curvas so determinadas experimentalmente para cada solo ou
horizonte e nas suas densidades desejadas. Para isto so utilizadas
placas ou membranas presso (Aparelho de Richards). As amostras de
solo so saturadas, juntamente com a placa, durante 24 a 48 horas e
colocadas na cmara, onde so submetidas presso desejada at o
equilbrio (( 48 horas). No equilbrio, a presso aplicada
numericamente igual ao potencial matricial ((m), apenas com o sinal
trocado. Assim, aplicando-se diferentes presses a diferentes
amostras, no equilbrio, obtm-se diferentes umidades com diferentes
valores de potencial.
Fenmeno da histerese: a distoro que ocorre na curva
caracterstica de um solo quando ela obtida por diferentes
processos, quais sejam: hidratao e desidratao.
Fatores responsveis pela histerese:
- Desuniformidade dos poros do solo. (capilaridade)
- Presena do ar aprisionado nos micropros.
- Presena no solo de argila 2:1 ( montmorilonita )
5.7- Constantes de umidade do solo:
Representam a percentagem de umidade que um solo possui, em
determinadas condies que define a relao que existe entre o solo, a
gua e a planta.
5.7.1- Umidade de saturao a mxima quantidade (%) de gua que um
solo pode conter, correspondente ao preenchimento total do espao
poroso do solo.
Determina-se em laboratrio, saturando-se a amostra de solo e
determinando a umidade pelo mtodo da estufa.
5.7.2- Umidade equivalente a quantidade de gua que uma amostra
de solo ainda retm, quando depois de saturada submetida a uma fora
centrfuga ( rotao correspondente a 2.460 rpm) igual a 1000 vezes a
fora da gravidade, durante 30 minutos. Depois disto, a tenso da gua
retida na amostra de solo, segundo estudos, de aproximadamente 0,4
atm, que muitos pesquisadores considerou igual capacidade de campo,
principalmente, em solos argilosos ( visto que a amostra de solo
deformada). Esta constante serve para determinar indiretamente a
capacidade de campo e o ponto de murcha permanente.
5.7.3- Capacidade de campo a mxima quantidade de gua que um solo
bem drenado capaz de reter contra a fora gravitacional. Ela uma das
mais importantes constantes de umidade do solo, porque constitui o
limite superior de disponibilidade de gua no solo para as
plantas.
Mtodos de determinao da capacidade de campo:
I Mtodo de campo: Escolhe-se uma rea de no mnimo 4m2,umedece-se
o solo at a profundidade de daquela de interesse para o clculo da
capacidade de campo. Terminada a inundao a rea deve ser coberta com
uma lona plstica ou palha, para se prevenir o mximo, as perdas por
evaporao na superfcie. Em seguida procede-se determinaes de
umidade, na profundidade desejada e em ponto distantes de pouco
mais de 1metro em intervalos de 24 horas, at se conseguir a mnima
variao possvel de umidade, no intervalo de tempo considerado. Em
solos arenosos, normalmente se consegue o equilbrio depois de 2 a 3
dias e em solos argilosos na faixa de 4 e 7 dias. Um grfico tempo x
(%) de umidade ajuda a escolher a capacidade de campo.
ii- mtodo de laboratrio
* Mtodo do equivalente de umidade
( Para solos argilosos( CC = U equivalente
( Para solos de textura mdia a grossa( CC = 1,3 U
equivalente
* Mtodo da tenso: Usa-se o aparelho de placa porosa de
Richards
( Para solos arenosos ( (m = 0,1atm ou 0,01mpa
( Para solos de textura mdia a fina ( (m = 0,33atm ou
0,033mpa
5.7.4 - Ponto de murchamento permanente o teor de umidade que um
solo ainda retm, aps as plantas apresentarem pela primeira vez
sinais de murchamento permanente. Esta constante represente o
limite inferior de gua disponvel no solo para as plantas.
Mtodo de determinao do ponto de murcha permanente: muito fcil
determinar o PMP a nvel de campo, porque o teor de umidade do solo
varia muito com a profundidade e sempre haver movimento de gua de
outros pontos para a zona do sistema radicular da planta
indicadora.
a) mtodo fisiolgico: Com o uso de plantas indicadoras como o
girassol e o feijo, pega-se uma amostra de solo de 100 a 200g e
coloca-se em um vaso, secando-se de 3 a 5 sementes da planta
indicadora. Aps a germinao com o solo sempre mido, elimina-se o
excesso de plantas, deixando as duas mais vigorosas. Quando as
plantas tiverem de 4 a 6 folhas ( aproximadamente 15 a 20cm de
altura), para-se o fornecimento de gua, cobrindo-se em seguida a
superfcie do solo que rodeia s plantas, para evitar e evaporao da
superfcie. Diariamente coloca-se o vaso durante o dia sob a luz do
sol e a noite recolhe-se a um ambiente mido com umidade relativa
prximo de 100% (estufa fechada). Repete-se a operao at a planta no
recuperar mais a turgidez mesmo ambiente saturado de umidade. Neste
momento o solo do vaso encontra-se no ponto de murchar permanente.
Eliminam-se todas as plantas e determina-se a umidade em % de
volume do solo.
b) Mtodo da tenso: Com auxlio da placa de Richards, determina-se
a umidade volumtrica da encontra de solo, aps submetida a uma
presso de 15 atm.
c) - Mtodo do equivalente de umidade:
PMP = 0.68 Uequivalente
5.7.5- gua disponvel: Corresponde ao teor de gua retido no solo
entre a capacidade de campo e o ponto de murchar permanente.
a) - Teorias sobre a gua disponvel no solo para as plantas:
1 Teoria: Segundo Veihmeyer e Hendrickson a gua do solo est
igualmente disponvel para as plantas desde a capacidade de campo at
o ponto de murchamento permanente, e as funes biolgicas das plantas
permanecem inafetadas neste intervalo variando abruptamente uma vez
ultrapassando o limite inferior.
2 Teoria; Segundo Richards e Waldleigh a disponibilidade de gua
s plantas decresce com a diminuio de umidade do solo e que a planta
pode sofrer deficincia de gua e reduo de crescimento, antes de
alcanar o ponto de murcha permanente.
3 Teoria: Show e outros pesquisadores no concordam com estes
pontos de vista opostos, procuram dividir o intervalo de gua
disponvel em dois intervalos, um de gua imediatamente disponvel e
outro de gua decrescentemente disponvel e procuram um ponto crtico
entre a capacidade de campo e o ponto de murchamento
permanente.
b) Clculo da lmina de gua requerida:
h = CC-PMP .da .H .f / 100
Sendo:
h = lmina requerida (mm)
CC = teor de umidade em %
PMP = teor de umidade em (%)
Da = densidade aparente do solo (g/m3)H = profundidade do
sistema radicular da cultura (mm)
f = fator de disponibilidade da gua (%)
Obs: O fator (f) assume valores diferentes dependendo do tipo de
solo.
Solo arenoso 50 a 60 % da gua disponvel
Solo franco 40 a 50 % da gua disponvel
Solo argiloso 30 a 40 % da gua disponvel
c) Fatores do solo que afetam a quantidade e uso da gua
disponvel para as plantas:
C.1- Relao contedo de gua- tenso:
Os fatores que afetam o teor de gua na capacidade de campo e no
ponto de murcha permanente, influenciam tambm na quantidade de gua
disponvel. Estes fatores so, entre outros, a textura, a estrutura e
a matria orgnica do solo. A figura abaixo mostra o comportamento da
gua disponvel em funo da textura.
C. 2 Concentrao de sais: A concentrao de sais do solo seja pela
adio de fertilizantes, seja pelos sais oriundos do prprio solo,
podem influenciar na absoro de gua pelas plantas, em conseqncia da
diminuio do potencial osmtico (valor relativo) e no caso do sdio
pela desagregao (destruio) do solo.
C.3 Profundidade do solo: A profundidade do solo afeta
sobremaneira a quantidade de gua disponvel, principalmente nos
solos rasos com culturas de sistemas radiculares profundos.
C. 4 Estratificao do solo: Este fator influencia marcantemente
na gua disponvel e no seu movimento no solo.As camadas altamente
compactadas (camadas impermeveis) reduzem bastante a taxa de
movimento vertical da gua no e dificultam a penetrao das razes das
plantas.
5.8 Mtodos para avaliar a umidade do solo5.8.1 Mtodo gravimtrico
ou da estufa um mtodo direto e bastante preciso que consiste em se
fazer amostragens de solo a diferentes profundidades na rea
desejada e aps acondiciona-las em cpsulas de alumnio
(hermeticamente fechadas), lev-las ao laboratrio, onde a umidade
determinada por pesagens antes e depois de colocadas na estufa a
105 C durante 24 horas.
U = Mu- Ms x 100 / Ms
Onde:
U = umidade em %
Mu = massa do solo mido (g)
Ms = massa do solo seco (g)
5.8.2 Mtodo da resistncia eltrica (Bouyoucos)
composto de um par de eletrodos envolvidos por um bloco de
gesso, nilon ou fibra de vidro, que colocado no solo profundidade
que se deseja determinar a umidade. Seu princpio de funcionamento
baseia-se na condutibilidade eltrica, quando mais mido estiver o
solo maior a condutibilidade. Um solo saturado tem condutibilidade
de 440 a 450 ohms; na capacidade de campo, aproximadamente 600 ohms
e prximo ao ponto de murcha permanente, 25.000 ohms.
Neste mtodo, h necessidade de fazer calibrao do aparelho para
cada solo que for ser estudado. Estes aparelhos tem pouca
durabilidade e oferecem pequena preciso, principalmente a
potenciais superiores a 1 bar, porm tem a vantagem de oferecer em
medies contnuas.
5.8.3- Mtodo da moderao de neutrons
A sonda de neutrons, instrumento do solo, tem sido grandimente
utilizado quando a profundidade de interesse acima de 15cm, com
algumas restries.
O aparelho consiste basicamente de trs partes:
a) Uma sonda com fonte de neutrons rpidos,visualmente
Amrico241/Berito;
b) Um detector para neutrons termalizados (lentos);
c) Um registrador eletrnico.
Funcionamento: A sonda introduzida no solo atravs de tubos de
acesso (Alumnio, Ferro ou PVC), ela emite no sentido radial
neutrons rpidos que se dissipam no solo. Ao se movimentarem eles
colidem com diferentes partculas do solo, o que provoca uma reduo
de energia cintica do neutron. A perda de energia mxima quando os
neutrons colidem com ncleos de hidrognio existente no solo, os
quais na sua maioria so componentes da gua. Os neutrons lentos so
captados pelo instrumento e sua contabilizao, indica de forma
razovel o teor de umidade do solo.
De uma maneira geral os principais problemas da tcnica da
modificaao de neutrons.
a) A nuvem de neutrons (esfera de raio R) que representa a
amostra analizada varia com a umidade do solo (aproximadamente 20cm
para solos midos, podendo chegar a 80cm para solos extremamente
secos);
b) O equipamento no pode ser usado na superfcie, ou perto dela,
devido ao seu raio e ao radioativa;
c) De uma maneira geral, pode-se dizer, que para obteno de
valores absolutos da umidade volumtrica(0), o instrumento pode
incorrer em grandes erros. Isto provm da dificuldade de calibrao.
Por outro lado as variaes de umidade volumtrica que ocorrem no
perfil do solo em decorrncia da evaporao, drenagem, etc, podem ser
medidos com tima perciso;
d) de dificil calibrao
A grande vantagem desta tcnica a possibilidade de se poder medir
variao de umidade com o tempo e com a profundidade no campo. Uma
vez instalados os tubos de acesso, medidas periodicos podem ser
feitos sem a pertubao do sistema ( cultura, campo limpo,etc). Esta
vantagem extremamente importante para estudos de variabilidade
espacial.
5.8.4- Mtodo do tensimetroEste equipamento consiste de uma
cpsula de cermica porosa conectada a um manmetro(vacumetro) atravs
de um tubo, geralmente de PVC ou acrlico, completamente cheio de
gua. Quando colocado no solo, se a gua contida na cpsula est
inicialmente presso atmosfrica e a umidade do solo a uma presso
negativa, o solo exerce uma suco sobre a cpsula do instrumento,
causando uma queda na presso hidrosttica dentro do mesmo. Com isto
a gua se mover atravs da cpsula porosa, no sentido do solo,
tendendo entrar em equilbrio com a tenso da gua no solo ao seu
redor. Aps o equilbrio, qualquer mudana no teor de umidade do solo
e consequetimente no seu estado de energia, ser transmitida gua no
interior da cpsula, sendo indicado rapidamente pelo manmetro. A
cpsula funciona como uma membrana semi-permevel, permitindo a livre
passagem de ar nas partculas do solo,. Teoricamente, o tensimetro
pode medir tenses de at 1 atm (103,3 kpa); na prtica, porm, s
possvel medir at 0,85 atm (85 kpa), aproximadamente, que uma tenso
comparativamente baixa para solos com altos teores de argila. Acima
desta tenso o ar penetra no instrumento, atravs dos poros da cpsula
e comea a passar para o estado de vapor e as medies perdem em
preciso.
Para fins de irrigao, o tensimetro particularmente proveitoso
para culturas que necessitam de solos aproximadamente saturados e
para plantas cultivadas em solos arenosos e ligeiramente barrentos,
nos quais pouca gua deixada quando a presso dos poros aproxima-se
deste limite.
6 - Bibliografia ConsultadaBAVER, L. B., GARDNER, W.H., GARDNER,
R.W. Soil phisics 4 th. New York: Jonh wiley & Sons, Ins.,
1972. 498p.
BERNADO, Salassier. Manual de irrigao. Viosa: Imprensa
Universitria da UFV. 1982.
DAKER, Alberto. gua na agricultura. Irrigao e drenagem. 4a ed.,
Rio de Janeiro: Freitas bastos S.A. , 1970.
EMBRAPA. Manual de mtodos de anlises de solo. Rio de Janeiro:
EMBRAPA. 1979.
HILELL, D. Solo e gua. Fenmeno e princpios fsicos. In: HOLMES,
R. M., ROBERTSON, G. W., ed. Aplication of the relationship betwen
acture and potencial evapotranspiration in dry land agriculture.
Porto Alegre, Transactions Americanas Society of Agricultural
Engeneers, 1970. V. 6, p. 65-67.
ISRAELSEN, O. W.; HANSEN, V. E. Principios y Aplicacionls del
Riego. Buenos Aires. Traduo Editorial Revert, S. A . 1973.
LIBAEDI, P. L . Dinmica da gua no solo. Piracicaba: o autor,
1995. 497p.
MAROUELLI, W. A., SILVA, H. R ., SILVA, W. L . C. Manejo da
irrigao em hortalias. Braslia: EMBRAPA/CNPH, 1986. (CIRCULAR
TCNICA,2).
Ministrio da Agricultura- Manual de mtodos de anlises de solo.
Rio de Janeiro: Servio Nacional de Levantamento e Conservao de
solos, 1979. (s.m.p.).
MONIZ, .A . C. Elementos de pedologia. Rio de Janeiro. Livros
tcnicos e cientficos Editora, S. A. 1975.
REICHARDT, K. Pricessos de transferncia no sistema solo planta -
atmosfera. 3a ed. , So Paulo: CNEN- USP e Fundao Cargill ,
1975.
REICHARDT, K . A gua na produo agrcola. Piracicaba: McGriw do
Brasil, 1978.
REICHARDT, K. A gua em sistemas agrcolas. So Paulo: Manole,
1987.
REICHARDT, K. Dinmica da matria e da energia em ecossistemas. 2a
ed. , Piracicaba: Depto. Fsica e meteorologia- USP/ESALQ,1996.
505P.
h = altura de ascenso (cm)
( = coeficiente de tenso superficial EMBED Equation.3
( = ngulo de contato do lquido com a parede do capilar
( = massa especfica da gua (g/cm3)
g = acelerao da gravidade (981 cm/s2)
r = raio do capilar (cm)
M.O 5%
gua 25 %
Ar 25 %
Mineral 45 %
Obs:
O silte determinado por diferena entre a soma das argilas+areia
e a massa total do solo
h ( altura em que colocado o hidrmetro na soluo (cm)
t ( tempo de sedimentao (seg)
a) Densidade do solo (densidade aparente, massa especfica do
solo ou densidade global): a relao entre a massa do solo seco e o
volume total da amostra. (caracterstica instvel que varia de acordo
com o grau de compactao que o solo suporta, alterando a porosidade
total)
Solos arenosos ( 1,5 a 2,0 g/cm3
Solos argilosos ( 1,0 a 1,8 g/cm3
Solos orgnicos ( 0,2 a 0,8 g/cm3
Sendo:
h ( lmina de gua (cm)
( ( Contedo vol gua (cm3/cm3)
H ( Profundidade que se deseja umedecer (cm)
EMBED AutoCAD.Drawing.15
EMBED AutoCAD.Drawing.15
EMBED AutoCAD.Drawing.15
EMBED AutoCAD.Drawing.15
EMBED AutoCAD.Drawing.15
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h
