Aula 10

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’).
Fonte: Lepsch, 2002.
• 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.
Fonte: Lepsch, 2002.
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.
Fonte: Lepsch, 2002.
• 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
Montmorilonitas
• 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
Al4Si4O10(OH)8,
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.
Representação estrutural da caulinita
• 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.
Representação estrutural da vermiculita e da esmectita.
• 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 20m2/g de superfície
específica, enquanto a montmorilonita (ou
esmectita)
apresenta
800m2/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;
• Alternância de gelo e degelo nas regiões frias.
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 semiáridas.
• 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+.
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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
Alcalinidade
acima de 7,8
Soma de bases
• S: Soma de bases (cátions básicos trocáveis).
Corresponde a:
• S=Ca2+ + Mg2+ + 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 Ca2+, Mg2+ 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+ + Mg2+ +
K+ + Na+ e CTC: capacidade de troca catiônica
→ Ca2+ + Mg2+ + 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 3+ 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 Fe2O3 nos solos brasileiros:
• Baixo teor: <8%
hipoférricos
• Médio teor: de 8% a <18%
mesoférricos
• Alto teor:
de 18% a < 36%
férricos
• Teor muito alto: > 36%
perférricos
Índices Ki
• Relação
sílica/alumina:
relação
molecular entre a sílica (SiO2) e a soma
alumina (AL2O3) 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