Resistência tênsil de agregados de solos com argilominerais 1:1 e

Resistência tênsil de agregados de solos com argilominerais 1:1 e
óxidos na fração argila
CLÁUDIA ALESSANDRA PEIXOTO DE BARROS (1), JOSÉ MIGUEL REICHERT(2), DALVAN
JOSÉ REINERT(2), MARCELO IVAN MENTGES(3), DAVI ALEXANDRE VIEIRA(3), VINÍCIUS
SCHERER HILBIG(3), DAVID PEREZ DA ROSA(4)
RESUMO – Pela diversidade de classes de solos,
bem como pela presença de diferentes argilominerais
na fração argila, o uso do solo fora de sua aptidão
agrícola favorece a degradação de suas propriedades
físicas. Ainda, o uso, o manejo, o nível e o tempo de
utilização promovem alterações nas propriedades do
solo, principalmente na sua estrutura, a qual está
relacionada à agregação do solo. Assim sendo, é de
grande importância o monitoramento da qualidade do
solo mediante avaliações de seus atributos físicos, que
são importantes para a sustentabilidade dos sistemas
agrícolas. Portanto, o surgimento de novos indicadores
de qualidade do solo é de grande significância. O
objetivo do trabalho foi avaliar a resistência tênsil de
agregados de alguns solos do Rio Grande do Sul que
apresentam, na fração argila, argilominerais 1:1 e
óxidos. Para realização deste estudo, foram feitas,
durante os anos de 2006 e 2007, amostragens em solos
de seis unidades de mapeamento do Rio Grande do Sul,
nos horizontes A e B. O ensaio de tensão indireta foi
realizado usando um aparelho simples, baseado no
design de Horn & Dexter. No horizonte A, na tensão de
6 kPa, o solo que apresentou maior RT foi o Latossolo
Vermelho distrófico típico e na tensão de 33 kPa o solo
Latossolo Vermelho distroférrico típico teve o maior
valor de RT. Já no horizonte B, para a tensão de 6 kPa,
os solos Latossolo Vermelho distroférrico típico e
Nitossolo Vermelho distrófico latossólico apresentaram
maior RT e para a tensão de 33 kPa o solo Latossolo
Vermelho distroférrico típico teve o maior valor de
RT. A matéria orgânica foi a variável mais significativa
para o incremento da RT, havendo uma relação direta
entre essas duas variáveis. O teor de silte também
apresentou correlação positiva com a RT.
Introdução
No Rio Grande do Sul há uma grande variedade
de classes de solos, cada qual apresentando restrições e
aptidões ao uso agrícola. Na fração argila destes solos,
predominam três grupos de argilominerais: os
argilominerais 2:1, os argilominerais 1:1 e os óxidos. Os
argilominerais 1:1 são constituídos por uma lâmina de
silício e uma de alumínio em cada camada, sendo seu
principal representante a caulinita. Solos com
argilominerais 1:1 apresentam CTC dependente de pH,
elevada acidez e não apresentam substituição isomórfica.
Esses argilominerais estão presentes em solos mais velhos,
ou seja, mais intemperizados, e, conseqüentemente, mais
profundos. Esses argilominerais são encontrados com
maior representatividade na região do Planalto e Norte do
estado.
Os óxidos são formados apenas por lâminas
octaedrais. Como exemplo deste grupo tem-se os óxidos de
ferro, representados, principalmente, pela hematita e
goethita. Estes minerais passaram por intenso processo de
intemperismo, apresentando características semelhantes aos
argilominerais 1:1. Esses argilominerais ocorrem no
Planalto e Norte do estado, regiões caracterizadas por
apresentar, principalmente, solos bem desenvolvidos e
profundos.
Pela diversidade de classes de solos, bem como pela
presença de diferentes argilominerais na fração argila, o
uso do solo fora de sua aptidão agrícola favorece a
degradação de suas propriedades físicas. Além disso, o uso,
o manejo, o nível e o tempo de utilização promovem
alterações nas propriedades do solo, principalmente na sua
estrutura, a qual está relacionada à agregação do solo. Na
maioria dos casos, o uso intensivo causa redução da
estabilidade dos agregados, deixando os solos mais
suscetíveis aos processos erosivos. Para um mesmo solo,
diferentes práticas de manejo podem afetar distintamente
suas propriedades, incluindo o processo de agregação [1,
2]. Sendo assim, é de grande importância o monitoramento
da qualidade do solo mediante avaliações de seus atributos
físicos, que são importantes para a sustentabilidade dos
sistemas agrícolas.
A resistência tênsil (RT) é definida como a tensão ou
força por unidade de área requerida para que o solo se
rompa mediante a aplicação de uma tensão (Dexter &
Watts [3]). Esse parâmetro é influenciado por diversos
fatores como a umidade do solo (Utomo & Dexter [4]), o
conteúdo de argila dispersa, os ciclos de umedecimento e
________________
(1)
Acadêmica do curso de Agronomia, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria, Bolsista do Programa de Educação Tutorial,
Av. Roraima, 1000, prédio 44, Santa Maria, RS, CEP 97105-900. E-mail: [email protected].
(2)
Engenheiro Agrônomo, Professor Titular do Departamento de Solos, Universidade Federal de Santa Maria, Av. Roraima, 1000, prédio 44, Santa
Maria, RS, CEP 97105-900, Bolsista do CNPq. E-mail: [email protected]; [email protected].
(3)
Acadêmico do curso de Agronomia, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria, Av. Roraima, 1000, prédio 44, Santa Maria,
RS, CEP 97105-900. E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected].
(4)
Engenheiro Agrícola, Doutorando do PPG em Engenharia Agrícola, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria, Av.
Roraima, 1000, prédio 44, Santa Maria, RS, CEP 97105-900. Bolsista Capes. E-mail: [email protected].
.
secagem, o teor de matéria orgânica do solo (Dexter &
Watts [3]), a mineralogia da fração argila (Kemper [5])
e os materiais cimentantes (Kay & Dexter [6]), além
das condições climáticas, práticas de manejo e
características do solo (Kay & Dexter [6]).
O objetivo do presente trabalho foi avaliar a
resistência tênsil de agregados de solos do Rio Grande
do Sul, que apresentam na fração argila argilominerais
1:1 e óxidos.
Palavras-Chave: qualidade do solo, matéria
orgânica
Material e métodos
O trabalho foi desenvolvido nos anos de 2006 e
2007, com amostragens em seis solos do Rio Grande
do Sul. Segundo classificação de Köppen, os tipos
climáticos são Cfa e Cfb. As unidades de mapeamento
(UM) (Streck et al. [7]) e os solos (EMBRAPA [8])
analisados foram: (i) UM Cruz Alta – Latossolo
Vermelho distrófico típico (LVdCA); (ii) UM Passo
Fundo - Latossolo Vermelho distrófico típico (LVdPF);
(iii) UM Durox - Latossolo Vermelho distroférrico
típico (LVdf); (iv) UM Estação - Nitossolo Vermelho
distrófico latossólico (NVd); (v) UM São Pedro Argissolo Vermelho distrófico arênico (PVdSP) e (vi)
UM São Jerônimo - Argissolo Vermelho distrófico
típico (PVdSJ). Foram coletados aproximadamente 5 kg
de solo por amostra. As amostragens foram feitas em
cortes de estradas, sendo analisados os horizontes A e
B de cada solo. Os solos apresentavam cobertura
natural, predominando gramíneas, ou em pousio, sem
calagem e adubação.
Para a realização dos testes de resistência tênsil,
os agregados foram submetidos às tensões de 6 kPa e
33 kPa. Para a tensão de 6 kPa os agregados foram
colocados sob uma mesa de tensão e saturados durante
24 horas. Em seguida, a mesa de tensão foi ajustada
para aplicar uma tensão de 6 kPa nas amostras, durante
48 horas. Para a tensão de 33 kPa as amostras foram
saturadas durante 24 horas sob uma placa porosa e
colocadas em uma câmara de pressão de Richards
(Klute, [9]), aplicando uma tensão de 33 kPa , durante
48 horas. Utilizaram 50 agregados para cada horizonte
de solo, sendo 25 amostras para cada tensão.
O ensaio de tensão indireta foi realizado usando
um aparelho baseado no modelo de Horn & Dexter
[10]. Antes de realizar o ensaio, cada agregado foi
pesado. A resistência tênsil (RT) foi calculada segundo
Dexter [11]:
RT = 0,576 * (P/D2)
onde: 0,576 é uma constante de proporcionalidade que
reflete a relação entre o estresse compressivo aplicado
e o estresse tênsil gerado no interior do agregado; P é a
força aplicada na ocasião da ruptura (N) e D2 o
diâmetro efetivo de cada agregado (m). O diâmetro
efetivo foi calculado segundo Watts & Dexter [12]:
D = (D1 + D2 + D3)/3
sendo D o diâmetro médio (mm); e D1, D2 e D3 são as
dimensões do diâmetro.
Após a realização dos ensaios, cada agregado foi
utilizado para determinação da umidade, sendo seco em
estufa a 105 °C, até peso constante.
Avaliaram-se também as propriedades químicas, e
físicas do solo. Para a análise química avaliou-se o teor de
matéria orgânica do solo,saturação por bases, saturação por
alumínio e a capacidade de cátions. As análises físicas
avaliadas foram a textura do solo e a argila dispersa em
água, pelo método da pipeta (EMBRAPA [13]).
A partir dos dados de RT e propriedades químicas e
físicas, realizaram-se análises de correlação e regressão
linear simples e múltipla pelo procedimento “stepwise”
,utilizando o programa SAS (Statistical Analysis System
[14]).
Resultados e discussão
Na tensão de 6 kPa e considerando o horizonte A, o
solo LVdPF apresentou maior RT (64 kPa). Para o mesmo
horizonte, a menor RT foi obtida no solo LVdCA, com valor
médio de 22 kPa (Tabela 1). Provavelmente, o maior teor
de areia neste solo levou à diminuição da sua RT. O maior
teor de matéria orgânica no LVdPF pode ter contribuído
para aumento na RT. Para a tensão de 6 kPa no horizonte
B, o solos LVdf e NVd apresentaram a maior RT (39 kPa),
e o solo PVdSJ a menor RT, com valor médio de 18 kPa. Os
solos LVdf e NVd possuem alto teor de argila, o que pode
ter contribuído para a maior RT. A fração argila apresenta
elevada reatividade devido à presença de cargas elétricas,
favorecendo, assim, a formação de ligações entre partículas
minerais e/ou partículas minerais e orgânicas (Imhoff,
[15]).
Em amostras que foram equilibradas na tensão de 33
kPa, o solo LVdf apresentou a maior RT, tanto no
horizonte A quanto no horizonte B, com valores médios de
64 e 40 kPa.. Esse solo, além de alto teor de argila,
apresentou, no horizonte A, o maior teor de matéria
orgânica em relação aos demais solos estudados,
contribuindo para sua maior RT. De maneira geral, com a
redução da umidade houve um aumento na RT, mas esse
fato pode não estar relacionado à umidade solo, mas sim
aos fatores que influenciam na capacidade do solo em
armazenar água, como sua estrutura e conteúdos de argila e
matéria orgânica.
Para a tensão de 6 kPa houve correlação da RT com
a matéria orgânica e, para a tensão de 33 kPa, houve
correlação da RT com a matéria orgânica e teor de silte
(Tabela 2). Com o aumento do teor de matéria orgânica
ocorreu um aumento na RT, independente das tensões
(Figura 1a e 1c). A incorporação da matéria orgânica em
poros muito pequenos, entre as unidades do solo
classificadas como “domínios argilosos” e/ou “clusters”
(agrupamentos maiores), contribuem na estabilização de
microagregados e, como conseqüência, incrementando a
resistência de agregados de tamanho maior (Dexter [10]).
Com o aumento do teor de silte ocorreu um incremento na
RT (Figura 1b).
Na análise de regressão linear múltipla para a
tensão de 6 kPa, foram significativas as variáveis
umidade gravimétrica (Ug) e matéria orgânica (MO),
resultando na equação RT = 7,145 + 0,477Ug +
10,741 MO (R2 = 0,67; P<0,0068). Para a tensão de 33
kPa, a equação obtida foi RT = 17,821 + 11,834 MO
(R2 = 0,57; P<0,0046).
Na Tabela 3 estão dispostos os valores de RT
observados e estimados para ambas tensões. Na figura
2 podemos analisar a relação entre a resistência tênsil
observada e a resistência tênsil estimada pelas equações
de regressão. Podemos observar que, tanto na tensão de
6 kPa (figura 2a) quanto na tensão de 33 kPa, a RT ora
é subestimada, ora é superestimada, mas, de maneira
geral, observa-se uma subestimação na RT.
Na tabela 4, podemos observar os valores
médios de RT observados e RT estimados segundo a
equação de Imhoff [15]. Na figura 3, temos a relação
entre ambas resistências. Na tensão de 6 kPa (figura 3a)
a equação superestima a RT para a maioria dos pontos
enquanto que, na tensão de 33 kPa (figura 3b), ocorreu,
de maneira geral, uma subestimação nos valores de RT.
Considerações
A resistência tênsil pode variar entre os
horizontes de um mesmo solo e entre os solos. No
horizonte A, na tensão de 6 kPa, o solo LVdPF
apresentou maior RT e na tensão de 33 kPa o solo
LVdf teve o maior valor de RT. No horizonte B, para a
tensão de 6 kPa, os solos LVdf e NVd apresentaram
maior RT e para a tensão de 33 kPa o solo LVdf teve o
maior valor de RT.
Dentre os fatores que podem influenciar nos
valores de RT, a matéria orgânica foi a variável mais
significativa para as duas tensões. Com o aumento no
teor de matéria orgânica ocorreu um incremento nos
valores de resistência tênsil.
Referências
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on clay dispersion and infiltration in samples of a Brazilian Oxisol.
Geoderma, 48:351-361,.
[2] CASTRO FILHO, C.; MUZILLI, O.; PODANOSCHI, A.L.
1998. Estabilidade dos agregados e sua relação com o teor de
carbono orgânico em um Latossolo Roxo distrófico, em função de
sistemas de plantio, rotações de culturas e métodos de preparo das
amostras. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 22:527-538.
[3] DEXTER, A.R. & WATTS, C. 2000. Tensile Strenght and
Friability. In: SMITH, K. & MULLINS, C. (Ed.) Soil and
environmental analysis. Physical methods. 2. ed. New York:
Marcelo Dekker, p. 401–430.
[4] UTOMO, W.H. & DEXTER, A.R. 1981. Soil friability.
Journal of Soil Science, 32:203–213,
[5] KEMPER, W.D.; ROSENAU, R.C.; DEXTER, A.R. 1987.
Cohesion development in disrupted soils as affected bay clay and
organic matter content and temperature. Soil Science Society of
America Journal, 51: 860–867.
[6] KAY, B.D. & DEXTER, A.R. , 1992. The influence of
dispersive clay and wetting/drying cicles on the tensile strength of a
red-brown Earth. Australian Journal of Soil Research, 30:297–310.
[7] STRECK, E.V.; KÄMPF, N.; DALMOLIM, R.S.D.; KLAMT,
E.; NASCIMENTO, P.C.; & SCHNEIDER, P. 2002. Solos do Rio
Grande do Sul. Porto Alegre: UFRGS. 107p.
[8] EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA –
EMBRAPA. 1999. .Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. Centro
Nacional de Pesquisa de Solos. Brasília. 412p.
[9] KLUTE, A. 1986. Water retention: Laboratory methods. In: KLUTE,
A. (Ed.). Methods of soil analysis: Physical and mineralogical methods.
2.ed. Madison: American Society of Agronomy, Soil Science Society of
America. p.635-660.
[10] HORN, R. & DEXTER, A.R. 1989. Dynamics of soil aggregation
in an irrigated desert loess. Soil and Tillage Research, 13:253-266.
[11] DEXTER, A.R. 1988. Advances in characterization in soil
structure. Soil and Tillage Research, 11:199– 38.
[12] WATTS, C. & DEXTER, A. R. 1998. Soil friability: theory,
measurement and the effects of management and organic carbon content.
European Journal of Soil Science, 29:73–84.
[13] EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA EMBRAPA. 1997. Manual de métodos de análise de solo. 2. ed. rev.
atual. Rio de Janeiro: Centro Nacional de Pesquisa de Solos. 212 p.
[14] STATISTICAL ANALYSIS SYSTEM INSTITUTE. 1991.
SAS/STAT procedure guide for personal computers. 5. ed. Cary: SAS
Institute. 1104p.
[15] IMHOFF, S. 2002. Indicadores de qualidade estrutural e
trafegabilidade de Latossolos e Argissolos Vermelhos. Tese de
Doutorado, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, USP, Piracicaba.
94p.
Tabela 1. Valores médios de resistência tênsil, umidade do solo, textura, argila dispersa em água, teor de matéria
orgânica, saturação por alumínio e bases e capacidade de troca de cátions dos seis solos em estudo.
Solo
Hz
LVdCA
LVdPF
LVdf
NVd
PVdSP
PVdSJ
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
RT (kPa)
6kPa
22
26
64
27
53
39
41
39
29
36
30
18
33kPa
34
26
49
35
64
40
46
23
21
33
41
19
Ug (%)
6kPa
13
15
24
32
32
41
31
37
14
20
14
21
33kPa
9
10
22
27
32
35
26
37
7
22
10
21
Textura
Areia(%)
Silte(%)
Argila(%)
74
65
43
31
4
2
17
8
68
45
59
37
6
6
17
11
34
16
22
16
12
11
24
19
20
29
40
59
62
82
60
76
20
43
17
43
ADA
MO
(%)
8
10
15
7
23
1
22
1
7
16
12
28
(%)
1,3
0,9
2,8
1,0
3,5
1,1
1,8
1,0
1,9
0,8
1,3
1,0
Saturação
Al (%)
82
80
71
93
71
89
17
2
39
47
42
56
CTCpH7
V (%)
5
2
7
1
7
2
43
67
19
13
19
8
Cmolc/dm3
8
10
21
18
19
13
15
12
12
18
10
26
RT = resistência tênsil; Ug = umidade gravimétrica do solo; ADA = argila dispersa em água; MO = teor de matéria
orgânica; Al = saturação por alumínio; V = saturação por bases; CTCpH7 = capacidade de troca de cátions.
Tabela 2. Coeficiente de correlação (r) e significância entre a resistência tênsil na tensão de 6 e 33 kPa com areia, silte,
argila, argila dispersa em água, matéria orgânica, saturação por alumínio, saturação por bases e capacidade de troca de
cátions
Tensão
RT-6 kPa
RT-33 kPa
•
Areia
-0.47959ns
-0.42077ns
Silte
0.48679ns
0.66973*
Argila
0.38638ns
0.25046ns
ADA
0.11533ns
0.33544ns
MO
0.73387**
0.75428**
Al
-0.07753ns
0.21308ns
V
0.13477ns
-0.17408ns
CTCpH7
0.23591ns
0.11774ns
P<0,05; ** P<0,01; *** P<0,001; ns: não significativo. RT = resistência tênsil; ADA = argila dispersa em água;
MO = teor de matéria orgânica; Al = saturação por alumínio; V = saturação por bases; CTCpH7 = capacidade
de troca de cátions.
Tabela 3. Valores médios de resistência tênsil observada e resistência tênsil estimada pelas equações obtidas pela
regressão linear múltipla para a tensão de 6 kPa (RT = 7,14485 + 0,47755 x UmidadeUg + 10,74156 x MO) e 33 kPa
(RT = 17,821 + 11,834 MO), para os seis solos em estudo.
Resistência tênsil (kPa)
Solo
LVdCA
LVdPF
LVdf
NVd
PVdSP
PVdSJ
Hz
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
observada
estimada
6 kPa
33 kPa
6 kPa*
33 kPa**
22
26
64
27
53
39
41
39
29
36
30
18
34
26
49
35
64
40
46
23
21
33
41
19
49
33
28
28
60
39
34
25
27
24
41
36
51
30
33
30
59
31
40
27
33
28
39
30
Hz
LVdCA
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
LVdPF
LVdf
NVd
PVdSP
RT estimada
(kPa)*
35
36
50
29
203
27
45
25
32
30
34
30
40
20
0
(a)
60
50
40
30
20
10
10
(a)
20
30
40
50
60
1,0
2,0
MO (%)
3,0
4,0
RT = 1,126 Silte + 17,674
2
r = 0,45 (P < 0.05)
70
60
50
40
30
20
10
0
(c)
0
0
70
60
50
40
30
20
10
0
10
20
Silte (%)
30
40
RT = 11,837 MO + 17,828
r2 = 0,57 (P < 0,01)
0,0
1,0
70
2,0
3,0
4,0
MO (%)
Resistência tênsil estimada (kPa)
Figura 1. Regressão linear entre a resistência tênsil (RT)
e matéria orgânica (MO) do solo na tensão de 6 kPa (a);
silte (b) e matéria orgânica (MO) do solo na tensão de 33
kPa (c).
70
Resistência tênsil observada
(kPa)
0,0
(b)
70
0
r2 = 0,54 (P < 0.01)
60
Resistência Tênsil (kPa)
Resistência tênsil observada (kPa)
PVdSJ
RT observada (kPa)
6 kPa
33 kPa
22
34
26
26
64
49
27
35
53
64
39
40
41
46
39
23
29
21
36
33
30
41
18
19
RT = 11,376 MO + 17,850
80
Resistência tênsil (kPa)
Solo
Resistência tênsil (kPa)
Tabela 4. Valores médios de resistência tênsil observada
e resistência tênsil estimada pela equação de regressão de
Imhoff [15].
60
50
40
30
20
10
0
0
10
(b)
20
30
40
50
60
70
Resistência tênsil estim ada (kPa)
(a)
70
Resistência tênsil observada
(kPa)
Resistência tênsil observada
(kPa)
Figura 2. Relação entre a resistência tênsil observada e
a resistência tênsil estimada pelas equações de regressão
para as tensões de 6 kPa (a) e 33 kPa (b).
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
Resistência tênsil estim ada (kPa)
60
70
70
60
50
40
30
20
10
0
0
(b)
10
20
30
40
50
60
70
Resistê ncia têns il e stim ada (kPa)
Figura 3. Relação entre a resistência tênsil observada e a resistência tênsil estimada pela equação de regressão de
Imhoff [15] para as tensões de 6 kPa (a) e 33 kPa (b).