Solos e meio ambiente - Física do solo

Solos e meio ambiente - Física do solo

(Parte 1 de 7)

Solos e meio ambiente Física do solo

INTRODUÇÃO3
1.1. O papel da física do solo3
1.2. O solo como sistema trifásico disperso4
1.3. Definição de física do solo5
2 - TEXTURA DO SOLO5
2.1. Determinação da textura do solo7
2.2. Classificação textural10
2.3. Importância da textura1
3 - RELAÇÕES DE MASSA E VOLUME DOS CONSTITUINTES DO SOLO12
3.1. Densidade de particulas - Dp13
3.2. Densidade do solo - Ds14
3.3. Porosidade do solo15
3.3.1. Distribuição de Poros por Tamanho16
4 - COMPACIDADE OU COMPACTAÇÃO DO SOLO17
4.1. Diagnóstico da compactação do solo18
5 - ESTRUTURA E AGREGAÇÃO DO SOLO20
5.1. Definições de estrutura do solo21
5.2. Natureza e desenvolvimento da estrutura do solo2
5.3. Avaliação da estrutura25
5.3.1. Densidade Aparente25
5.3.2. Porosidade Total e Distribuição de Poros por Tamanho26
5.3.3. Condutividade Hidráulica do Solo Saturado26
5.3.4. Estabilidade de Agregados27
6 - A ÁGUA NO SOLO28
6.1. Retenção de água pelo solo28
6.2. Potencial total da água no solo30
7 - DISPONIBILIDADE DE ÁGUA DO SOLO PARA AS PLANTAS34
7.1. Conceitos de disponibilidade de água para as plantas34
7.1.1. Conceitos Clássicos34
7.1.2. Conceito Moderno de Água Disponível35
7.2. Fatores que afetam a disponibilidade de água para as plantas36
7.2.1. Fatores Ligados ao Solo36
7.2.2. Fatores da Planta37
7.2.3. Fatores Ligados à Atmosfera38

2 8 - LITERATURA CITADA ........................................................................................... 39

1.1. O papel da física do solo

O solo é o substrato básico de toda vida terrestre. O solo serve não somente como um meio para o crescimento das plantas e para a atividade microbiana "per se", mas também como fator de dreno e reciclagem para numerosos grupos de resíduos que podem acumular e poluir nosso ambiente. Ademais, o solo suporta nossas construções e fornece material para a edificação de estruturas tais como represas e estradas.

A tentativa para entender quais e como os constituintes do solo operam dentro da biosfera, que é o papel essencial da Ciência do Solo, advém tanto da curiosidade como da necessidade do homem. Solo e água são os dois recursos fundamentais da agricultura. A crescente pressão populacional tem tornado esses recursos escassos ou tem abusado destes em muitas partes do mundo. A necessidade de se manejar esses recursos eficientemente numa base sustentável, é uma responsabilidade de todos. Em multas regiões são encontrados exemplos chocantes onde áreas então produtivas foram completamente degradadas pela erosão ou salinização induzidas pelo manejo inadequado do sistema solo-água.

O solo por si é de extrema complexidade. Ele consiste de numerosos componentes sólidos (minerais e orgânicos) arranjados em um padrão geométrico complexo, quase indefinível. Alguns dos materiais sólidos consistem de partículas cristalinas, enquanto outros consistem de matéria amorfa que ao revestir os cristais, modificam seus comportamentos

A fase sólida interage com os fluidos, água e ar, os quais penetram nos poros do solo. O sistema como um todo raramente se encontra em estado de equilíbrio, pois se encontra alternadamente úmido e seco; expandido e contraído; disperso e floculado; compacto e quebrado; troca íons; precipita e redissolve sais e ocasionalmente congela e degela.

Para servir como um meio favorável ao crescimento das plantas, o solo precisa armazenar e suprir de água e ainda estar livre de elevadas concentrações de fatores tóxicos. O sistema solo-água-planta torna-se ainda mais complicado pelo fato de que as raízes das plantas precisam respirar constantemente e que a maioria das plantas terrestres não conseguem transferir o oxigênio de suas partes aéreas para as raízes em uma taxa suficiente à respiração das raízes. Portanto, o solo deve ser bem aerado, para a troca de oxigênio e dióxido de carbono entre os poros cheios de ar e a atmosfera externa. Um solo excessivamente úmido pode sufocar as raízes, assim como excessivamente seco pode dessecá-las.

Esses são alguns dos problemas que desafiam a relativamente nova ciência Física do Solo. Definível como o estudo do estado e transporte de todas as formas de matéria e energia no solo, a Física do Solo constitui-se num assunto complexo, fato esse que tem contribuído para seu lento desenvolvimento.

1.2. O solo como sistema trifásico disperso

Sistemas naturais podem consistir de uma ou mais substâncias e de uma ou mais fases. Um sistema constituído de uma simples substância é também monofásico se suas propriedades físicas são uniformes. Um exemplo de tal sistema seria um volume de água consistindo completamente de gelo. Tal sistema é chamado de homogêneo. Um sistema constituído de um único composto químico pode também ser heterogêneo se tal composto exibir diferentes propriedades em diferentes regiões do sistema. Uma região dentro do sistema fisicamente uniforme é chamada fase. Uma mistura de água e gelo, por exemplo, é quimicamente uniforme, mas, fisicamente é heterogênea e inclui duas fases. As três fases comuns na natureza são a sólida, a líquida e a gasosa. Um sistema contendo várias substâncias pode ser também monofásico. Por exemplo, uma solução de água e sal constitui-se em um líquido homogêneo. Um sistema de várias substâncias obviamente pode ser também heterogêneo. Em sistemas heterogêneos as propriedades diferem não somente entre uma fase e outra, mas também dentro de cada fase e no contorno entre fases vizinhas. Interfaces entre fases exibem fenômenos específicos resultantes da interação das fases. A importância desses fenômenos, que incluem adsorção, tensão superficial e fricção, depende da magnitude da áreas interfacial por unidade de volume do sistema. Sistemas nos quais pelo menos uma das fases é subdividida em numerosas partículas pequenas que juntas exibem grande área interfacial por unidade de volume, são chamados sistemas dispersos.

O solo é um sistema heterogêneo, particulado, disperso e poroso, onde a área interfacial por unidade de volume pode ser muito grande. A natureza dispersa do solo e sua consequente atividade interfacial dá lugar a fenômenos tais como adsorção de água e químicos, troca iônica, adesão, expansão e contração, disperção e floculação e capilaridade.

As três fases são representadas no solo da seguinte maneira: a fase sólida constitui a matriz do solo; a fase líquida consiste na água do solo, na qual existem substâncias dissolvidas, devendo ser chamada então de solução de solo e a fase gasosa é a atmosfera do solo. A matriz do solo inclui partículas que variam em composição química e mineralógica, bem como em tamanho, forma e orientação. Ela contém também substâncias amorfas, particularmente matéria orgânica que se une aos grãos minerais e muitas vezes servem de ponte entre eles para formar os agregados. A organização dos componentes sólidos determina as características geométricas do espaço poroso onde a água e ar são retidos e transmitidos. Finalmente tem-se que tanto a água quanto o ar do solo variam em composição tanto no tempo quanto no espaço.

As proporções relativas das três fases no solo variam continuamente e dependem de variáveis como condições climáticas, vegetação e sobretudo manejo.

1.3. Definição de física do solo

A Física do Solo constitui-se no ramo da Ciência do Solo que trata das propriedades físicas do solo, bem como da medida, predição e controle dos processos físicos que ocorrem no solo. Assim, como a Física Clássica lida com as formas e interrelações de matéria e energia, a Física do Solo lida com o estado e movimento da matéria e ainda com os fluxos e transformações de energia no solo.

De um lado o estudo fundamental da Física do Solo procura atingir um entendimento básico dos mecanismos que governam o comportamento do solo e seu papel na biosfera, incluindo processos interrelacionados como a troca de energia terrestre e os cicios da água e materiais transportáveis no campo. De outro lado, a Física do Solo prática procura o manejo adequado do solo através da irrigação, drenagem, conservação do solo e água, preparo, aeração e controle da temperatura do solo, bem como o uso do material do solo para propósitos da engenharia. A Física do Solo é então considerada tanto uma ciência pura como aplicada, com uma ampla faixa de interesses, muitos dos quais participam de outros ramos da ciência do solo e de outras ciências interrelacionadas tais como ecologia, hidrologia, climatologia. geologia, sedimentologia, botânica e agronomia. A Física do Solo está intimamente relacionada à mecânica do solo que trata o solo principalmente como material e suporte para construções.

Pode-se ainda definir Física do Solo como sendo o estudo das características e propriedades físicas do solo. As expressões “características” e “propriedades” são empregadas no sentido de se distinguir atributos do solo que podem ou não ser alterados com o uso e manejo do solo. Nesse sentido, entende-se por características os atributos intrínsecos ao objeto, que servem para defini-lo, independente do meio ambiente. Como exemplo podemos citar a distribuição de partículas por tamanho (textura do solo). Já propriedades são atributos relativos ao comportamento do objeto, são resultantes da interação entre características e o meio ambiente. Um bom exemplo de propriedade física é a retenção de água pelos solos, que depende do tamanho, composição e arranjo das partículas do solo. A maior parte dos atributos do solo referem-se a propriedades.

2 - TEXTURA DO SOLO

Uma vez introduzido o conceito de que o solo é um sistema trifásico, o enfoque agora será dado à fase sólida, que realmente caracteriza o solo, quando comparada com as demais.

A fase sólida é constituída de parte mineral e parte orgânica. A parte orgânica é formada pela acumulação de resíduos animais e vegetais com variados graus de decomposição. Submetido a constantes ataques dos microrganismos, o material orgânico acaba por constituir-se em componente transitório do solo, em constante renovação. A matéria orgânica exerce importante papel no comportamento físico e químico do solo, atuando em muitas propriedades deste. Contudo, ao estudo particular deste constituinte são reservados espaços em outros ramos da Ciência do Solo, tais como na Química do Solo, na Fertilidade do Solo e notadamente na Biologia do Solo. A parte mineral do solo é constituída de partículas unitárias originadas do intemperismo das rochas, apresentando diversos tamanhos, formas e composições.

A Textura do Solo constitui-se numa das características físicas mais estáveis e representa a distribuição quantitativa das partículas do solo quanto ao tamanho. A grande estabilidade faz com que a textura seja considerada elemento de grande importância na descrição, identificação e classificação do solo. A textura confere alguma qualidade ao solo, no entanto, sua avaliação apresenta conotação prioritariamente quantitativa.

Areia, Silte e Argila são as três frações texturais do solo que apresentam amplitudes de tamanho variáveis em função do sistema de classificação, todos baseados em critérios arbitrários na separação dos tamanhos das diversas frações. Contudo, dois sistemas são considerados mais importantes no campo da pedologia, são eles: Sistema Norte Americano, desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e Sistema Internacional ou Atterberg desenvolvido pela Sociedade Internacional de Ciência do Solo (ISSS). O Quadro 2.1. apresenta os dois sistemas com suas diversas frações granulométricas e respectivas amplitudes de tamanho.

Quadro 2.1. Frações Granutométricas encontradas nos Sistemas de Classificação Norte- Americano (USDA) e Internacional (ISSS).

FraçõesSistemas
USDAISSS
Areia Muito Grossa2 – 1 ------
Areia Grossa1 - 0,5 2 - 0,2
Areia Média0,5 - 0,25 ------
Areia Fina0,25 - 0,10 0,2 - 0,02
Areia Muito Fina0,10 - 0,05 ------
Silte0,05 - 0,002 0,02 - 0,002
Argila< 0,002 < 0,002

O conhecimento desses sistemas de classificação é fundamental ao se ajustar a metodologia para determinação da textura do solo.

2.1. Determinação da textura do solo A textura do solo pode ser determinada de dois modos:

a) Teste de Campo:

Neste teste procura-se correlacionar a sensibilidade ao tato com o tamanho e distribuição das partículas unitárias do solo. A areia dá sensação de atrito (aspereza); o silte de sedosidade e a argila plasticidade e pegajosidade. Essa avaliação é muito sujeita a erro.

b) Análise Textural:

Também chamada análise mecânica e granulométrica, é feita no laboratório e tem por finalidade fornecer a distribuição quantitativa das partículas unitárias menores que 2,0 m. Segundo MEDINA (1975) o êxito da análise textural está na dependência de se conseguirem suspensões de solo onde suas partículas se apresentem realmente individualizadas e assim se mantenham até sua separação e quantificação.

De modo geral, pode-se considerar a marcha analítica dos métodos de análise textural dividida em três fases: pré-tratamento, dispersão e separação das frações do solo.

b.1.) Pré-tratamento:

A fase do pré-tratamento tem por finalidade eliminar os agentes cimentantes, os íons floculantes e sais solúveis que podem afetar a dispersão e estabilização da suspensão do solo. São exemplos de pré-tratamentos:

 Remoção da Matéria Orgânica: realizada em solos com teores de matéria orgânica superiores a 5% através da oxidação com água oxigenada (H2O2).

 Remoção dos óxidos de Ferro e Alumínio: realizada com o uso da solução contendo ditionito - citrato - bicarbonato de sódio, sua conveniência em solos de clima tropical é questionável.

 Remoção de Carbonatos: promovida com o uso de tratamentos ácidos. Recomenda-se a utilização do Ácido Clorídrico diluído.

 Remoção de Sais Solúveis: realizada através da diálise da amostra de solo.

b.2.) Dispersão:

A fase da dispersão tem por finalidade destruir os agregados do solo, transformando-os em partículas individualizadas que deverão permanecer em suspensão estável durante toda marcha analítica.

As argilas, ao se desidratarem, podem exercer considerável força coesiva que cimenta vigorosamente os agregados do solo. Fica, neste caso, a dispersão condicionada à sua reidratação. Pesquisas realizadas a esse respeito mostraram que, para conseguir uma suspensão de solo efetivamente dispersa, há necessidade de substituir os cátions Ca + +, Mg + +, H + que mais frequentemente são encontrados saturando as argilas, por outros cátions monovalentes mais hidratáveis, como o Li +, Na +, K + e NH4 +. A presença desses cátions mais hidratáveis aumenta o potencial elétrico das partículas de argila, proporcionado assim, condições favoráveis de estabilidade para as suspensões de solo.

Para se obter dispersão máxima das amostras de solo há necessidade de se combinar o uso de métodos mecânicos e químicos.

Os métodos mecânicos mais frequentemente usados são: agitação suave e demorada, agitação violenta e rápida, aquecimento e desagregação manual.

Dentre os compostos químicos mais empregados, destacam-se os compostos de lítio e sódio, por serem os mais eficientes. Apesar dos compostos de lítio serem mais ativos generalizou-se o uso do hidróxido de sódio e do calgon (hexametafosfato de sódio mais carbonato de sódio), por serem mais facilmente encontrados no comércio e mais baratos.

Embora ainda pouco utilizada no Brasil, a dispersão pode também ser feita por meio de vibração ultrassônica.

b.3.) Separação das Frações do Solo:

Nesta fase, as partículas do solo, já previamente individualizadas, são separadas em grupos. As frações mais grosseiras, ou seja, as areias, são separadas por tamisagem, utilizando-se peneiras diversas, conforme o sistema de classificação adotado. As frações mais finas, Silte e Argila, são separadas por meio de sedimentação das partículas. Nessa separação utiliza-se da Lei de Stokes (equação 1), calculam-se os tempos de sedimentação das frações, para posterior dosagem das frações em suspensão.

V = 2(Dp - Df) g .r2 Equação 1

q 

A equação 1 descreve a velocidade de queda de uma partícula em um fluido qualquer. Considerando que V = e/t, poderemos rearranjar a equação 1 e obter a equação 2 que nos dará o tempo e queda da partícula considerada, desde que fixemos os o espaço a ser percorrido pela partícula, ou seja, a altura de queda, h.

t = 9h .  Equação 2
2 (Dp – Df) gr2

onde:

t = tempo de sedimentação - (seg) h = altura de queda (profundidade de pipetagem) - (cm)

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