FLG Pedologia. Propriedades físicas e químicas do solo

FLG 1254 - Pedologia

Propriedades físicas e químicas

do solo

Componentes do solo

• O solo é constituído de quatro elementos

principais: partículas minerais, materiais

orgânicos, água e ar.

• Fase

sólida:

partículas

minerais

e

orgânicas.

• A água e o ar ocupam o espaço poroso

(‘vazios’).

• De modo geral, as partículas maiores do solo

são constituídas de minerais primários e sua

forma tende a ser esférica e cúbica. As

partículas

menores

são

constituídas

geralmente de minerais secundários e sua

forma tende a ser placas, fibras ou folhas.

• Quanto à constituição da fase sólida, o solo

pode ser denominado orgânico e mineral.

• a) Solo orgânico: quando apresenta mais de

20% de matéria orgânica, isto é, mais de 11,5%

de carbono total;

• b) Solo mineral: quando apresenta menos de

20% de matéria orgânica, isto é, menos de

11,5% de carbono total.

Constituintes minerais

• As partículas minerais do solo podem ser classificadas tanto quanto seu tamanho quanto a sua origem e composição.

• Origem: a) os remanescentes da rocha que deu origem ao solo; b) os produtos secundários, decompostos e/ou recompostos depois da intemperização dos minerais da rocha-mãe.

• Os primeiros são chamados minerais primários ou originais, os segundos minerais secundários ou pedogênicos argilas.

• Os

minerais

do

solo

podem

ser

classificados quanto ao tamanho

em

areia, silte e argila, conforme a dimensão

das partículas análise granulométrica.

Minerais primários e

secundários

• Esqueleto mineral do solo: fração cascalho e areia minerais primários, sendo o quartzo o mais comum. Outros: mica, zircão, turmalina, magnetita, feldspatos etc.

• Entre os minerais secundários que podem ocorrer na fração areia, estão as concreções ou nódulos muito endurecidos de óxidos de ferro e algumas partículas de sílica.

• A argila é quimicamente muito ativa pequeno tamanho de suas partículas propriedades coloidais.

As argilas

• A mais importante propriedade coloidal da argila é a afinidade pela água e por elementos químicos nela dissolvidos vasta superfície específica (alto grau de subdivisão) e existência de cargas elétricas nessa superfície.

• Partículas de argila são tão pequenas que só podem ser vistas com microscópio eletrônico. São plaquetas compostas de lâminas extremamente finas.

• Seriam necessárias 10.000 partículas amontoadas para preencher o espaço de 1cm.

Partículas de argila caulinítica sob microscópio eletrônico. A escala representa 1 micrômetro que é a milésima parte do milímetro. Foto: Pérsio Arida. Fonte: Lepsch, 2002.

• Essas

lâminas

formam

pequenos

conjuntos destacáveis, como acontece

com as micas.

• Quando

estão

fortemente

ligadas

superfície quimicamente ativa na parte

exterior

(superfície

externa),

ficando

inativa a superfície interna existente entre

as lâminas

a

superfície

específica

aumenta

propriedades coloidais são

ressaltadas.

• A caulinita, por exemplo, é um tipo de

argila cujas partículas só

possuem

superfície externa exposta menos ativa

que a montmotilonita ou a vermiculita, que

têm superfícies internas ativas em adição

à externa.

• Argilominerais com estrutura de camadas

do

tipo

1:1

ou

simplesmente

argilominerais 1:1

Caulinitas

• Argilominerais com estrutura de camadas

do tipo 2:1, ou argilominerais 2:1

• As argilas com grande superfície interna

possuem a propriedade de se expandir

muito quando umedecidas, por terem a

capacidade

de

adsorver

grande

quantidade de moléculas de água e de

cátions trocáveis entre suas finas lâminas

argilas expansíveis ou argilas de alta

atividade.

FILOSSILICATOS

• Caulinita: grupo de argilominerais do tipo 1:1,

com estrutura de filossilicato, formados pelo

empilhamento

regular

de

folhas

silicato

tetraédricas e folhas hidróxido octaédricas.

Fazem parte deste grupo, que têm fórmula

estrutural

Al

Si

O

(OH)

,

os

seguintes

argilominerais: caulinita, haloisita, nacrita e

diquita.

• É um mineral comum em solos, sendo o

mineral predominante da fração argila da

maioria

dos

solos

em

estágio

de

intemperismo avançado. Pode-se dizer

que a caulinita é o mineral de mais ampla

ocorrência em solos de regiões tropicais

úmidas e subúmidas. Suas propriedades,

juntamente com as propriedades dos

óxidos secundários de Fe e Al, são em

grande

parte

responsáveis

pelo

comportamento da fração argila desses

solos.

• A caulinita pode ter grande influência nas

propriedades físicas dos solos. Devido à

disposição planar dos argilominerais, seus

cristais (placas) apresentam ajustes face a

face, formando, como conseqüência,

macroestrutura em blocos. Este arranjo

macroestrutural seria responsável por

maiores valores de densidade do solo,

menor estabilidade de agregados em

água, menor macroporosidade e menor

permeabilidade.

• Esmectita: grupo de argilominerais com estrutura de filossilicato, com fórmula teórica Al₄Si₈O₂₀(OH)₄nH₂O, constituído de duas folhas silicato tetraédricas separadas por uma folha hidróxido octaédrica. A forte ligação entre si é feita por oxigênio comum aos dois tipos de folhas, constituindo um grupo de argilominerais do tipo 2:1, cujas camadas sucessivas estão ligadas frouxamente, possibilitando a penetração de camadas de água. As esmectitas ocorrem predominantemente na fração argila de solos em estágio intermediário de intemperização.

• Sua identificação pode ser feita com o uso

de difratometria de raios-X. Talvez a

propriedade

mais

marcante

das

esmectitas seja sua capacidade de

expansão e contração com a variação do

conteúdo de água do solo, propriedade

essa atribuída aos pequenos tamanhos de

partícula em que ocorre, sua grande

superfície específica e capacidade de

troca catiônica relativamente elevada.

• Essas características de contração e

expansão das esmectitas podem também

influenciar a permeabilidade do solo. O

movimento de água em solos esmectíticos

se

dá

principalmente

através

de

rachaduras e macroporos. Assim, a

permeabilidade desses solos se reduz

com o aumento do conteúdo de água

devido à expansão do solo, que fecha as

rachaduras, reduz a porosidade total e

aumenta

a

razão

microporosidade/macroporosidade.

Rastejamento do solo

Superfície Específica

• As propriedades físico-químicas de um solo são grandemente influenciadas pela extensão da área superficial de seus constituintes.

• A superfície específica varia com: a) textura; b) tipo de minerais de argila; c) teor de matéria orgânica dos solos.

• A textura indica qual a proporção existente no solo de frações compreendidas entre determinados limites de tamanhos. A área é tanto maior quanto menor forem as partículas, por isso, a fração argila contribui com a maior superfície específica.

• A caulinita apresenta 20m

/g de superfície

específica, enquanto a montmorilonita (ou

esmectita)

apresenta

800m

/g

de

superfície

específica.

Esta

diferença

ocorre devido às superfícies internas, que

aparecem na montmorilonita e não na

caulinita.

• A matéria-orgânica contribui no valor da

superfície específica devido seu alto grau

de subdivisão.

ÁGUA NO SOLO

• Sua importância começa na origem do solo, por destruir e desagregar minerais e rochas.

• O fornecimento natural dessa água é feito através da chuva, que ao se precipitar, escoa ou infiltra no solo: a água que escoa vai abastecer os rios, lagos e mares e da água que infiltra, parte percola, alimentando o lençol freático e parte fica retida no solo.

• A água retida será evaporada para a atmosfera, absorvida pelas plantas e mantida no solo.

Classificação da água no solo

• A água retida no solo pode ser classificada como água gravitacional, água capilar e água

higroscópica.

• Água gravitacional: localizada nos macroporos, permanência efêmera no solo, removida facilmente pela drenagem, provoca lixiviação do solo;

• Água capilar: localizada nos microporos, parcialmente permanente no solo, não removida pela drenagem, atua como solução do solo;

• Água higroscópica: localizada próxima da superfície das partículas do solo, permanente no solo, removida apenas no estado de vapor.

Umidade higroscópica

• É a máxima quantidade de água, expressa em porcentagem, que o solo é capaz de absorver da atmosfera, em forma de vapor e manter em equilíbrio com o ambiente.

• É uma característica relacionada com atividade de superfície, sendo elevada nos solos argilosos e orgânicos e baixa nos arenosos.

• Sua determinação é feita pela pesagem do solo antes e depois da secagem em estufa a 110ºC.

Capacidade de campo

• É a máxima quantidade de água que um solo é capaz de reter em condições normais de campo.

• Sua verificação é determinada pela textura, estrutura, profundidade e uniformidade do solo, pela presença de camadas impermeáveis, proximidade do lençol freático e temperatura ambiente. Assim, os solos mais argilosos atingem sua capacidade de campo mais rapidamente que solos arenosos.

TEMPERATURA DO SOLO

• A superfície do solo atua como um corpo intermediário através do qual se desenvolvem fluxos de energia térmica, sendo aquecido durante o dia pela radiação solar e aquecendo a atmosfera à noite. • A microclimatologia procura estudar esses efeitos até

a altura de dois metros. Acima disso, a influência da temperatura do solo vai se reduzindo.

• A temperatura é importante fator de crescimento, multiplicação e atividade de microorganismos do solo. A grande maioria se desenvolve melhor entre 10 e 40ºC.

• A germinação e o desenvolvimento das plantas são igualmente afetados pela temperatura do solo.

Fatores que condicionam a

temperatura do solo

• Climáticos: a radiação solar é o que mais afeta o regime térmico do solo.

• Microclimáticos: está relacionado ao tipo de revestimento da superfície: a) cobertura vegetal- tem efeito moderador sobre as variações próximas à superfície, interceptando a radiação solar; b) cobertura morta- atua como camada semi-isolante térmica, com efeitos semelhantes à vegetação rasteira e c) solo nu- o solo fica sujeito a intensas variações térmicas.

• Topoclimáticos: estão relacionados ao relevo, a orientação e a inclinação da superfície. Terrenos inclinados com exposição norte e oeste são mais quentes no hemisfério sul.

POROSIDADE

• As partículas do solo variam em tamanho e

forma e seu arranjo produz poros que diferem

grandemente entre si pela forma e dimensões.

• Porosidade não capilar (macroporosidade),

porosidade capilar (microporosidade).

• É importante no estudo da estrutura do solo, na

investigação do armazenamento e movimento

da água e de gases, no estudo sobre a

resistência mecânica apresentada pelo seu

manejo.

COMPACIDADE

• Arranjamento

ou

agrupamento

das

partículas que um solo apresenta.

• Num perfil de solo podem aparecer

camadas

com

graus

diferentes

de

compactação: camadas adensadas

–

aquelas em que a sua compacidade é

devida

a

processos

pedogenéticos;

camadas compactadas – aquelas em que

sua compacidade é devida ao manejo do

solo.

ESTRUTURA

• Refere-se ao arranjo das partículas primárias do solo em agregados.

• O mecanismo pelo qual a estrutura se desenvolve não é totalmente conhecido, mas supõe-se que ela se forme pela agregação das partículas unitárias ou pelo quebramento gradual do material maciço por contração e expansão.

• A estrutura pode ser considerada como estágio intermediário entre uma condição em que o material do solo é constituído de grãos simples, como nas areias, onde ocorre ausência de coesão entre as partículas e outra denominada maciça onde ocorre coesão uniforme das partículas, não ocorrendo a formação de agregados sem estrutura.

Fatores que favorecem o

desenvolvimento da estrutura

• A grande contribuição da matéria-orgânica em solos sob florestas promove a formação de estrutura;

• Ação mecânica do sistema radicular, que divide a massa do solo em fragmentos de tamanhos e formas variados;

• Ação biológica produzida por microorganismos (minhocas, formigas, cupins), que agregam os materiais do solo após a ingestão e excreção;

ALGUNS ATRIBUTOS

DIAGNÓSTICOS

pH do solo

• A alcalinidade ocorre quando a pluviosidade é baixa e acumulam-se sais de cálcio, magnésio, potássio e carbonato de sódio. Solos alcalinos são característicos de regiões áridas e semi-áridas.

• A acidez do solo desenvolve-se devido a remoção de bases pelas plantas e pela água, permitindo que o hidrogênio (H+_{) tome os} lugares das bases. Quando o acúmulo de hidrogênio chega a certas concentrações, ocorre a alteração espontânea da argila, libertando Al3+_.

• Interpretação do pH:

• Acidez elevada

abaixo de 5,0

• Acidez média

5,0-6,0

• Acidez fraca

6,0-7,0

• Neutro

7,0

• Alcalinidade fraca 7,0-7,8

Soma de bases

• S: Soma de bases (cátions básicos trocáveis). Corresponde a:

• S=Ca2+ _{+ Mg}2+ _{+ K}+ _{+ Na}+

• Geralmente expressa em meq/100g.

• Critérios de avaliação recomendados pelo IAC: S– Abaixo de 2,62 BAIXO

De 2,62 a 6,30 MÉDIO Acima de 6,30 ALTO

Capacidade de troca catiônica

(CTC)

• Soma total de cátions trocáveis que um

solo, ou algum de seus constituintes, pode

adsorver

a

um

pH

específico.

É

geralmente expressa em meq/100g de

material adsorvente e em condições de

pH 7,0.

• Baixa capacidade de troca. (Valor T ou CTC).

• Solos que possuem baixa capacidade de troca

de cátions apresentam necessariamente baixos

valores de Ca

, Mg

e

K

elementos tidos

como maiores na alimentação das plantas. É

importante atentar contudo, que tais solos

necessitam de pequenas doses de insumos

para atingir o nível de saturação por bases

desejável para a cultura.

Critérios de avaliação recomendados pelo IAC:

• CTC

-

Abaixo de 4,62

BAIXO

De 4,62 a 11,30

MÉDIO

Acima de 11,30

ALTO

Saturação por bases

• V(%): Símbolo utilizado para representar a

saturação por bases. Calculado pela fórmula

V(%)=(100.S)/CTC, onde S: soma de bases (cátions básicos trocáveis)→ S=Ca2+ _{+ Mg}2+ ₊ K+ _{+ Na}+ _{e CTC: capacidade de troca catiônica} → Ca2+ _{+ Mg}2+ _{+ K}+ _{+ Na}+ _{+ Al} 3+ _{+ H}+

• Solo eutrófico: Aquele que apresenta saturação por bases igual ou superior a 50% (solos férteis).

• Solo distrófico: Aquele que apresenta saturação por bases inferior a 50% (solos pouco férteis).

• Baixa saturação por bases.

(Eutrofismo,

Distrofismo).

• Solos com baixa saturação por bases são

pobres quimicamente requerendo adição

de fertilizantes para uma boa produção.

As limitações são tanto mais sérias quanto

menor o grau de saturação por bases e

maior a capacidade de troca de cátions.

Saturação por alumínio

• Saturação por alumínio: Relação entre o

teor de Al trocável e a soma de bases

mais Al trocável. Representa-se por

m

=Al(S + Al).

• É

considerado álico

um solo que

apresenta valor

m

superior a 50%.

• Toxicidade por alumínio.

Caráter alumínico

(Caráter álico)

• A maioria das plantas cultivadas apresentam

dificuldade de crescimento em solos ácidos,

devido principalmente à presença de alumínio

solúvel em níveis tóxicos. A limitação é tanto

maior quanto mais elevado for o teor de Al

e

a capacidade de troca de cátions do solo, pois

maior será a necessidade de corretivo.

Teor em óxidos de ferro

• Devido ao fato de grande parte dos solos brasileiros apresentarem teores elevados de óxidos de ferro e pouca matéria orgânica, a adsorção dos nutrientes e argila se faz pelo ferro.

• Os óxidos de ferro mais comuns nos solos são a hematita e a goetita. A primeira é responsável pelas colorações avermelhadas e a segunda pelas amareladas.

• O SiBCS (Sistema Brasileiro de Classificação

de Solos) estabeleceu as seguintes classes de

teor de Fe

O

nos solos brasileiros:

• Baixo teor: <8%

hipoférricos

• Médio teor: de 8% a <18%

mesoférricos

• Alto teor:

de 18% a < 36%

férricos

Índices Ki

• Relação

sílica/alumina:

relação

molecular entre a sílica (SiO

) e a soma

alumina (AL

O

) em argilas, argilominerais

ou solos. Também conhecida por Ki.

• Devido ao fato de o índice Ki da caulinita

corresponder

a

2,

esse

valor

foi

estabelecido como limite entre solos:

• muito intemperizados (Ki ≤ 2) e

• pouco intemperizados (Ki > 2).

Bibliografia Básica

• CURI,N. et al. Vocabulário de ciência do solo. Campinas, Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1993.

• KIEHL, E.J. Manual de edafologia. São Paulo, Ed. Agronômica Ceres, 1979.

• MONIZ, A. C. Elementos de Pedologia, São

Paulo,Polígono, 1972.

• OLIVEIRA, J. B. Pedologia Aplicada, Piracicaba, FEALQ, 2005.

• http://intranet.iac.sp.gov.br/aulas/Pedologia/Pagina deAula.asp