apostila fisica do solo

8/3/2019 Apostila Fisica Do Solo

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UNIV ERSIDADE DE SO PAU LO

Esc ola Super ior de Agr ic u l t ura Lu iz de Queiroz

Depart am ent o de Cinc ia do Solo

P i rac icaba

2010

FSICA DO SOLO LSO03 10

Prof . Dout or: Alvaro Pires da Si lva

Mater ia l ex tra do do l ivro The Nature and Proper t ies of Soi ls

Nyle C. Brady, Ray R. Weil. 13 ed. Edit ora Pre nt ic e Hal l


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Arqui te t u ra ePropr iedades

Fsicas do

Solo

As propriedades fsicas do solo influenciam a funo do ecossistema e a escolha do melhor manejo a seradotado. O sucesso ou fracasso de projetos agrcolas ou de engenharia muitas vezes dependente daspropriedades fsicas do solo utilizado. A ocorrncia e crescimento de diferentes espcies vegetais e o movimentode gua e solutos esto diretamente relacionados s propriedades fsicas do solo.

A cor, textura e outras propriedades fsicas do solo so utilizadas na classificao de perfis e emlevantamentos sobre a aptido do solo para projetos agrcolas e ambientais. O conhecimento bsico sobre aspropriedades fsicas do solo servir como base para a compreenso de muitos aspectos que sero abordadosposteriormente.

As propriedades fsicas discutidas neste captulo dizem respeito s partculas slidas do solo e maneiracomo elas se unem formando agregados. Se pensarmos no solo como uma casa, as partculas slidas so ostijolos com os quais a casa construda. A textura do solo descreve o tamanho das partculas. As fraes

minerais mais grosseiras so normalmente cobertas por argila e outros materiais coloidais. Quando houverpredomnio de partculas minerais de maior dimetro, o solo classificado como cascalhento, ou arenoso;quando houver predomnio de minerais coloidais, o solo classificado como argiloso. Todas as transies entreestes limites so encontradas na natureza.

Na construo de uma casa, a maneira como os tijolos esto dispostos determina a natureza das paredes,quartos e corredores. A matria orgnica e outras substncias atuam como agente cimentante entre as partculas,formando os agregados do solo. A estrutura do solo descreve a maneira como as partculas so agregadas. Estapropriedade, portanto, define a configurao do sistema poroso do solo.

As propriedades fsicas estudadas neste captulo descrevem a natureza das partculas slidas e a maneiracomo influenciam a gua e o ar contidos no espao poroso do solo. Textura e estrutura do solo contribuem nacapacidade de fornecimento de nutrientes, assim como na reteno e conduo de gua e ar, necessrios para odesenvolvimento radicular das plantas. Estes fatores tambm determinam o comportamento do solo quando

utilizado em estradas, construes, fundaes, ou cultivo. Pela sua influencia no movimento da gua atravs dosolo e fora dele, as propriedades fsicas tambm exercem uma grande influncia sobre a degradao do solo peloprocesso erosivo.

1.1 Tex t u r a do So lo ( D is t r ibu io do Tam anho de Par t cu las )

A determinao das propores dos diferentes tamanhos de partculas (textura do solo) importantepara o entendimento do comportamento e manejo do solo. Durante a classificao do solo em um determinadolocal, a textura dos diferentes horizontes muitas vezes a primeira e mais importante propriedade a serdeterminada e, a partir desta informao, muitas concluses importantes podem ser tomadas. Alm disso, atextura do solo no prontamente sujeita a mudanas, sendo, portanto, considerada como uma propriedadebsica do solo.

O dimetro de partculas do solo subdividido em 6 ordens de magnitude, de mataces (1m) a argilas

submicroscpicas (


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arbitrrios, sendo baseados em mudanas no comportamento das partculas e nas propriedades fsicas do solo porelas determinadas.

Mataces, cascalhos, seixos rolados e outros fragmentos grosseiros > 2 mm de dimetro podem afetar ocomportamento do solo, mas no so considerados como parte da frao terra fina, para a qual o termo textura dosolo aplicado. Fragmentos grosseiros reduzem o volume disponvel de solo para reteno de gua ecrescimento de razes, entretanto, em solos densos, os espaos entre fragmentos podem fornecer caminhos para

drenagem de gua e penetrao de razes. Fragmentos grosseiros, especialmente aqueles constitudos de mineraisresistentes como o quartzo, interferem no cultivo ou escavao.

Areia - Partculas de areia so aquelas com dimetro entre 0,05 mm e 2 mm. Elas podem ser arredondadas ouangulares (Figura 1.2), dependendo do grau de desgaste a que elas tenham sido sujeitas pelos processosabrasivos durante a formao do solo. Partculas arenosas grosseiras podem ser compostas de fragmentos derocha contendo vrios minerais, mas a maioria dos gros de areia constituda por um s mineral, normalmentequartzo (SiO2) ou outro silicato primrio (Figura 1.3). Gros de areia podem possuir coloraes marrons,amarelas, ou vermelha como resultado de camadas de xidos de ferro ou alumnio. Em alguns casos, apredominncia de quartzo significa que a frao areia geralmente tem um contedo muito pequeno de nutrientesdisponveis para as plantas, em relao a partculas de menor dimetro.

As partculas de areia so speras ao tato e geralmente so visveis a olho nu. Estas partculas so

relativamente grandes, deste modo, os espaos entre elas tambm possuem um dimetro relativamente grande,promovendo a drenagem livre da gua e entrada de ar no solo. A relao entre dimetro de partcula e reasuperficial especfica (rea superficial para um dado volume ou massa de partculas) ilustrada na Figura 1.4.Devido ao seu maior tamanho, partculas de areia tm superfcie especfica relativamente baixa. Deste modo,apresentam pequena capacidade de reteno de gua e solos com predominncia desta frao so mais propensosa serem deficientes em umidade em perodos de estiagem. Partculas de areia so consideradas no coesivas; isto, no se mantm unidas a outras partculas (ver seo 1.8).

Silte - Partculas menores que 0,05 mm e maiores que 0,002 mm de dimetro so classificadas como silte.Partculas de silte no so visveis a olho nu (Figura 1.2), nem apresentam sensao de aspereza quandoesfregadas entre os dedos. So micro partculas de areia, com o quartzo sendo, geralmente, o mineral dominante.Partculas de silte, devido a seu dimetro reduzido, so mais propensas ao do intemperismo, liberandorapidamente quantidades significativas de nutrientes para as plantas.

Embora o silte seja composto de partculas com formato similar ao das partculas de areia, apresentasensao de sedosidade ao tato. Os poros entre partculas de silte so menores (e muito mais numerosos) queaqueles presentes entre partculas de areia, deste modo, o silte retm mais gua e permite uma menor taxadrenagem. Entretanto, quando seca, a frao silte exibe pouca pegajosidade ou plasticidade (maleabilidade). Abaixa plasticidade, coeso (viscosidade) e capacidade de adsoro que algumas fraes de silte apresentam , emgrande parte, devida a filmes de argila aderidos superfcie das partculas. Devido sua baixa pegajosidade eplasticidade, solos siltosos, de maneira geral, so facilmente carregados por fluxos de gua, num processochamado piping. O quadro 1.1 ilustra uma conseqncia do piping e a importncia da distino entre silte eargila no solo.

FIGURA 1.1. Classificao das partculas por tamanho. A escala sombreada localizada nocentro segue o sistema do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, o qual muitoutilizado por todo o mundo. Os outros dois sistemas tambm so utilizadas em cincia dosolo e em engenharia. O desenho ilustra os tamanhos proporcionais das fraes do solo.


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FIGURA 1.2 Uma pequena seo de um solo franco visto atravs de um microscpioempregando luz polarizada (poros vazios aparecem em preto). As partculas de areia e siltemostradas so irregulares em tamanho e forma, sendo o silte representado pelas partculasmenores. Embora o quartzo (q) predomine na frao areia e silte deste solo, vrios outrosminerais silicatados podem ser observados (p = plagioclsio, k = feldspato). Filmes de argilapodem ser vistos revestindo as paredes dos poros maiores (setas). A microscopia eletrnicade varredura, em gros de areia, mostra partculas de quartzo (abaixo esquerda) e feldspato(abaixo direita) com aumento de cerca de 40 vezes (foto acima cortesia Martin Rabenhorst,Universidade Maryland, fotos abaixo cortesia de J. Reed Glasmann, pesquisa Oil Research).

FIGURA 1.3 Relao entretamanho de partcula e tipo demineral presente. O quartzo dominante na frao areia e emfraes mais grosseiras de silte.Silicatos primrios como ofeldspato, hornblenda e mica estopresentes na areia e em menoresquantidades na frao silte. Mineraissecundrios, como xidos de ferro ealumnio, so predominantes nafrao silte de menor dimetro e nafrao argila mais grosseira.


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FIGURA 1.4 Relao entre a rea superficial de um cubo de massaconhecida e o tamanho de suas partculas. No cubo maior (a) cadalado possui 64 cm2 de rea superficial. O cubo tem seis lados, comrea superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64 cm2). Se o mesmocubo fosse dividido em cubos menores (b) de modo que cada umtenha 2 cm de lado, o mesmo material ser agora representado por 64

cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubo pequeno ter 4 cm2

(2x 2) de rea superficial, resultando em 24 cm2 de rea superficial (6lados x 4 cm2). A rea superficial total ser de 1536 cm2 (24 cm2 x 64cubos). Deste modo, a rea superficial deste cubo ser quatro vezesmaior do que a rea superficial do cubo maior. Como partculas deargila so muito pequenas e possuem formato laminar, sua reasuperficial milhares de vezes maior do que a rea superficial deuma mesma massa de partculas de areia.

QUADRO 1.1 SILTE E A FALHA DA REPRESA TETONa

Uma das mais trgicas falhas de engenharia da histria americana aconteceu ao sul de Idaho em

5 de junho de 1977, menos de um ano aps o trmino da construo de uma grande represa de terra noRio Teton. Onze pessoas foram mortas e 25.000 ficaram desabrigadas nas cinco horas que foramnecessrias para esvaziar o lago de 28 km de comprimento que havia sido formado pela represa. $ 400milhes (1977 dlares) foi o valor dos prejuzos causados pelo grande volume de gua liberado pelodesmoronamento da represa no vale abaixo. A destruio da represa iniciou com pequenas infiltraesque rapidamente tornaram-se grandes volumes de gua, arrastando at mesmo mquinas designadas parareparos no local.

A represa Teton foi construda de acordo com um modelo padro, testado para diques de terradividido em zonas. Depois de preparar uma base sobre riolito abaixo do solo, a parte central (zona 1) foiconstrudo com material firmemente compactado e coberto com uma camada (zona 2) de materialgrosseiro de solo aluvial para proteger da eroso hdrica e elica.

A parte central deveria ser construda com uma camada impermevel que impedisse o

movimento de gua atravs da represa. Normalmente, materiais argilosos so escolhidos para o centro,por possurem caractersticas de plasticidade e pegajosidade, estes materiais quando midos podem sercompactados em uma massa impermevel e malevel que permanece unida e no apresenta fissuras desdeque seja mantida mida. O silte, por outro lado, ainda que possa parecer semelhante a argila no campo,tem pequena ou nenhuma viscosidade ou plasticidade e portanto no pode ser compactado em uma massacoesa como a argila.

Uma massa mida e compactada de silte poder apresentar fissuras pela falta de plasticidade.Alm disso, se a gua penetra nestas fissuras, o material siltoso ser carregado pelo fluxo de gua,aumentando as fissuras e conduzindo mais gua. O processo de aumento rpido dos canais de infiltrao chamado de "piping". Este processo pode ser certamente a causa principal do fracasso da represa Teton,pelo fato dos engenheiros construrem a zona 1, (centro da represa), usando material de um depsito desilte de origem elica ("loess") em lugar de argila. Esta uma trgica mas til informao sobre a

importncia da textura no comportamento do solo.

____________________a Baseado no relatrio do U.S. Departament Of Interior Teton Dam Failure Group (1977).


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Argila - Partculas menores que 0,002 mm so classificadas como argila, pelo fato de possurem uma grande reasuperficial especfica, apresentam uma enorme capacidade de adsoro de gua e outras substncias. Umacolherada de argila pode possuir uma rea superficial do tamanho de um campo de futebol. Este grande poder deadsoro faz com que partculas de argila mantenham-se unidas em uma massa coesa depois de seca. Quandomida, a argila pegajosa e pode ser facilmente moldada.

Partculas de argila so to pequenas que se comportam como colides, quando suspensas em gua nose depositam facilmente. Diferentemente da maior parte das partculas de areia e silte, partculas de argilapossuem forma de pequenas lminas ou placas planas. Os poros entre partculas de argila so muito pequenos eirregulares, ocasionando lento movimento de gua e do ar no solo. Cada mineral de argila atribui diferentespropriedades aos solos nos quais so predominantes. Por esta razo, propriedades do solo como contrao-expanso, plasticidade, capacidade de reteno de gua, resistncia do solo e adsoro de elementos qumicosso dependentes do tipo e da quantidade de argila presente no solo.

I n f l unc ia da rea super f i c i a l em ou t ras p rop r i edades do so lo

medida que diminui o dimetro das partculas, a rea superficial e propriedades relacionadasaumentam significativamente, como mostrado graficamente na Figura 1.5. Argila de tamanho coloidal possuirea superficial cerca de 10.000 vezes maior do que a mesma massa de areia de tamanho mdio. A textura dosolo influencia muitas outras propriedades (Tabela 1.1) como resultado de cinco fundamentais fenmenos desuperfcie:

1. A gua retida como pequenos filmes aderidos superfcie das partculas do solo. Quanto maior a reasuperficial, maior a capacidade de reteno de gua.

2. Gases e substncias qumicas so atrados e adsorvidos pela superfcie das partculas minerais. Quantomaior a rea superficial, maior a capacidade de reteno de nutrientes e outras substncias qumicas dosolo.

3. O processo de intemperismo que ocorre na superfcie das partculas minerais libera elementosconstituintes para a soluo do solo. Quanto maior a rea superficial, maior a taxa de liberao denutrientes para as plantas.

4. As superfcies das partculas minerais apresentam cargas negativas e positivas, filmes de guapresentes na superfcie destes minerais fazem com que as partculas mantenham-se unidas. Quanto maior a

rea superficial, maior a tendncia das partculas se manterem unidas em uma massa coesa ou comopequenos agregados.

5. Os microorganismos tendem a se desenvolver e colonizar as superfcies das partculas. Por estas eoutras razes, reaes microbiolgicas nos solos so altamente afetadas pela rea superficial especfica.

FIGURA 1.5 Quanto mais fina a textura dosolo, maior a superfcie efetiva exposta por

suas partculas. Note que a adsoro, aexpanso e outras propriedades fsicas(plasticidade e coeso, calor deumedecimento) seguem a mesma tendnciae aumentam rapidamente medida que seaproximam da dimenso coloidal.


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TABELA 1.1 Influncia das fraes (areia, silte e argila) em algumas propriedades e comportamento do solo.a Propriedades/Comportamento do solo Areia Silte Argila

Capacidade de reteno gua Baixa Mdia a alta AltaAerao Boa Mdia Pobre

Taxa de drenagem Alta Lenta a mdia Muito lentaTeor de matria orgnica no solo Baixo Mdio a alto Alto a mdioDecomposio da matria orgnica Rpida Mdia LentaAquecimento na primavera Rpido Moderado LentoSusceptibilidade compactao Baixa Mdia AltaSusceptibilidade a eroso elica Moderada Alta BaixaSusceptibilidade a eroso hdrica Baixa Alta Solo agregado - baixa

Solo no agregado - altaPotencial de expanso e contrao Muito baixo Baixo Moderado a muito altoAdequabilidade para construo derepresas e aterros

Baixa Baixa Alta

Capacidade de cultivo aps chuva Boa Mdia BaixaPotencial de lixiviao de poluentes Alto Mdio Baixo

Capacidade de armazenamento denutrientes Baixa Mdia a alta Alta

Resistncia mudana de pH Baixa Mdia Altaa excees estas generalizaes ocorrem como resultado da estrutura do solo e mineralogia da argila

1.2 Classes Text ur a is do Solo

Trs grupos principais de classes texturais so conhecidos: solo arenoso, argiloso e franco. Dentro decada grupo, classes texturais especficas fornecem uma idia da distribuio de tamanho de partculas e indicamo comportamento das propriedades fsicas do solo. As 12 classes texturais encontradas na Tabela 1.2 apresentamuma seqncia gradual desde partculas de areia, as quais possuem textura grosseira e fcil manejo, partculasde argila, que possuem textura muito fina e so mais dificilmente manejadas.

Em solos arenosos e franco-arenosos ocorre predomnio das propriedades da areia, quando esta

compreende pelo menos 70% do material em peso (solos com menos do que 15 % de argila). Caractersticas dafrao argila predominam em solos argilosos, argilo-arenosos e argilo-siltosos.

Franco - Este grupo contm muitas subdivises. Uma maneira ideal de definirmos seria uma mistura compropriedades quase que em propores iguais de partculas de areia, silte e argila. Esta definio no significaque as trs fraes esto presentes em quantidades iguais (como pode ser visto por um estudo da Figura 1.6).Esta anormalidade existe porque uma pequena percentagem relativa de argila suficiente para atribuir ao solopropriedades referentes a esta frao, com relao a uma pequena quantidade de areia e silte que possuem menorinfluncia sobre o comportamento do solo. Deste modo, propriedades da frao argila so utilizadas paraclassificar solos com valores to pequenos quanto 20% de argila; ao passo que solos para serem classificadoscomo arenosos ou siltosos devem ter no mnimo 40 ou 45% destas fraes, respectivamente.

A maioria dos solos classificada como determinado tipo de solo franco. Eles podem possuir umacomposio ideal, conforme foi descrito e serem classificados simplesmente como franco. Portanto, um solofranco no qual partculas de areia predominam classificado como franco arenoso. Da mesma forma podemocorrer solos franco-siltosos, franco-argilo-siltosos, franco-argilo arenosos e franco-argilosos.

Fragmentos grosseiros - Nomenclaturas adicionais para solos com predominncia de pedras, cascalhos ediferentes fraes de areia so utilizadas na classificao textural destes solos. Fragmentos com dimetro entre2 mm e 2 cm so denominados cascalhos; os que variam de 2 cm a 20 cm so chamados calhaus; sendo osmaiores que 20 cm denominados mataces. Um solo franco arenoso cascalhento um bom exemplo de umaclassificao textural levando em considerao a presena de fraes grosseiras.

Al ter ao da Classe Text ur a l do So lo

Durante longos perodos de tempo, processos pedolgicos como eroso, deposio, iluviao eintemperismo podem alterar a textura de diferentes horizontes do solo. Prticas de manejo, geralmente no

alteram a classe textural de um solo. A textura s pode ser alterada pela mistura de outros tipos de solos comclasses texturais diferentes. Por exemplo: a incorporao de grandes quantidades de areia pode alterar as


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propriedades fsicas de um solo argiloso, para uso em casa de vegetao ou em gramados. Porm, no aconselhvel fazer a mistura de solos com diferentes classes texturais, deve-se utilizar solos com textura deocorrncia natural, ao invs de alter-los pela mistura de areia ou argila1

Deve ser observado que o acrscimo de uma pequena quantidade de material turfoso (material orgnico)a um solo no provocar mudana na textura, devido ao fato que esta propriedade se refere somente a partculasminerais. O termo textura do solo no est relacionado a meios artificiais que contenham materiais sintticos ou

outros materiais que no sejam constituintes do solo.

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Dete rm inao da Classe Tex tu ra l pe lo M todo d o Tato

A determinao da classe textural uma das primeiras habilidades de campo que um cientista da rea desolos deve desenvolver. A determinao da classe textural pelo tato de grande valor prtico em pesquisas decampo, como tambm na classificao e qualquer estudo no qual a textura poder ter um papel importante. Apreciso desse mtodo depende em grande parte da experincia e prtica do observador, portanto recomendvelsempre que se comece com solos de textura conhecida. O tringulo textural (Figura 1.6) dever ser mantido emmente na determinao da classe textural pelo mtodo do tato (Quadro 1.2).

An l i se Labora to r i a l do Tam anho das Par t cu las

O primeiro e s vezes o passo mais difcil na anlise do tamanho de partculas a disperso completa de

uma amostra de solo, de modo que mesmo menores agregados sejam fracionados em partculas individuais ouprimrias. A disperso normalmente realizada com utilizao de tratamentos qumicos e um agitador de altavelocidade.

A separao das partculas em grupos de diferente tamanho pode realizar-se pela passagem de umasuspenso de solo em gua atravs de peneiras de tamanho padronizado que so ordenadas de forma de separarcascalho, areia grossa, areia fina permitindo que as fraes silte e argila passem pelas peneiras (Figura 1.8). Oprincpio envolvido simples. Como as partculas do solo so mais densas que a gua, elas tendem a se depositarnuma velocidade proporcional ao seu tamanho. Em outras palavras: "quanto maior o tamanho da partcula maisrapidamente elas se depositam". A equao que descreve esta relao chamada de Lei de Stokes. A equao apresentada no Quadro 1.3, em sua forma mais simples, a velocidade V proporcional ao quadrado do dimetro ddas partculas, onde k uma constante que relaciona a acelerao da gravidade, densidade e viscosidade da gua.

V= kd2

Medindo-se a quantidade de solo em suspenso depois de diferentes tempos de sedimentao (usandopipeta ou um hidrmetro, como mostrado na Figura 1.8), determinam-se as percentagens de cada frao areia,silte e argila e a classe textural do solo. Curvas de distribuio do tamanho das partculas so mostradas naFigura 1.9.

A Figura 1.9 apresenta curvas de distribuio do tamanho de partculas para solos de trs diferentesclasses texturais. O fato de essas curvas apresentarem formas suaves mostra que no h nenhuma transioabrupta na separao das fraes areia, silte e argila e sugerem uma mudana gradual das propriedades com avariao do tamanho de partculas do solo. importante observar que classes texturais do solo so baseadassomente nas partculas minerais da frao areia ou menor; e que as percentagens de areia, silte e argila totalizam100%. Quantidades de pedras e pedregulhos so avaliadas separadamente. Materiais orgnicos normalmente soseparados da amostra do solo pelo processo de oxidao, que realizada antes da separao mecnica dasfraes do solo. A relao entre as anlises citadas e a classe textural do solo normalmente associada a umtringulo de classe textural (veja Figura 1.6). O tringulo textural permite o uso de dados de anlises de dimetrode partculas em laboratrio, para verificar a preciso de determinaes texturais em campo pelo mtodo do tato.

1A adio de areia deve ser feita com cuidado para melhorar as propriedades fsica de solos com textura fina. Se a areia no detamanho adequado e no adicionada em quantidades suficientes, materiais de baixa qualidade podem ser originados. Entre partculasde areia h formao de poros de grande tamanho, o mesmo no ocorre quando misturadas em uma matriz siltosa ou argilosa.


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Tabela 1.2 Termos gerais para descrever a textura do solo em relao ao nome das classes texturais.Termos Gerais

Classe texturalNomes Comuns Textura

Arenoso

Solos Arenosos Grosseira Areia Franca

Franco arenosa

Franco Mdia Franco siltosa

Solos Francos Siltosa

Franco argiloarenosa

Moderadamente Fina Franco argilosiltosa

Franco argilosa

Argilo arenosa

Solos argilosos Fina Argilo siltosa

Argilosa

FIGURA 1.6 A classe textural do solo definida pela percentagem de areia, silte e argila de acordo com aslinhas mais escuras mostradas no tringulo textural. Se estas percentagens forem determinadas para uma amostrade solo por anlise do tamanho de partcula, o tringulo de classe textural poder ser utilizado para determinar aclasse textural aplicada a esta amostra de solo. Para usar o grfico, primeiro dever ser localizada a percentagemadequada de argila ao lado esquerdo do tringulo, aps uma linha transversalmente ao grfico paralela a base dotringulo ser desenhada. Depois encontre a percentagem de areia na base do tringulo e, ento, desenhe umalinha paralela ao lado do tringulo relativo a percentagem de silte. As pequenas setas indicam a direo propostano qual as linhas devero ser desenhadas. O ponto no qual as duas linhas se interceptam indica a classe texturalda amostra de solo. Somente a percentagem de duas das trs fraes so necessrias. A percentagem de areia,silte e argila somam 100%, portanto a terceira percentagem pode ser facilmente calculada se somente duas soconhecidas. Se as trs percentagens so utilizadas, as trs linhas se interceptaram no mesmo ponto. Considerandocomo exemplo, um solo que contenha 15% de areia, 15% de argila e 70% de silte. Este exemplo mostradopelas linhas pontilhadas que se interceptam na classe franco siltosa. Qual a classe textural de uma outra

amostra de solo que possua 33% de argila, 33% de silte e 33% de areia? As linhas pontilhadas para este segundoexemplo se interceptariam na classe franco argilosa.


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QUADRO 1.2 UM MTODO PARA DETERMINAO DA TEXTURA PELO TATO

A primeira e mais crtica etapa no mtodo da textura pelo tato amassar uma amostra do tamanho de uma noz de solo mido para formaruma massa uniforme consistente, adicionando gua lentamente senecessrio. Esta etapa pode levar uns poucos minutos, mas uma prematura

determinao provavelmente ocasionar erros, pois agregados de argila esilte podem se comportar como gros de areia. O solo pode estar mido,mas no espelhar completamente. Tente fazer com apenas uma das mos,guarde a outra limpa para escrever no caderno de anotaes de campo (eapertar a mo do seu cliente).

Enquanto comprime e amassa a amostra, observe sua maleabilidade,pegajosidade e resistncia, todas, propriedades associadas com o contedode argila. Um alto contedo de silte se traduz numa sensao de maciez esedosidade, com pouca pegajosidade ou resistncia deformao. Um solocom um significativo contedo de areia apresenta sensao de aspereza efaz um som de rangido quando prximo ao ouvido.

Sinta a quantidade de argila atravs da compresso de uma massa desolo devidamente mida entre o polegar e o indicador, fazendo um fio.

Faa um fio to longo quanto possvel at quebra-se com o prprio peso(veja fig. 4.7)

Interprete suas observaes com os seguintes itens:1. Solo no ir aderir como uma esfera, desfazendo-se: areia.2. Solo forma uma esfera, mas no formar um fio: franco-arenosa3. Fio do solo frivel e quebra-se quando est com menos de 2,5cm de extenso

a. Rangido audvel; aspereza proeminentemente sentida:franco-arenosa.b. Maciez, sensao de sedocidade proeminente; rangido noaudvel: franco-siltosa.c. Ligeiramente spera e macia, rangido no claramente audvel:franco.

4. Solo exibe moderada pegajosidade e firmeza, forma fiosalongados de 2,5 a 5 cm, e:

a. Rangido audvel; aspereza proeminentemente sentida:franco-argiloarenosa.b. Maciez, sensao de sedocidade proeminente; rangido noaudvel: franco-argilosiltosa.c. Ligeiramente speros e macios, rangido no claramenteaudvel: franco-argilosa.

5. Solo exibe dominante pegajosidade e firmeza, forma fiosalongados do que 5 cm, e:

a. Rangido audvel; aspereza proeminentemente sentida:argiloarenosa.b. Maciez, sensao de sedocidade proeminente; rangido noaudvel: argilosiltosa.c. Ligeiramente speros e macios, rangido no claramenteaudvel: argila.

Mais precisa estimativa do contedo de areia (e por isso suadisposio na dimenso horizontal do tringulo de classes texturais) podeobter-se atravs do umedecimento de um agregado de solo do tamanho deuma ervilha na palma da mo, trabalhando ele entre os dedos at a palmade sua mo torna-se suja, coberta com uma suspenso do solo. Os gros deareia permanecero completamente visveis enquanto seu volume (ervilha)poder serestimado a partir do seu tamanho relativo (fino, mdio, grossa,etc.). Para aprender este mtodo melhor utilizar amostras de texturaconhecida.

FIGURA 1.7 Mtodo do Tato paradeterminao da classe textural dosolo. Uma amostra de solo mido esfregada entre o dedo indicador eo polegar, e amassada para formarum fio. (Topo) O fio curto, de

aparncia no coesiva, arenoso detextura franco-arenosa com cercade 15% de argila. (Centro) O fiomacio de aparncia frivel caracterstico de textura franco-siltosa. (Baixo) Maciez, aparncialustrosa e fios longos e flexveisso caractersticos de argila. (Fotoscortesia de R. Weil)


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FIGURA 1.8 A anlise do tamanho das partculas envolve a separao de uma amostra desolo em suas partculas primarias e posterior determinao da proporo de cada frao. Aamostra de solo inicialmente tratada para remover a matria orgnica e posteriormentedispersa em gua. No mtodo da pipeta, a suspenso de solo primeiro peneirada paraseparar a frao areia utilizando uma peneira de 0,05 mm de abertura; as fraes silte e argilaso coletadas num cilindro de sedimentao (a). A suspenso de silte e argila agitada edeixada em processo de sedimentao (b). O contedo de argila determinado de umaamostra extrada da suspenso com uma pipeta a uma determinada profundidade depois detranscorrido o tempo de decantao calculado pela lei de Stokes. A areia coletada na peneira secada e logo fracionada em outras peneiras com aberturas correspondentes a areia grossa,mdia fina e muito fina. Alternativamente, no mtodo do hidrmetro, a amostra dispersa colocada numa proveta e um hidrmetro usado para determinar o peso das partculas quepermanecem em suspenso aps diferentes tempos de sedimentao (d). (Foto cortesia de R.Weil)


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QUADRO 1.3 LEI DE STOKES E O CLCULO DO DIMETRO DE PARTCULAS PELOMTODO DA SEDIMENTAO

A deduo da Lei de Stokes mostra que a velocidade (V) de uma partcula em sedimentaoatravs de um fluido diretamente proporcional acelerao da gravidade (g), diferena entre adensidade de partculas e a densidade do fluido (DpDf) e ao quadrado do dimetro de partculas

efetivoa (d2). A velocidade de deposio inversamente proporcional viscosidade do fluido .Como velocidade igual distncia (h) sobre tempo (t), pode-se escrever a Lei de Stokes daseguinte maneira:

( )18

DDgd

t

hV

fp

2

==

na qual: g = acelerao da gravidade = 9,81 Newton por quilograma (9,81 N/kg);= viscosidade da gua a 20 C = 1/1000 Newtonsegundos por m2 (10 3 Ns/m2);Dp = densidade das partculas slidas, para muitos solos = 2,65 x 10

3 kg/m3;Df= densidade do fluido (i.e., gua) = 1,0 x 10

3 kg/m3;

Substituindo esses valores na equao, podemos escrever:

( )23

33332

m/Ns1018

m/kg100,1m/Kg1065,2Kg/N81,9d

t

hv

==

=( ) 2

23

33

dm/Ns1018

m/kg1065,1Kg/N81,9

= 22

33

dm/Ns018,0

m/N1019,16

= 2

5

d*kdsm

109=

na qual:sm

109k

5=

Note que V = kd2 a frmula simplificada mostrada no texto.

Considerando solo em suspenso em um recipiente com 0,1 m (10 cm) de profundidade. Pode-se calcular o tempo de sedimentao necessrio para que haja apenas partculas de argila emsuspenso.

Estabelecendo-se: h = 0,1 md= 2.10-6 m (0,002 mm, menores partculas de silte)

Colocando-se t em evidncia:

kd

ht

kd

1

h

tkd

t

h22

2 ===

Assim:

( )segundos777.27t

ms109m102

m1,0t11526

=

=

=463 minutos=7,72 horas

Para partculas de areia mais grosseiras (d = 0,05 mm), o tempo de sedimentao seria deapenas 44 segundos.

a A Lei de Stoke aplica-se a partculas lisas e arredondadas. Visto que muitas partculas do solono so lisas nem arredondadas, as tcnicas de sedimentao determinam os dimetros efetivos, nonecessariamente o dimetro atual da partcula do solo.


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Figura 1.8 Distribuio do tamanho departculas de trs solos com amplavariao de textura. Note que h umatransio gradual na distribuio dotamanho de partculas em cada um destessolos.

1.3 Es t r u t u r a dos So los Minera is

O termo estrutura refere-se ao arranjamento das partculas primrias do solo em agregados ou unidadesestruturais. A disposio dos poros e agregados, definida pela estrutura do solo, possui grande influncia sobre

movimento de gua, transferncia de calor, aerao e porosidade. Desmatamento, arao, cultivo, trfego,drenagem, calagem e adio de material orgnico, so exemplos de prticas que afetam diretamente a estruturado solo, principalmente nos horizontes superficiais. Os processos envolvidos na formao, estabilidade e manejoda estrutura do solo sero discutidos nas sees 1.6 e 1.7.

Tipos de Estru turaDiferentes tipos de unidades estruturais ocorrem nos solos, muitas vezes esta diferenciao observada

entre horizontes de um mesmo perfil de solo. A estrutura do solo classificada de acordo com a forma, otamanho e o grau de desenvolvimento das unidades estruturais. Os quatro principais tipos de estrutura do soloso: granular ou esferoidal, laminar, prismtica e em blocos. Estes tipos de estrutura (e alguns subtipos) somostrados na Figura 1.10 e descritos a seguir.

Esferoidal - Estrutura granular, consistindo de unidades estruturais esferoidais ou grnulos livres em um

arranjamento pouco compacto (Figura 1.10a). Quando estas unidades estruturais so muito porosas, sodenominadas de grumos. Os grnulos normalmente variam de 10 milmetros em dimetro. Estruturasgranular e em grumos so caractersticas de horizontes superficiais (horizonte A), particularmente aqueles comalto teor de matria orgnica. Conseqentemente, so os principais tipos de estrutura afetados pelo manejo.Ocorrem principalmente em solos de pastagem e em solos com atividade de macrorganismos (minhocas, etc.).

Laminar -Estrutura achatada, caracterizada por unidades estruturais ou placas horizontais relativamente finas,que pode ser encontrada tanto nos horizontes superficiais como subsuperficiais. Na maioria dos casos, este tipode estrutura originada nos processos de formao do solo. Entretanto, ao contrrio de outros tipos de estrutura,a estrutura laminar tambm pode ser herdada do material de origem do solo, especialmente aqueles depositadospor gua ou gelo. Em alguns casos, a compactao em solos argilosos por mquinas pesadas, pode ocasionar estetipo de estrutura. (Figura 1.10b).

Blocos Unidades estruturais em forma de blocos so irregulares e polidricas, (Figura 1.11) e variam de 5 a 50

mm de comprimento. Os blocos no so formados individualmente, mas em conjunto com blocos adjacentes.Quando as unidades estruturais apresentam faces planas e ngulos agudos na maioria dos vrtices so chamadosblocos angulares (Figura 1.10c). Quando as unidades estruturais apresentam mistura de faces arrendondadas eplanas com muitos vrtices arredondados, so chamados blocos subangulares (Figura 1.10d). Estes tipos deestrutura so normalmente encontrados no horizonte B, onde promovem boa drenagem, aerao e penetraoradicular.

Prismtica - Estruturas colunar e prismtica so caracterizadas por unidades estruturais semelhantes a prismasou pilares, que variam em comprimento entre diferentes tipos de solos e podem ter dimetro de 150 mm ou mais.Estrutura colunar (Figura 1.10e), a qual possui colunas com parte superior arredondada, muito comum emsubsolos com alto teor de sdio (ex. Horizontes Ntricos). Quando a parte superior dos prismas angular ehorizontalmente plana, a estrutura chamada prismtica (Figura 1.10f). Estes tipos de estruturas sonormalmente associados a argilas expansivas e comumente ocorrem em horizontes subsuperficiais de regies

ridas e semi-ridas. Quando bem desenvolvidas estas estruturas so caractersticas do perfil. Em regiesmidas, a estrutura prismtica muitas vezes ocorre em solos mal drenados e em fragipans. Os fragipanstipicamente apresentam prismas com 200 a 300 mm de dimetro.


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FIGURA 1.10 Diferentes tipos deestrutura de solos minerais e sualocalizao no perfil. Osdesenhos ilustram suascaractersticas essenciais e asfotos indicam como aparecem nocampo. Para comparao, observeo lpis (15 cm de comprimento)em (e) e a faca (lmina de 3 cm delargura) em (d) e (f). (foto (e)cortesia de J. L. Arndt, restantescortesia de R. Weil).

FIGURA 1.11. Estrutura forte, mdiacom blocos angulares no horizonte B deum Alfisol (Ustalf) em uma regio semi-rida. A faca mostrada separando umaunidade estrutural (bloco). Observe osfilmes de argila iluvial, de colorao

clara, que definem e unem as unidadesestruturais (Foto cortesia de R. Weil).


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Descr io da Est ru tu ra do So lo no Cam po

Na descrio da estrutura do solo, no observada somente a forma das unidades estruturais, mastambm o tamanho (pequeno, mdio ou grande) e grau de desenvolvimento (forte, moderado, ou fraco). Porexemplo, o horizonte do solo mostrado na Figura 1.9d pode ser descrito como fraco, pequeno com blocossubangulares. Geralmente, a estrutura do solo facilmente observada quando o solo est relativamente seco.Quando midas, as unidades estruturais podem expandir e unir-se s demais, tornando mais difcil adiferenciao dos agregados individuais. O arranjo estrutural das partculas e o espao poroso entre unidadesestruturais influenciam a densidade, um aspecto da arquitetura do solo que ser examinado em detalhes a seguir.

1.4 Dens idade de p ar t cu las e Dens idade do so lo

Dens idade de Par t cu las A densidade de partculasDp definida como a massa por unidade de volume de slidos do solo (ao

contrrio do volume do solo, que inclui o espao poroso). Assim, se 1 metro cbico (m3) de slidos do solo pesa2,6 megagramas (Mg), a densidade de partculas ser de 2,6 Mg m-3 (ou 2,6 gramas por centmetro cbico)2

A densidade de partculas basicamente o mesmo que massa especfica de uma substncia slida. Acomposio qumica e estrutura cristalina de um mineral determinam sua densidade de partculas. A densidadede partculas no afetada pelo espao poroso, e conseqentemente no est relacionada com o tamanho ou o

arranjo das partculas (estrutura do solo).

.

Para a maioria dos solos minerais a densidade de partculas varia de 2,60 a 2,75 Mg m-3, o que se deve predominncia de minerais como quartzo, feldspato, mica e colides silicatados que possuem densidades dentrodesta faixa. Para clculos em geral, considerando a camada arvel (1 a 5% de matria orgnica), caso adensidade de partculas real no seja conhecida, assume-se uma densidade de aproximadamente 2,65 Mg m-3.

A densidade de partculas de 2,65 Mg m-3 dever ser corrigida para certos tipos de solos. Solos compredominncia de minerais de alta densidade (magnetita, zircnio, turmalina e hornblenda) podem apresentardensidades de partculas superiores a 3,0 Mg m-3. A matria orgnica, com densidade de partculas de 0,9 a 1,3Mg m-3, bem menos densa que solos minerais. Solos minerais superficiais com alto teor de matria orgnica(15 a 20%) podem apresentar densidade de partculas menor que 2,4 Mg m -3. Solos orgnicos (Histosols)possuem densidade de partculas entre 1,1 e 2,0 Mg m-3.

Dens idade do So lo A densidade do soloDs definida como a massa por unidade de volume de solo seco. Este volume

inclui partculas slidas e o espao poroso do solo. A Figura 1.12 evidencia a distino entre densidade departculas e densidade do solo. Para clculo da densidade de partculas e densidade do solo considera-se somentea massa de slidos do solo, excluindo a massa de gua presente.

Existem diversos mtodos para determinao da densidade do solo que se baseam na obteno de umvolume conhecido de solo, secando-o para remoo da gua e obtendo-se sua massa seca 3

Fato res qu e a fe tam a Dens idade do So lo

5. Atravs de umequipamento especial de amostragem (Figura 1.13) obtm-se uma amostra indeformada e de volume conhecido.Para camadas superficiais, talvez o mtodo mais simples seja cavar um pequeno buraco, coletar todo o soloescavado e impermeabilizar o buraco com um filme plstico e preench-lo completamente com um volumeconhecido de gua. Outro mtodo envolve a impermeabilizao de um torro de solo. O volume do torro determinado pelo volume deslocado quando o mesmo suspenso em gua.

Solos com maior proporo de espao poroso em relao ao volume de slidos possuem menordensidade que solos mais compactados e com menor espao poroso. Conseqentemente, qualquer fator queinfluencie o espao poroso afetar a densidade do solo. A amplitude de variao da densidade para diversos tiposde solos e condies ilustrada na Figura 1.13.

2Como 1 Mg = 1 milho de gramas e 1 m3 = 1 milho de centmetros cbicos, 1 Mg m-3 = 1 g cm-3.

3Um mtodo instrumental que mede a resistncia do solo passagem de raios gama usado nas pesquisas com solos, mas no discutido aqui.


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Efeito da textura do solo Como ilustrado na Figura 1.14, solos de textura fina como franco siltosos, argilosose franco argilosos, geralmente possuem menor densidade em relao a solos arenosos 4

. Isto ocorre porque aspartculas dos solos com textura fina tendem a organizar-se em unidades estruturais porosas, principalmente se osolo possui um teor de matria orgnica adequado. Nestes solos, alm do espao poroso entre os agregados,existe o espao ocupado por poros internos aos agregados. Esta condio garante um alto espao poroso total ebaixa densidade do solo. Em solos arenosos, entretanto, o contedo de matria orgnica geralmente baixo, as

partculas slidas esto menos predispostas a formarem agregados e a densidade do solo normalmente mais altaque em solos de textura mais fina. A Figura 1.15 ilustra que, quantidades similares de macroporos estopresentes em solos arenosos e em solos de textura fina, mas os solos arenosos possuem poucos poros internos emsuas partculas e deste modo apresentam menor porosidade total.

FIGURA 1.12 Densidade do solo Ds edensidade de partculas Dp. Densidade do solo a massa de slidos em um volumeconhecido de solo (slidos mais espaoporoso ocupado por ar e gua). Densidade departculas a massa de slidos em um volumeconhecido de partculas slidas. Uma anlisecuidadosa dos clculos propostos esclarece a

diferena entre os termos utilizados. Nestecaso particular a densidade do solo a metadeda densidade de partculas, e o volumeocupado por poros de 50 %.

FIGURA1.13 Um amostrador especialmente projetado para retirar um volume indeformadode solo, ou seja, sem causar distrbios ou compactao (a). O amostrador contm um cilindrointerno que conduzido atravs do solo por meio de impactos de um martelo. O cilindro interno(b), contendo uma amostra indeformada de solo, removido e o excesso de solo retirado comuma faca de modo que o solo ocupe apenas o volume interno do cilindro, conhecendo-se assimseu volume atravs do dimetro e altura do cilindro. O peso das amostras determinado aps asecagem em estufa.

4 Os solos arenosos comumente so chamados de solos leves, enquanto os argilosos e franco argilosos so chamados de solospesados. Os termos pesado e leve, neste contexto, no se referem massa por unidade de volume de solo, mas a dificuldade demanejo com implementos a argila, pela sua pegajosidade, oferece maior dificuldade ao preparo.


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Solos arenosos geralmente possuem alta densidade, afetada pelo arranjamento das partculas (Figura1.16). Em solos pouco compactados as partculas preenchem em torno de 52 % do volume total, enquanto nosmais compactados podem preencher at 75 % do volume5. A densidade do solo menor se as partculas de areiaforem uniformes em tamanho, uma mistura de diferentes tamanhos de partculas tende a possuir alta densidade.Neste caso, partculas menores preenchem parcialmente os espaos entre partculas maiores. Solos mais densosso aqueles caracterizados por uma mistura de diferentes fraes de areia em um arranjo firmemente

compactado.

FIGURA 1.14 Densidadede vrios tipos de solos eoutros materiais.

5Se assumirmos que a densidade partculas constitudas de quartzo de 2,65 Mg m-3, ento a faixa correspondente de densidade de um

solo arenoso pouco compactado seria de 1,38 a 1,99 Mg m-3 (0,52 x 2,65 = 1,38 e 0,75 x 2,65 = 1,99) no muito diferente da faixarealmente encontrada em solos muito arenosos.


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Profundidade no perfil do solo - A densidade do solo tende a aumentar com o aumento da profundidade noperfil, isto se deve, provavelmente, ao menor teor de matria orgnica, menor agregao, pouca quantidade derazes e compactao causada pela massa das camadas superiores. Subsolos muito compactos podem apresentardensidade de 2,0 Mg m-3 ou superior. Muitos solos formados no perodo glacial possuem subsolos extremamentedensos, como resultado da compactao sofrida pela enorme massa de gelo que existiu em tal perodo.

FIGURA 1.15 Comparao entre solos arenosos eargilosos mostrando as quantidades de macroporos emicroporos presentes em cada um deles. Em solosarenosos o espao ocupado por poros menor que nosargilosos, devido ao fato que os solos argilosos

possuem um grande nmero de microporos internosem seus agregados (a), as partculas de areia (b)embora similares em tamanho aos agregados de argilano contm poros em seu interior. Por esta razosolos superficiais, com textura grosseira sonormalmente mais densos que os de textura fina.

FIGURA 1.16 A uniformidade das partculas deareia e o grau de compactao (arranjamento daspartculas) afetam significativamente a densidadede solos arenosos. A compactao das partculasaumenta a densidade do solo e diminui suaporosidade.

I m por t nc ia da Densidade do So lo Para engenheiros envolvidos na movimentao de solo durante a execuo de obras, ou para arquitetos

que precisam calcular cargas de solo para planejamento e cobertura de reas ou jardins, o conhecimento dadensidade de diferentes tipos de solos de grande utilidade para clculo da massa de solo a ser movimentada.Um solo mineral tpico de textura mdia possui densidade em torno de 1,25 Mg m-3 ou 1250 quilogramas em ummetro cbico6

O planejamento de jardins suspensos oferece outra aplicao prtica para valores de densidade. Nestecaso, a massa de solo envolvida deve ser conhecida para que se possa projetar uma estrutura suficientementeforte para suport-la. Pode-se optar por cultivar apenas gramado e outras plantas de razes superficiais, assim

. O quo pesado o solo realmente geralmente surpreende as pessoas. Imagine-se dirigindo suacaminhonete para um local onde solo vendido por volume e enchendo sua carroceria. Claro que voc nogostaria realmente de faz-lo, pois isto provavelmente quebraria o eixo traseiro de seu veculo. A capacidade decarga normalmente encontrada nas caminhonetes, de meia tonelada (1000 lb ou 454 kg) poderia suportar apenas0,4 m3 de solo embora em volume a capacidade da carroceria seja em torno de seis vezes maior.

6A maioria dos arquitetos e engenheiros dos Estados Unidos da Amrica ainda utilizam unidades inglesas. Para converter valores de

densidade do solo dados em Mg m-3 para lb yd-3 multiplica-se por 1686. Ento 1 yd3 de um tpico solo mineral de textura mdia com adensidade de 1,25 Mg m-3pesaria mais de 1 tonelada (1686 x 1,25 = 2108 lb yd3)


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uma camada relativamente pequena de solo pode ser utilizada (algo em torno de 30 cm) o que faria com que amassa de solo no fosse to elevada. Tambm vivel restringir os gastos com reforo de estrutura empregando-se solo com baixa densidade e conseqentemente com menor massa. Entretanto, se o suporte de razes de rvorese outras plantas um ponto importante a ser considerado, solos com densidades muito baixas como turfosos oumisturas de perlita/solo no seriam adequados.

A massa de solo em 1 ha da camada arvel (15 cm) pode ser calculada conhecendo-se sua densidade. Se

tomarmos a densidade de 1,3 Mg m-3 a massa de solo existente em 1 ha ser de aproximadamente 2 milhes dekg7

Prt icas de Manejo a fe t ando a Dens idade do So lo

. O conhecimento da massa de solo em um hectare muito til para clculos de calagem, adubao e taxas demineralizao da matria orgnica. No entanto, esta massa deve ser corrigida para densidades diferentes de 1,3Mg m-3 ou se a profundidade considerada for superior ou inferior a 15 cm.

Mudanas na densidade do solo so facilmente medidas e podem ser um indicador de alteraes naqualidade do solo e no funcionamento do ecossistema. Aumentos na densidade geralmente implicam emdiminuio na qualidade do solo para crescimento radicular, reduo da aerao e mudanas indesejveis nocomportamento da gua no solo, como reduo da infiltrao.

Solos de floresta - Horizontes superficiais da maioria dos solos de floresta possuem densidades muito baixas(Figura 1.14). O crescimento de rvores e o ecossistema florestal so particularmente sensveis a aumentos na

densidade. O cultivo convencional de madeira geralmente causa distrbios e compacta 20 a 40 % da camadasuperficial da rea utilizada (Figura 1.17) e especialmente prejudicial nos carreadores onde toras so arrastadase locais onde so empilhadas e carregadas em caminhes (Tabela 1.3). Um sistema eficiente, porm de alto custode se minimizar a compactao e degradao de solos de floresta o uso de cabos suspensos.

Acampamentos e trilhas em solos de floresta podem causar degradao da estrutura, pelo aumento dadensidade, ocasionado pelo intenso trfego de pessoas (Figura 1.18). Os rodados e carretas pioneiros do sculo19 ainda mostram os efeitos da compactao do solo (Quadro 1.4). Uma conseqncia importante do aumento dadensidade a diminuio da capacidade de infiltrao de gua no solo, aumentando o escorrimento superficial.Os danos podem ser minimizados restringindo-se o trfego em trilhas previamente planejadas e demarcadas quepodem incluir uma camada de serragem, ou at mesmo passarelas no caso de reas intensamente trafegadassobre solos frgeis, como vrzeas.

rvores plantadas em solos compactados podem apresentar falhas no crescimento, levando at mesmo

morte. Muitas prticas podem ser adotadas para melhoria do desenvolvimento radicular e crescimento da planta.Em algumas reas florestais, no preparo do solo para replantio aps o corte (principalmente em locaisrelativamente planos), so adotadas prticas convencionais de cultivo. Tais operaes podem causarcompactao e perda de matria orgnica do solo.

Em alguns projetos paisagsticos urbanos, o plantio de rvores ocorre em solos muito compactados.Como no possvel modificar completamente a zona radicular, outras prticas podem ser adotadas tais comoplantio em covas largas e profundas proporcionando uma camada de solo solto para o crescimento inicial da raize aplicao de uma camada de cobertura morta sobre a projeo da copa (no muito perto do tronco)promovendo aumento do crescimento radicular, principalmente prximo superfcie. O crescimento radicularpode ser facilitado cavando-se trincheiras preenchidas com solo solto e fertilizado a partir da cova de plantio.

Em alguns setores urbanos pode ser desejvel criar um solo artificial incluindo um esqueleto decascalho angular arenoso para providenciar resistncia e estabilidade, e uma mistura de solo superficial franco e

matria orgnica para providenciar nutrientes e capacidade de armazenamento de gua. Tambm, grandesquantidades de areia e materiais orgnicos so s vezes misturadas dentro dos primeiros centmetros de solos detextura fina nos quais so implantados os gramados.

Solos agrcolas Apesar dos efeitos benficos do cultivo em curto prazo, em longo prazo o cultivo intensivo,provoca aumento na densidade do solo, devido diminuio do teor de matria orgnica e degradao daestrutura. Estes efeitos podem ser observados na Tabela 1.3 que apresenta um estudo em longo prazo emdiferentes locais, onde solos no cultivados foram comparados a reas adjacentes sob cultivo, por perodos de 20a 90 anos. Houve aumento da densidade do solo nas reas sob cultivo. O efeito do cultivo pode ser minimizadoadicionando resduos culturais ou adubos orgnicos e realizando rotao com pastagens.

710.000 m2 ha-1 x 1,3 Mg m-3x 0,15 m = 1950 Mg ha-1 2 milhes de kg ha-1a 15 cm de profundidade. Um valor similarno sistema ingls seria 2 milhes de libras por acre a 6 - 7 polegadas de profundidade.


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FIGURA 1.17. (a) Colheita convencional de madeira em uma floresta boreal em Alberta, Canad e (b) danosresultantes aos horizontes superficiais do solo. Tal prtica causa compactao significativa do solo, prejudicandoo ecossistema por muitos anos.

TABELA 1.3 Efeitos da colheita de madeira na densidade de solos de floresta, a diferentes profundidades emdois Ultissolos (Gergia).

Observe os maiores valores de densidade no solo franco-arenoso e nas linhas de trfego.

Profundidade do solo Densidade do solo (Mg m-3)(cm) Antes da colheita Aps a colheita, no interior dos

talhesAps a colheita nas

linhas de trfegoFranco-arenoso0-8 1,25 1,50 1,478-15 1,40 1,55 1,7115-23 1,54 1,61 1,8123-30 1,58 1,62 1,77Franco-argiloso0-8 1,16 1,36 1,528-15 1,39 1,49 1,6715-23 1,51 1,51 1,66

23-30 1,49 1,46 1,61

Na agricultura moderna, mquinas pesadas, utilizadas para cultivo ou colheita podem causar nveis decompactao limitantes produo de culturas. Certos implementos de preparo como arado de aiveca e grade dedisco, compactam o solo abaixo da sua profundidade de trabalho. O uso destes implementos ou o trfego demquinas pesadas pode formar uma camada compactada abaixo da camada arvel (Figura 1.19). Outrosimplementos de preparo como escarificadores e subsoladores, no compactam o solo abaixo da camada arvel(Figura 1.20), sendo teis para eliminar camadas compactadas (Figura 1.21) e para preparo do solo permitindo apenetrao das razes. Porm, em muitos solos, os efeitos da subsolagem so temporrios. O cultivo tende areduzir a resistncia do solo, tornando-o mais susceptvel compactao.

O trfego particularmente prejudicial em solos midos. Em solos midos, cargas pesadas, provocamcompactao severa e profunda no perfil do solo. Para prevenir redues na produtividade e rentabilidadedecorrentes da compactao, o nmero de operaes de preparo e trfego de equipamentos pesados deve serminimizados e escalonados para perodos em que o solo se encontre em uma umidade ideal para cultivo. No


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entanto, o trfego em solos sob condies inadequadas de umidade muitas vezes inevitvel, principalmente naprimavera e outono em regies temperadas midas.

Outra medida para minimizar a compactao restringir o trfego a carreadores, evitando acompactao do restante da rea (em at 90% ou mais). O sistema de trfego controlado amplamente utilizadona Europa, principalmente em solos argilosos. Este sistema pode ser adaptado para canteiros de hortalias ouflores, estabelecendo-se linhas de trfego entre as plantas. Estas linhas podem receber cobertura morta, serem

gramadas ou cobertas com pedriscos.

Algumas prticas de manejo propem a reduo da compactao, pelo aumento da largura de pneus demquinas pesadas, distribuindo o peso sobre uma maior rea superficial de solo, reduzindo a fora aplicada porunidade de rea (Figura 1.22a). Pneus largos diminuem o efeito da compactao, mas aumentam a percentagemda superfcie do solo que pressionada. Em uma prtica semelhante, adotada por jardineiros, tbuas de madeiraso colocadas sobre o solo mido na preparao de sementeiras, evitando a concentrao do peso do corpo empoucos centmetros quadrados sob os ps (Figura 1.22b).

FIGURA 1.18. Degradao causada pelo usoem solos sob floresta, pelo aumento dadensidade e suas conseqncias na taxa deinfiltrao e escorrimento superficial (setasbrancas). Em acampamentos, a rea degradadaestende-se at aproximadamente 10 m dafogueira ou da barraca. No manejo de reasrecreativas devem-se procurar meios deproteger solos susceptveis compactao. A

compactao destas reas pode levar morteda vegetao e aumento do processo erosivo.

QUADRO 1.4 COMPACTAO DO SOLO PRODUZIDA POR CARRETAS 100 ANOS ATRAS.

O movimento de pessoas para o oeste atravs da parte central dos Estados Unidos ocorreuprincipalmente usando carretas puxadas por animais de trao. Centenas de carretas, algumas carregadas comcerca de 4 Mg de bagagem e famlias inteiras, seguiram essas trilhas. Os rastros deixados pelas rodas dascarretas e pelos animais de trao que puxavam as mesmas so ainda visveis em algumas reas.

Uma das trilhas, Wadsworth, foi estudada recentemente por cientistas em Minnesota. Esses caminhosforam usados para transportar apetrechos militares de St. Cloud para o Forte Wadsworth no territrio de

Dakota, desde seu estabelecimento em 1864 at aproximadamente 1889, quando comearam a ser usadoscaminhos privados alternativos. A compactao ainda evidente 110 anos depois que as trilhas foramabandonadas e recobertas com vegetao.

Caracterstica do Solo Valores apresentados

Trilha Fora da trilha

Densidade do solo Mg m-3 1,13 1,03

Infiltrao de gua mm s-1 0,53 0,92Permeabilidade ao ar mm2 0,11 0,37

As trilhas dos rodados esto ainda mais compactadas (maior densidade) que o solo fora da trilha e permitemmenor infiltrao da gua e permeabilidade ao ar. Mesmo, muito depois que espcies nativas restabeleceram-

se no solo, permanece o efeito do trfego de animais e veculos, sugerindo a limitada resilincia deste solo.Dados de Sharratt, et al. (1998).


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TABELA 1.4 Densidade do solo e espao poroso de solos superficiais cultivados e no cultivados (incluindo umsubsolo)

Em todos os casos, a densidade do solo aumentou e o espao poroso diminuiu proporcionalmente.

Densidade do Solo, Mg m-3 Espao Poroso, %

Solo Textura Tempo

de

Cultivo

(anos)

Solo

Cultivado

Solo no

Cultivado

Solo

Cultivado

Solo no

Cultivado

Udalf (Pennsylvania) Franco 58 1,25 1,07 50 57,2Udoll (Iowa) Franco siltoso 50+ 1,13 0,93 56,2 62,7Aqualf (Ohio) Franco siltoso 40 1,31 1,05 50,5 60,3Ustoll (Canad) Franco siltoso 90 1,30 1,04 50,9 60,8Cambid (Canad) Argila 70 1,28 0,98 51,7 63,0Cambid, subsolo (Canad) Argila 70 1,38 1,21 47,9 54,3Mdia de 3 Ustalfs(Zimbabwe)

Argila 20-50 1,44 1,20 54,1 62,6

Mdia de 3 Ustalfs(Zimbabwe) Francoarenoso 20-50 1,54 1,43 42,9 47,2Dados de solos do Canad de Tiessen, et al. (1982) e solos do Zimbabwe de Weil (no publicado) e outros solos Lyon et al.(1952).

FIGURA 1.19 Tratores e outros equipamentos pesados compactam o solo a profundidades considerveis,aumentando a densidade e reduzindo o crescimento e produo das culturas. Os efeitos so especialmente

prejudiciais em solos midos. (a) Pneus de veculos pesados compactam um solo franco-arenoso ataproximadamente 30 cm, criando uma camada compactada. O cultivo causa descompactao temporria(camada arvel), mas aumenta a compactaoabaixo da camada arvel. Densidades superiores a 1,8 g cm-3impediram a penetrao das razes de algodo neste caso. (b) A produo de batatas foi reduzida no segundoano de cultivo em um solo franco-argiloso em Minnesota. Redues da produo so normalmente maisseveras em anos relativamente secos.


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FIGURA 1.20 Na recuperao de solos severamente compactados como aqueles formados por veculos pesadosdurante construo e uso de aterro sanitrio, necessrio muitas vezes quebr-los mecanicamente para permitir oestabelecimento de rvores ou outra vegetao natural. Isto comumente realizado pelo uso de um subsoladorcom hastes penetrantes como apresentado acima esquerda. Estas hastes so arrastadas triturando, desprendendoe suspendendo completamente o solo, resultando no rompimento da condio compacta. direita, soapresentadas zonas de solo deturpadas segundo o uso de (a) um subsolador convencional com duas hastesverticais, mas sem ps, (b) equipada com duas hastes e acoplada a ps suspensas (como apresentado esquerda),e (c) um subsolador com hastes mais rasas que desprendem a camada superficial do solo antes da passagem daslinhas principais. Observe o aumento quantitativo de solo compactado deturpado pelo mais amplo tratamento.Subsoladores so tambm utilizados para desprender algumas camadas subsuperficiais muito coesas deArgilosos usados para fins agrcolas [Modificado de McRae (1999); uso com permisso de CRC Press, BocaRaton, Fla.].

FIGURA 1.21 Distribuio radicularde uma planta de algodo. direita, otrfego de trator e o cultivo naentrelinha ocasionaram oaparecimento de uma camadacompactada que restringiu ocrescimento radicular. O melhordesenvolvimento de razes se deu esquerda, onde no havia ocorridotrfego recente de mquinasagrcolas. As razes penetraram nosubsolo atravs de uma zona de solomais solta criada pela subsolagem.(Cortesia USDA, LaboratrioNacional de Mquinas de Cultivo).

In f l unc i a da Dens idade do so lo na res i s tnc ia p enet rao e C resc imen to rad i cu l a r Altas densidades podem ocorrer naturalmente no perfil do solo (por exemplo, fragipan) ou podem ser

decorrentes da compactao proveniente da ao humana. De qualquer modo, o crescimento radicular inibidoem solos excessivamente densos por diferentes razes, incluindo a resistncia penetrao do solo, m aerao,reduo do fluxo de gua e nutrientes e acmulo de gases txicos e exsudados radiculares.


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As razes penetram no solo atravs dos poros. Em poros muito pequenos, a raiz deve empurrar aspartculas de solo aumentando assim o dimetro do poro. At certo ponto, o aumento da densidade do solorestringe o crescimento radicular medida que a raiz encontra poros menores e em menor nmero. Porm, ocrescimento radicular tambm limitado pela resistncia penetrao. Uma maneira de quantificar a resistncia penetrao medir a fora requerida para penetrao de uma haste com cone padronizado (penetrmetro). Acompactao geralmente aumenta a densidade e a resistncia penetrao do solo. Pelo menos dois fatores

(relacionados resistncia penetrao) devem ser considerados na determinao do efeito de densidade do solosobre a capacidade de penetrao das razes.

Efeito do contedo de gua no solo - O contedo de gua e a densidade do solo influenciam a resistncia penetrao (Figura 1.23). A resistncia penetrao aumenta com a compactao do solo e medida que o soloseca. Deste modo, o efeito da densidade no crescimento radicular mais intenso em solos relativamente secos.Em solos midos, uma maior densidade necessria para restringir a penetrao radicular. Por exemplo, umacamada compactada pelo trfego, com densidade de 1,6 Mg m-3 pode restringir completamente a penetraoradicular em solo muito seco e permitir a penetrao radicular em solo mido.

Efeito da textura do solo - Quanto maior o teor de argila no solo menor ser o tamanho dos poros e maior aresistncia penetrao a uma dada densidade. Deste modo, a uma mesma densidade, as razes podem penetrarmais facilmente em um solo arenoso mido do que em um solo argiloso na mesma condio. O crescimento

radicular em solos midos geralmente limitado a densidades variando de 1,45 Mg m-3

em solos argilosos a1,85 Mg m-3 em areia franca (Figura 1.14).

FIGURA 1.22 Um meio de reduzir a compactao do solo distribuir o peso aplicado em uma maiorrea na superfcie do solo. Como exemplo podemos citar o uso de mquinas com pneus largos paraaplicao de corretivos no solo (esquerda) e a utilizao de uma tbua de madeira sob os ps parapreparao de canteiros (direita). (Fotos cortesia de R. Weil).

FIGURA 1.23 Ambos, contedo de gua edensidade do solo afetam a resistncia dosolo como medido pelo penetrmetro deresistncia. Os dados so para um horizonteBt de textura argilosa de um solo daVirginia (Hapludults), que foi severamentecompactado (densidade do solo 1,7 Mg/m3)ou no (densidade do solo 1,3 Mg/m3).Observe que a resistncia do solo diminuicom o aumento do contedo de gua e muito pouco considerada a densidade dosolo quando o solo est aproximadamentesaturado por gua. [Dados no publicados

de R. Gilker, R. Weil, e D. Krizek (2000)University of Maryland and USDA/ARS]


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1.5 Espao Poroso de Solos Miner a is

Uma das principais razes para o conhecimento da densidade o fato de que este valor pode serutilizado no clculo do espao poroso do solo. Para solos com a mesma densidade de partculas, quanto menor adensidade do solo, maior a percentagem de espao poroso (porosidade total). O Quadro 1.5 mostra a deduo dafrmula que expressa tal relao.

Fato res que in f luenc iam o Espao Poro so Tota l Para um solo ideal de textura mdia, com estrutura adequada e boas condies para o crescimento de

plantas, aproximadamente 50 % do volume ocupado por poros e deste espao poroso, metade ocupada por are metade por gua. A porosidade total possui grande variao entre solos pelas mesmas razes que a densidade.A porosidade total varia de 25 % em subsolos compactados a mais de 60 % em solos superficiais agregados ecom alto teor de matria orgnica. O manejo destinado ao solo determinante tanto na densidade, como noespao poroso total. Resultados de diversos trabalhos mostram que o cultivo tende a diminuir o espao poroso dosolo. Esta reduo normalmente associada diminuio no teor de matria orgnica do solo econsequentemente diminuio da agregao.

Tam anho dos po ros

Valores de densidade do solo determinam apenas a porosidade total. Os poros no solo possuem ampla

variedade de tamanhos e formas e o tamanho determina sua funo no solo (Figura 1.24). Os poros soclassificados de acordo com seu dimetro em macroporos, mesoporos, microporos etc. (Tabela 1.4).Simplificando, podemos separar os poros em macroporos (at 0,08 mm) e microporos (menores que 0,08 mm).

Macroporos- Permitem livre movimentao de ar e conduo de gua durante o processo de infiltrao. Sograndes o suficiente para permitir o desenvolvimento do sistema radicular e abrigar organismos de menortamanho que habitam o solo. A Figura 1.25 ilustra diferentes tipos de macroporos.

Os macroporos podem ocorrer como espaos entre partculas de areia em solos de textura grosseira.Deste modo, apesar dos solos arenosos possurem baixa porosidade total, a predominncia de macroporospermite um rpido movimento de gua e ar.

Em solos bem estruturados, os macroporos so geralmente encontrados entre as unidades estruturais.Estes poros podem ocorrer como espaos entre os agregados ou como fissuras entre blocos e/ou prismas.

Macroporos criados por razes, minhocas e outros organismos constituem um tipo muito importante deporos chamados bioporos. Os bioporos possuem, geralmente, formato tubular e podem ser contnuos, atingindoum metro de comprimento ou mais. Em alguns solos argilosos os bioporos so a forma predominante demacroporos, facilitando o desenvolvimento radicular (Tabela 1.5). Vegetaes perenes, como florestas e certasgramneas, so particularmente eficientes na criao de bioporos, aps a morte e decomposio de suas razes.

Estrutura e textura influenciam as quantidades relativas de macroporos e microporos presentes no solo.A Figura 1.26 mostra que a diminuio do teor de matria orgnica e o aumento do contedo de argila, queocorrem em profundidade em muitos perfis, so associados ao aumento da quantidade de microporos.

Microporos Ao contrrio dos macroporos, os microporos geralmente so ocupados por gua. Mesmo quandono preenchidos por gua, seu tamanho reduzido no permite uma movimentao adequada do ar no solo. Omovimento de gua nos microporos lento, e a maior parte da gua retida nestes poros no est disponvel paraas plantas. Apesar do grande volume total de poros, solos de textura fina, especialmente aqueles sem estrutura

estvel, podem possuir predominncia de microporos permitindo assim um lento movimento de gua e ar.A aerao, principalmente no subsolo, pode ser inadequada para um bom desenvolvimento radicular e

atividade microbiolgica. Enquanto os microporos de maior tamanho acomodam plos capilares emicroorganismos, os de menor tamanho (tambm chamados de ultramicroporos e criptoporos) so muitopequenos para permitir at mesmo a entrada das menores bactrias. Entretanto, podem servir como abrigos nosquais compostos orgnicos podem permanecer intocveis por sculos.


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QUADRO 1.5 CLCULO DA PERCENTAGEM DO ESPAO POROSO

A densidade do solo pode ser facilmente quantificada e a densidade de partculas, para a maioria dossolos com predominncia de minerais silicatados, pode ser assumida como 2,65 Mg m -3. Medidas diretasdo espao poroso do solo requerem utilizao de tcnicas de alto custo e grande dispndio de tempo.

Deste modo, o espao poroso pode ser mais facilmente calculado conhecendo-se a densidade do solo edensidade de partculas.

A deduo da frmula para o clculo da percentagem do espao poroso apresentada a seguir:

Ds = densidade do solo, Mg m-3 Vs = volume de slidos, m3

Dp = densidade de partculas, Mg m-3 Vp = volume de poros, m3

Ms =massa do solo, Mg Vs+Vp = volume total do solo, m3

Por definio:

P

S

S DV

M= e s

PS

S DVV

M=

+

Isolando Ms: Ms = Dp x Vs e Ms = Ds (Vs + Vp)

Portanto: Dp x Vs = Ds(Vs + Vp) eP

s

PS

S

D

D

VV

V=

+

Como: %100 =+ PS

S

VV

Vde slidos ento: % de slidos = 100

P

s

D

D

Como a % de poros + % de slidos = 100 e a % de poros = 100 % de slidos. Ento:

Espao poroso (%) = 100

100P

s

D

D

Exemplo:

Considerando o solo argiloso cultivado, localizado no Canad (Cambid) apresentado na Tabela 1.3. Adensidade do solo foi determinada como sendo 1,28 Mg m -3. Como a densidade de partculas no conhecida assumiu-se o valor aproximado para a maioria dos solos compostos por minerais silicatados(2,65 Mg m-3). Calculou-se a percentagem do espao poroso utilizando a frmula apresentadaanteriormente:

Espao poroso (%) = 100 7,513,4810010065,2

28,1==

Para certos tipos de solos, no adequado assumir uma densidade de partculas de 2,65 Mg m-3. Umsolo com alto teor de matria orgnica pode apresentar densidade de partculas menor que 2,65 Mg m-3.Do mesmo modo, um solo rico em xidos de Fe pode apresentar densidade de partculas maior do que2,65 Mg m-3 devido ao fato destes minerais apresentarem altas densidades de partculas (3,5 Mg m -3).Como exemplo, consideremos o solo argiloso do Zimbabwe (Ustalfs) descrito na Tabela 1.3. Este solopossui textura argilosa, colorao avermelhada e alto teor de xidos de ferro. A densidade de partculasfoi determinada como sendo 3,21 Mg m-3 (no mostrado na Tabela 1.4). Utilizando este valor e adensidade do solo da Tabela 1.4, pode-se calcular o espao poroso (%) da seguinte maneira:

Espao poroso (%) = 100 6,624,3710010021,3

20,1==

A alta percentagem de espao poroso apresentada um indicativo que este solo no est compactado epossui estrutura granular tpica dos solos sob vegetao natural.


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O tamanho dos poros e no seu volume total o fator importante na drenagem, aerao e outrosprocessos do solo. A estruturao e agregao de solos de textura fina melhoram aerao no apenas peloaumento do volume total, mas tambm pelo aumento da proporo de macroporos.TABELA 1.5 Classificao dos poros do solo e algumas funes de cada classe

Classe

simplificada

Classe1 Dimetro

efetivo, mm

Caractersticas e funes

Macroporos Macroporos 0,08 5+ Geralmente encontrados entre unidades estruturais;drenagem da gua gravitacional; difuso de gases;

tamanho suficiente para acomodar razes e habitat decertos animais do solo.

Microporos Mesoporos 0,03-0,08 Reteno de gua; movimento de gua por capilaridade;habitat de fungos e razes mais finas.

Microporos 0,005-0,03 Geralmente encontrados dentro das unidadesestruturais; reteno de gua disponvel s plantas e

habitat da maioria das bactrias.Ultramicroporos 0,0001-0,005 Presentes em solos argilosos; reteno de gua no

disponvel s plantas; seu tamanho exclui a maioria dos

microrganismos.Criptoporos < 0,0001 Seu tamanho exclui todos os microrganismos emolculas de maior tamanho.

1Classes e dimetro de poros, citados por Brewer (1964), Soil Science Society of America (1996).

FIGURA 1.24 Representao tridimensional de uma rede de poros emum pequeno bloco de solo no deformado da Frana (borda de 2mm decomprimento). Os poros (cores claras) exibem grande variabilidade notamanho e rea. Observe que os tubos porosos so tortuosos e que nemtodos esto conectados entre si, alguns esto isolados daqueles canaisque podem conduzir gua ou ar para dentro ou fora do solo. Isto sugere

que diminutos volumes de gua e ar podem estar aprisionados em certosbolses, assim impedindo seu movimento ascendente ou descendentenos solos. (Imagem cortesia da Dr. Isabelle Consin, INRA Unit deScience du Sol-SESCPF Centre de Recherche dOrlans Domaine deLimere, Ardon, France)

FIGURA 1.25 Diferentes tipos de poros do solo. (a) Muitos poros ocorrem como espaos deixadosentre as partculas primrias do solo. O tamanho e forma desses espaos so dependentes do tamanhoe forma das partculas primrias de areia, silte e argila e de seu arranjamento. (b) Em solosestruturados, os poros so encontrados entre as unidades estruturais. Estes poros podem ser planos,como fissuras entre unidades estruturais prismticas, ou podem ser irregulares, como aqueles

presentes entre agregados granulares. (c) Bioporos, so poros formados por organismos comominhocas, insetos e razes de plantas, podendo ser longos e algumas vezes ramificados.


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TABELA 1.6 Distribuio de diferentes tamanhos de razes de Pinus na matriz do solo e em bioporos na camadasuperficial em um Ultissolo (Carolina do Sul).

Os bioporos (canais radiculares) possuam geralmente 1 a 5 cm de dimetro e eram preenchidos com solo

superficial solto e matria orgnica em decomposio. Eles facilitaram a penetrao radicular e possuam

melhor fertilidade e aerao do que a matriz do solo ao redor.

Nmero de razes por m2 de solo

Tamanho das razes,dimetro

Matriz dosolo

Bioporos Aumento comparativo na densidade derazes nos bioporos

Razes finas 20 mm 3 155 98

Calculado de Parker e Van Lear (1996)

FIGURA 1.26 Distribuio de matria

orgnica, silte, argila, areia, macroporos emicroporos em um solo franco-arenoso (a) eem dois solos franco-siltosos, com boaestruturao (b) e com m estruturao (c). Ossolos franco-siltosos possuem maior espaoporoso total que o franco-arenoso, porm, osolo franco-siltoso com m estruturaopossui menor volume de macroporos que osoutros solos. Observe que em maioresprofundidades, nos solos franco-siltosos, cercade um tero da frao mineral composta porargila, o suficiente para caracteriz-los comofranco argilosos.


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Cu l t i vo e Tam anho de Po rosCultivo contnuo, em solos originalmente com altos teores de matria orgnica, geralmente resulta em

reduo da macroporosidade (Tabela 1.7 e Figura 1.27) ilustram claramente este efeito. Quando florestas nativasso aradas e plantadas para colheita de milho e soja, por exemplo, o contedo de matria orgnica e o espaoporoso total reduzem significativamente. Porm, relevante o efeito do cultivo no tamanho dos poros do solo.

Como o cultivo reduz drasticamente a macroporosidade, torna-se muito crtica as trocas gasosas no solo.Atualmente, prticas de manejo conservacionista que minimizam o cultivo e outras manipulaes do

solo tm sido adotadas. Devido ao acmulo de matria orgnica prximo superfcie do solo e odesenvolvimento de uma rede de canais (especialmente bioporos), alguns sistemas conservacionistas aumentama macroporosidade nas camadas superficiais. Estes benefcios so particularmente observados em solos comgrande atividade de minhocas, que produzem canais que permanecem inalterados na ausncia de cultivo. Taismelhorias na porosidade nem sempre so observadas. Em alguns casos, uma menor quantidade de espao porosotm sido observada em solos sob cultivo conservacionista do que sob cultivo convencional, ocasionandoproblemas em solos com m drenagem interna.

1.6 Form ao e Es tab i l i zao dos Agregados d o So lo

A formao e manuteno de um alto grau de agregao do solo uma das mais importantes e difceis

tarefas no manejo do solo. A formao de agregados na superfcie provoca diminuio da densidade e aumentoda macroporosidade.

Alguns agregados so destrudos pelo impacto das gotas de chuva e pelo preparo do solo. Outrosresistem desintegrao, tornando mais fcil a manuteno da estrutura do solo. Geralmente, os agregados demenor tamanho so mais estveis, sendo mais difcil a manuteno dos agregados de maior tamanho.

Os meios prticos de manejo da estrutura do solo sero discutidos aps serem considerados os fatoresresponsveis pela formao e estabilidade dos agregados. Como estes fatores operam simultaneamente, difcilcaracterizar separadamente seus efeitos na estabilidade dos agregados do solo.

FIGURA 1.27 Agregados de um Mollisol em Iowa somais estveis sob vegetao nativa de pradaria do quequando cultivado por culturas que tm sidoestabelecidas por 90 anos. Neste estudo, as amostras desolo foram colhidas de uma rea de pradaria e de doiscampos vizinhos, onde milho ou soja tinham sidoplantados a pelo menos um ano. Diferenas no manejoanterior podem em parte contribuir para as diferenasentre os campos de milho e soja, mas o solo de ambasas culturas apresentam distintos colapsos de agregadoscomparados com o de reas de gramado nativo.[Desenhado dos dados de Martens (2000)]

TABELA 1.7 Efeito de 50 anos de cultivo contnuo sobre a macroporosidade e microporosidade de umVertissolo de textura fina (Texas).Comparado ao solo no perturbado, o solo cultivado apresentou menor macroporosidade e um aumento da

microporosidade devida destruio dos agregados, transformando os poros presentes entre as unidades estruturais em

microporos. A diminuio da macroporosidade provavelmente resultado da perda de matria orgnica do solo.

Solo Matria

Orgnica, %

Porosidade

total, %

Macroporosidade

%

Microporosidade

%

Densidade do

solo, Mg m-3

0-15 cm de profundidade

no perturbado 5,6 58,3 32,7 25,6 1,1150 anos de cultivo 2,9 50,2 16 34,2 1,33

15-30 cm de profundidade

no perturbado 4,2 56,1 27 29,1 1,1650 anos de cultivo 2,8 50,7 14,7 36,0 1,31

Dados de Laws e Evans (1949).


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Organizao H ierrq u ica dos Agregados do So lo

Os agregados de maior tamanho (>1mm), desejveis no manejo do solo, so formados por agregadosmenores, que por sua vez so compostos por agregados ainda menores at agrupamentos de argila e hmusmenores que 0,001 mm. Pode-se facilmente demonstrar a existncia de uma hierarquia de agregaoselecionando alguns agregados de maior tamanho e separando-os cuidadosamente em agregados de menor

tamanho at a obteno do menor agregado possvel, em seguida esfregando estes agregados entre o polegar e oindicador. Muitos destes se dividiro em agregados ainda menores, compostos por silte, argila e hmus. Aorganizao hierrquica dos agregados (Figura 1.28) parece ser uma caracterstica da maioria dos solos, comexceo de certos Oxissolos e alguns Entissolos jovens. Em cada nvel hierrquico, diferentes fatores soresponsveis pela agregao das sub unidades.

Fato res qu e A fe tam a Form ao e Estab i l i dade dos Agregados Processos biolgicos e fsico-qumicos (abiticos) esto envolvidos na formao dos agregados do solo.

Os processos fsico-qumicos tendem a ser mais importante nos agregados de menor tamanho, enquanto que osprocessos biolgicos nos maiores. Alm disso, os processos fsico-qumicos de agregao esto principalmenteassociados frao argila, possuindo assim maior importncia em solos de textura fina. Em solos arenosos, compouco contedo de argila, a agregao dependente, principalmente, dos processos biolgicos.

(a) (b) (c) (d)

FIGURA 1.28 Agregados de maior tamanho so normalmente compostos de aglomeraes de agregados demenor tamanho. A ilustrao mostra quatro nveis hierrquicos de agregao no solo. Diferentes fatoresresponsveis pela agregao em cada nvel so indicados. (a) Um macroagregado composto por muitosmicroagregados unidos principalmente por uma rede de hifas de fungos e razes finas. (b) Um microagregado,consistindo principalmente de partculas de areia fina e pequenos aglomerados de silte, argila e substnciasorgnicas unidas por plos radiculares, hifas de fungos e gomas produzidas por microrganismos. (c) Umsubmicroagregado consistindo de partculas finas de silte cobertas com matria orgnica e pequenas partes deplantas e microorganismos, cobertas com arranjamentos ainda menores de argila, hmus, e xidos de Fe ou Al.(d) Aglomerados de partculas de argila interagindo com xidos de Fe ou Al e polmeros orgnicos na menorescala. Estes aglomerados organo-arglicos so ligados s superfcies das partculas de hmus e partculas

minerais de menor tamanho.Processos f s ico-qum icos

Os dois mais importantes processos fsico-qumicos so (1) coeso entre partculas de argila e (2) expanso econtrao de solos argilosos.

Floculao das argilas e funo dos ctions adsorvidos - Exceto em solos muito arenosos, que sopraticamente isentos de argila, o processo de agregao se inicia com a floculao das partculas de argila emagregados microscpicos (Figura 1.29). A floculao pode ser explicada pelo fato da maior parte das partculasde argila possurem superfcies carregadas com cargas negativas que normalmente atraem um grande grupo dections da soluo do solo. Se duas partculas de argila aproximarem-se o suficiente, ctions comprimidos nacamada entre elas atrairo as cargas negativas das duas partculas, servindo assim como uma ponte, que mantmas partculas unidas. Este processo repetido at que um pequeno conjunto de partculas paralelas de argila seja

formado. Outros agrupamentos de argila so formados por partculas orientadas ao acaso. Estes tipos soformados quando as cargas positivas nas bordas das partculas de argila atraem as cargas negativas nassuperfcies planas destas partculas (Figura 1.29). As partculas de argila interagindo com os colides orgnicos


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(hmus) eletricamente carregados formam pontes que os unem s partculas de silte (principalmente quartzo),criando o menor grupo na escala hierrquica de agregao do solo (Figura 1.28d). O poder floculante de ctionspolivalentes (ex: Ca2+, Fe2+ , Al3+) e hmus so responsveis pela estabilidade em longo prazo dosmicroagregados menores (


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individuais do solo e os pequenos microagregados em aglomerados maiores denominados macroagregados(Figura 1.10a). Os fungos associados a razes de plantas (denominados micorrizas) so particularmente eficientesem proporcionar este tipo de estabilidade aos agregados maiores em curto prazo, pois secretam protenasdenominadas glomulinas, que so eficientes como agente cimentante (Figura 1.30 e Quadro 1.6).

As bactrias tambm produzem polissacardeos e outras gomas orgnicas medida que elasdecompem os resduos de plantas. Os polissacardeos bacterianos so mostrados misturados com partculas de

argila em uma escala muito pequena (Figura 1.31). Muitas destas razes e gomas orgnicas produzidas pormicrorganismos so resistentes dissoluo pela ao da gua e no apenas aumentam a formao dosagregados do solo como tambm asseguram sua estabilidade por perodos de meses at anos. Estes processos somais observados em solos superficiais, onde a atividade de razes, animais, e a acumulao de matria orgnicaso maiores.

FIGURA 1.30 Hifas de fungos unindopartculas de solo em agregados (a)viso microscpica de uma hifacrescendo sobre a superfcie de umapartcula mineral incrustada comclulas microbianas e fragmentos(barra = 10 m). (b) Um estgio deagregao avanado durante aformao de um solo de dunasarenosas. Note a rede de hifas defungos e os gros minerais incrustadoscom fragmentos orgnicos (barra = 50m). (c) Hifas de fungos do gneroGigaspora associadas a razes deplantas, unindo partculas de um solofranco arenoso do Oregon. Observetambm o esporo do fungo e a raiz daplanta (barra = 320 m). (Fotos (a) e(b) cortesia de Sharon L. Rose,Willanette University; foto (c) cortesiade R.P. Scheiner, USDA-ARS,Corvallis, Oregon).


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QUADRO 1.6 AGREGADOS DO SOLO E FUNGOS MICORZICOS

A influncia favorvel dos microrganismos do solo, e especialmente dos fungos, sobre a formao eestabilidade dos agregados do solo h muito conhecida. Entretanto, ns estamos ainda desvendando osmecanismos especficos pelos quais esses efeitos favorveis se manifestam. Uma das descobertas relata

os efeitos da agregao e estabilizao da glomalina, uma glicoprotena que secretada por hifas defungos micorzicos. Estes organismos vivem num estado de simbiose com as razes de muitas plantas,incluindo diversas espcies de rvores. Os grficos seguintes apresentam a relao entre contedo deglomalina e estabilidade de agregado.

Observe a elevada estabilidade de agregados e contedo de glomalina numa pastagemassinalados e um baixo nvel de cada cultivo marcado (anualmente arados). O solo deste experimento foium Ultisol, embora os efeitos semelhantes da glomalina tem sido notados sobre outros solos de regiestemperadas.

O nvel de dixido de carbono na atmosfera afeta os nveis de glomalina e a formao deagregados. O resultado de um estudo no sudeste da Califrnia ilustra esta relao.

Aparentemente, alto teor de CO2 atmosfrico estimula o desenvolvimento das razes das plantas,que, por seu turno, aumentam o incremento de associaes com fungos micorzicos que produzemglomalina. Aumento no contedo de dixido de carbono na atmosfera nas ltimas dcadas pode ter tidoalguma influncia sobre a formao de agregados nos solos.Fontes dos grficos: Superior, Wright, et al.(1999). Inferior, desenhado dos dados de Rillig, et al.(1999).


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Influncia da matria orgnica. Em muitos solos, a matria orgnica o principal agente responsvel pelaformao e estabilidade dos agregados (Figura 1.32). Em primeiro lugar, a matria orgnica fornece substratoenergtico que torna possvel a atividade de fungos, bactrias e animais do solo. Segundo, medida que osresduos orgnicos so decompostos, formam-se gel e outros produtos viscosos que juntamente com bactrias efungos associados estimulam a formao de agregados. Os exsudados orgnicos das razes das plantas tambmparticipam da formao dos agregados.

Produtos da decomposio orgnica, tais como polmeros complexos, interagem quimicamente compartculas de argilas silicatadas e xidos de ferro e alumnio. Estes compostos orientam as partculas de argilaformando pontes entre elas, unindo-as em agregados estveis em gua.

Durante o processo de agregao, as partculas minerais do solo (silte e areia fina) so cobertas comresduos decompostos de plantas e outros materiais orgnicos. Mesmo na menor escala, partculas microscpicasde resduos decompostos de hmus se misturam com partculas de argila. Os complexos organomineraisresultantes promovem a formao de agregados. A Figura 1.31 mostra uma evidncia direta dos complexosorganominerais na unio de partculas do solo.

Figura 1.31 Uma seoultrafina mostrando asinteraes entre materiais

orgnicos e argilas silicatadasem um agregado estvel emgua. Os materiais de coloraoescura (C) so grupos departculas de

apostila fisica do solo

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