composiÇÃo do meurer, e.j. (ed.). fundamentos solo … · rochas ígneas e metamórficas b)...

01/03/2017

GÊNESE, MORFOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS - UFPR - PROF. MARCELO RICARDO DE LIMA 1

NOÇÕES DE

COMPOSIÇÃO DO

SOLO Aula ministrada pelo Prof. Marcelo Ricardo de Lima, do Departamento de Solos e Engenharia Agrícola da Universidade Federal do Paraná.

BIBLIOGRAFIA OBRIGATÓRIA

MEURER, E.J. (Ed.). Fundamentos de química do solo. 3. ed. Porto Alegre: Evangraf, 2006. p. 18-21, 31-53, 63-81, 91-95.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

KÄMPF, N.; MARQUES, J.J.; CURI, N. Mineralogia dos solos brasileiros. In: KER, J.C.; CURI, N.; SCHAEFER, C.E.G.R.; VIDAL-TORRADO, P. (Eds.). Pedologia: fundamentos. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2012. p. 81-145.

LEPSCH, I. Dezenove lições de pedologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. Capítulos 2, 4, 5, 6 e 8.

COMPOSIÇÃO DO SOLO COMPONENTES DO SOLO

FASE SÓLIDA

MATÉRIA MINERAL

a) Minerais primários: provenientes das rochas ígneas e metamórficas

b) Minerais secundários: provenientes da alteração dos minerais primários

MATÉRIA

ORGÂNICA

a) Viva: raízes, microorganismos, fauna do solo

b) Morta: restos de animais e vegetais decompostos ou em decomposição

FASE LÍQUIDA

SOLUÇÃO DO SOLO

Água do solo + íons orgânicos e inorgânicos em solução

FASE GASOSA

AR DO SOLO

O2, CO2, N2, vapor d´água, e outros gases

Ar do solo

37%Matéria

orgânica

2%

Minerais

51%

Solução do

solo

10%

Solução do

solo

39%

Ar do solo

35%

Matéria

orgânica

8%

Minerais

18%

Solo 01

Solo 02

SÓLIDOS DO SOLO

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Classificação dos sólidos do solo quanto ao tamanho das partículas (granulometria):

a) Esqueleto do solo (ø > 2mm)

b) Terra fina (ø < 2mm)

Matacão (> 20 cm)

Calhaus (2 a 20 cm)

Cascalho (0,2 a 2 cm)

ESQUELETO DO SOLO {

Este solo tem grande quantidade de cascalho e calhaus

Este solo tem grande

quantidade de calhaus

Este solo tem grande

quantidade de calhaus e matacão

Areia (0,05 a 2 mm)

Silte (0,002 a 0,05 mm)

Argila (<0,002 mm) { TERRA

FINA

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Tamanho relativo das partículas de areia, silte e argila

Areia

Silte

Argila Menos que

Este é um solo que tem

bastante areia, mas também tem argila e

silte

Em muitos lugares do

planeta a areia é escura, devido

a sua mineralogia

Imagem de partícula de argila obtida através de microscopia eletrônica

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Este é um solo que tem

bastante argila, mas também tem areia e

silte

Matéria orgânica

Minerais

SÓLIDOS

DO SOLO { MINERAIS DO SOLO

ROCHA MINERAIS PRIMÁRIOS

Exemplo: Granito (rocha)

Feldspato

(rosado)

Quartzo

(claro)

Mica

(preto)

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INTEMPERISMO

FÍSICO E QUÍMICO ROCHA MINERAIS PRIMÁRIOS

SOLO

MINERAIS SECUNDÁRIOS

MINERAIS PRIMÁRIOS

ÍONS

Intemperismo do basalto, com a formação de minerais secundários

Minerais primários

Minerais primários e secundários

Conforme a origem os minerais do solo são classificados em:

a) Minerais primários

b) Minerais secundários


a) Minerais primários: são minerais remanescentes de rochas ígneas ou metamórficas, que podem permanecer no perfil dos solos intemperizados (velhos) se forem resistentes


a) Minerais primários: normalmente são encontrados na fração areia do solo

Ampliação da fração areia de um solo no qual predomina o quartzo, mas se observa a presença de outros minerais primários

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b) Minerais secundários: são resultantes da decomposição parcial de outro mineral, ou formados a partir de produtos de solubilização de outros minerais


b) Minerais secundários: normalmente são encontrados na fração argila do solo

MINERAIS

SILICATOS (tem Si)

NÃO SILICATOS

(não tem Si)

MINERAIS

SILICATOS (tem Si)

NÃO SILICATOS

(não tem Si)

MINERAIS NÃO SILICATOS

HALETOS (Sais com Cl,F,I,Br)

Ex.: Halita (NaCl)

Silvinita (KCl)

Fluorita (CaF)

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FLUORITA

SILVINITA


SULFATOS

Exemplo: Gipsita (CaSO3)

GIPSITA


CARBONATOS E NITRATOS

Ex.: Calcita (CaCO3)

Dolomita (CaMg(CO3)2)

Magnesita (MgCO3)

Salitres (NaNO3 e KNO3)

CALCITA MAGNESITA

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SULFETOS

Ex.: Pirita (FeS2)

Blenda (ZnS)

Galena (PbS).

PIRITA


ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS

Ex.: Anatásio (TiO2)

Coríndon(Al2O3)

Hematita (Fe2O3)

Magnetita (Fe3O4)

Goetita (Fe2O3.H2O)

Brucita (Mg(OH)2)

Gibsita (Al(OH)3)

HEMATITA

MAGNETITA GOETITA

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FOSFATOS

Ex.: Vivianita

Variscita

Apatitas APATITA


BORATOS

Ex.: Bórax (Na2B4O7 . 10H2O)

BÓRAX

MINERAIS

SILICATOS (tem Si)

NÃO SILICATOS

(não tem Si)

SILICATOS

•São formados basicamente pela combinação de átomos de silício e oxigênio.

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TETRAEDRO DE SILÍCIO

(estrutura básica dos silicatos)



1 Si+4 = 1 x (+4) = +4

4 O-2 = 4 x (-2) = -8

-4

SILICATOS

a) NESOSSILICATOS (NESO = ILHA)

Exemplo: Olivina (Mg, Fe)2SiO4) , Granada, Topázio

OLIVINA

OLIVINA: é um mineral com estabilidade muito baixa no solo.

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SILICATOS

b) SOROSSILICATOS (SORO = PAR)

Ex.: melilitas, epidoto

HEMIMORFITA

SILICATOS

c) INOSSILICATOS (INO = CORRENTE)

Exemplo: Piroxênios, Anfibólios. PIROXÊNIO (augita)

PIROXÊNIOS E ANFIBÓLIOS: são minerais que fornecem Ca e Mg quando intemperizados, e contribuem para a formação de solos mais férteis.

SILICATOS

d) CICLOSSILICATOS (CICLO = CÍRCULOS)

Exemplo: Turmalina, Berilo.

http://mineral.galleries.com/minerals/silicate/hemimorp/hemimorp.jpg

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TURMALINA

SILICATOS

e) TECTOSSILICATOS (TECTO = ENGRADAMENTO): formam estruturas tridimensionais

SILICATOS

e) TECTOSSILICATOS (TECTO = ENGRADAMENTO)

Exemplos: Quartzo, Feldspatos

QUARTZO

QUARTZO: é um mineral de difícil intemperização, permanecendo nas frações areia e silte dos solos.

Teor no solo depende do material de origem

Solo com predominância de

quartzo

http://mineral.galleries.com/minerals/silicate/schorl/schorl.htm

http://mineral.galleries.com/minerals/gemstone/rock_cry/roc-65.jpg

http://mineral.galleries.com/minerals/gemstone/rock_cry/roc-65.jpg

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Imagem ampliada da fração areia de um solo na qual predomina o quartzo

FELDSPATO

FELDSPATO

FELDSPATOS: são minerais com intemperização mais fácil que o quartzo, liberando K e Ca para o solo ao se intemperizar.

SILICATOS

f) FILOSSILICATOS (FILO = LÂMINA)

Exemplo: Talco, Serpentina, Micas, Caulinita, Montmorilonita, Ilita, Vermiculita.

MICAS

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MICAS: a biotita tem fácil intemperização e libera K, enquanto a muscovita tem decomposição mais difícil.

Os principais minerais da fração argila do solo são:

Argilominerais (filossilicatos)

Oxihidróxidos

ARGILOMINERAIS ARGILOMINERAIS

São silicatos formados pela superposição de lâminas tetraedrais e octaedrais, que ocorrem predominantemente na fração argila

TETRAEDRO DE SILÍCIO (estrutura básica dos argilominerais)

TETRAEDRO DE SILÍCIO (estrutura básica dos argilominerais)

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1 Si+4 = 1 x (+4) = +4

4 O-2 = 4 x (-2) = -8

-4

TETRAEDROS DE SILÍCIO (estruturas básicas dos argilominerais)

OCTAEDRO DE ALUMÍNIO (estrutura básica dos argilominerais)

OCTAEDRO DE ALUMÍNIO (estrutura básica dos argilominerais)

ARGILOMINERAIS

1:1

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Argilomineral 1:1

Si

Al

O

H

Argilomineral 1:1

Lâmina octaedral

Lâmina tetraedral

Representação esquemática de argilomineral 1:1

LÂMINA TETRAEDRAL (Si, O)


LÂMINA OCTAEDRAL (Al, O, H)





Vários tetraedros de Si

Vários octaedros de Al

Argilomineral 1:1 não expansivo (caulinita)

Argilomineral 1:1

d= distância basal









d= distância basal

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ARGILOMINERAIS 1:1

1:1 •Não expansivos: Caulinita,Haloisita.

CAULINITA

•Argilomineral 1:1

Mineral 1:1 não expansivo (caulinita)

Lâmina octaedral

Lâmina tetraedral

CAULINITA


•Distância basal (d) = 0,72 nm








d= distância basal=0,72 nm

CAULINITA


•Não expansivo


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CAULINITA


•Não expansivo


•Al2Si2O5(OH)4

Mineral 1:1 não expansivo (caulinita)

Si

Al

O

H

CAULINITA

Al2Si2O5(OH)4

2 Al+3 = 2 x (+3) = +6

2 Si+4 = 2 x (+4) = +8

9 O-2 = 9 x (-2) = -18

4 H+1 = 4 x (+1) = +4

0

CAULINITA


•Não expansivo


•Al2Si2O5(OH)4

•É o principal argilomineral dos solos ácidos das regiões tropicais e subtropicais úmidas

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CAULINITA

•Apresenta cargas na superfície lateral

Superfície lateral da caulinita

- -

-

- - -

- -

CAULINITA


•ASE = 5 a 30 m2/g

ASE = área superficial específica

CAULINITA


•CTC = 1 a 5 cmolc/kg

CTC = capacidade de troca de cátions

HALOISITA


•Morfologia tubular ou esférica

•Al2Si2O5.4H2O


ARGILOMINERAIS

2:1

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O

Si

Al

Argilomineral 2:1

Lâmina octaedral

Lâmina tetraedral

Lâmina tetraedral

Argilomineral 2:1









Vários octaedros de Al









d= distância basal

ARGILOMINERAIS 2:1

2:1

•Não expansivos

(distância basal fixa)

•Expansivos

(distância basal variável)

ARGILOMINERAIS 2:1

2:1

•Não expansivos: Micas, Ilita, Clorita

•Expansivos: Vermiculita, Esmectitas

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MICAS

•Argilominerais 2:1 não expansivos

MICAS

•Presença de K+ entre as camadas


MICAS

•Biotita: K(Mg+2,Fe+2)3(Si3Al)O10(OH)2

•Muscovita: KAl2(Si3Al)O10(OH)2

O

Si

Al

O, OH O, OH

O

Si

Fe, Mg

Muscovita Biotita







K+ K+ K+ K+ K+

MICAS - Muscovita



LÂMINA OCTAEDRAL (Fe, Mg, O, H)



LÂMINA OCTAEDRAL (Fe, Mg, O, H)

K+ K+ K+ K+ K+

MICAS - Biotita

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MICAS

•Presença de K+ entre as camadas


•d= 1,0 nm







d= distância basal= 1,0 nm

K+ K+ K+ K+ K+

MICAS

•As micas apresentam substituição isomórfica nos tetraedros (Al+3 substitui parcialmente o Si+4)

O

Si ou Al

Al

MICAS

•As micas apresentam substituição isomórfica nos tetraedros (Al+3 substitui parcialmente o Si+4)

• CTC = 20 a 50 cmolc/kg

ILITA

•Resultante da alteração das micas (saída parcial do K+)

• CTC = 5 a 15 cmolc/kg

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CLORITA

• Similar à mica, porém com uma lâmina hidróxido entrecamada, constituída por Mg(OH)2 ou Al(OH)3

• CTC = 10 a 40 cmolc/kg Lâmina

octaedral

Lâmina tetraedral

Lâmina tetraedral

Lâmina tetraedral

Al(OH)3

VERMICULITA

•d= 1,0 a 1,5 nm

•Argilomineral 2:1 expansivo















Água

VERMICULITA

•Ocorre substituição isomórfica parcial nos tetraedros (Al+3 substitui parcialmente o Si+4)

•d= 1,0 a 1,5 nm


01/03/2017


O

Si ou Al

Al

VERMICULITA

•Ocorre substituição isomórfica parcial nos tetraedros

•d= 1,0 a 1,5 nm


•Confere elevada plasticidade e pegajosidade ao solo

VERMICULITA


•ASE = 750 m2/g



LÂMINA OCTAEDRAL (Al, O, H) -

-

- -

- - - -

- - - - - -

- -




-

- -

- - - -

- - - - - -

- -




-

- -

- - - -

- - - - - -

- -




-

- -

- - - -

- - - - - -

- -

K+

Ca+2

Mg+2

K+

Ca+2

Mg+2

K+

Ca+2

K+

Mg+2

Ca+2

VERMICULITA

•Pode reter o K+


•ASE = 750 m2/g

•Ocorre em solos pouco intemperizados (jovens)

•Em solos intemperizados pode ocorrem a VHE

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ESMECTITAS

•d= 1,0 a 2,0 nm

•Argilominerais 2:1 expansivos















Água

Mineral 2:1 expansivo (esmectita)

ESMECTITAS

•d= 1,0 a 2,0 nm

•Mais comum: montmorilonita

•Argilominerais 2:1 expansivos

ESMECTITAS

•Apresentam substituição isomórfica parcial na lâmina octaedral (Mg+2 substitui parcialmente o Al+3)

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O

Si

Al ou cátion divalente

ESMECTITAS

•ASE= 800 m2/g



ESMECTITAS

•CTC= 50 a 160 cmolc/kg

•ASE= 800 m2/g




-

- -

- - -

-

- -

- - - -

- -




-

- -

- - -

-

- -

- - - -

- -

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-

- -

- - -

-

- -

- - - -

- -




-

- -

- - -

-

- -

- - - -

- -

K+

Ca+2

Mg+2

K+

Ca+2

Mg+2

K+

Ca+2

K+

Mg+2

Ca+2

ESMECTITAS

•Confere elevada plasticidade, pegajosidade, fendilhamento e dureza aos solos

•CTC= 80 a 120 cmolc/kg

•ASE= 800 m2/g

Solo com predominância de

esmectitas

ESMECTITAS

•Confere elevada plasticidade, pegajosidade, fendilhamento e dureza aos solos

•CTC= 150 cmolc/kg

•ASE= 800 m2/g

•Ocorre em solos pouco intemperizados (jovens)

MINERAIS 2:1 HE

•Vermiculitas (VHE) ou esmectitas (EHE) com intercalação de AlOH na entrecamadas.

•Este aspecto reduz a ASE, CTC, expansão e contração.

ARGILOMINERAIS INTERESTRATIFICADOS

•Apresentam simultaneamente estruturas de dois ou mais minerais distintos

•Exemplos: mica-ilita, mica-ilita-vermiculita, etc.

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ALUMINOSSILICATOS MAL CRISTALIZADOS

•Dominantes em solos desenvolvidos de cinzas vulcânicas

•Principais: alofana, imogolita

•CTC até 100 cmolc/kg

•Elevada fixação de ânions

Os principais minerais da fração argila do solo são:

Argilominerais (filossilicatos)

Oxihidróxidos

OXIHIDRÓXIDOS

PRINCIPAIS OXIHIDRÓXIDOS

•Mn: Birnesita, Litioforita

•Al: Gibsita

•Fe: Goetita, Hematita, Lepidocrocita, Maghemita, Magnetita.

•Ti: Anatásio, Rutilo

ÓXIDOS DE Fe

•Conferem cores vermelhas, amarelas, alaranjadas, brunadas ao solo (indicam condições de formação do solo)

ÓXIDOS DE Fe

•Teor de óxidos de Fe varia no solo conforme o material de origem

•Exemplo: 40 g/kg (solos formados de arenitos) até 450 g/kg (solos formados de itabirito)

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ÓXIDOS DE Fe

•Podem ocorrer distribuídos no perfil de solo, ou concentrados na forma de plintita, concreções ou laterita.

ÓXIDOS DE Fe

•Apresentam carga variável

pH cargas negativas

pH cargas positivas

ÓXIDOS DE Fe

•CTC muito baixa

•São agentes de estabilidade estrutural no solo

•Promovem retenção de P

ÓXIDOS DE Fe: Goetita

• a-FeOOH

Goetita (em microscopia eletrônica) ÓXIDOS DE Fe: Goetita

• a-FeOOH

•Confere cores amarelas aos solos.

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Solo com ocorrência de

goetita

ÓXIDOS DE Fe: Goetita

• a-FeOOH

•Presente em condições frias e/ou úmidas, com elevado teor de matéria orgânica e baixo pH

•Confere cores amarelas aos solos.

ÓXIDOS DE Fe: Hematita

• a-Fe2O3

•Confere cores vermelhas aos aos solos.

Solo com ocorrência de hematita

ÓXIDOS DE Fe: Hematita

• a-Fe2O3

•Usual em solos tropicais.

•Confere cores vermelhas aos aos solos.

ÓXIDOS DE Fe: Magnetita

•Fe3O4

•Apresenta atração magnética

•Normalmente é um mineral primário

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Solo+água

Imã

ÓXIDOS DE Fe: Lepidocrocita

• -FeOOH

•Presente em alguns solos hidromórficos, na forma de mosqueados (manchas) alaranjados.

ÓXIDOS DE Fe: Maghemita

• -Fe2O3

•Confere cor vermelha ao solo

•Presente em solos tropicais

•Apresenta atração magnética

Cores dos óxidos de ferro

ÓXIDOS DE MANGANÊS

• Mais comuns são:

Birnessita e litioforita

•Podem conter Co, Cu, Zn, Mo.

•Adsorvem fortemente elementos poluentes como Pb e Cd.

ÓXIDOS DE Al

• Principal: gibsita (-Al(OH)3)

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Gibsita (estrutura) Gibsita (em microscopia eletrônica)

ÓXIDOS DE Al


•Apresenta carga variável (+ ou -) conforme o pH

•CTC muito baixa

ÓXIDOS DE Al


•Formam-se em solos muito intemperizados (velhos) e dessilicatados (que perderam Si)

Matéria orgânica

Minerais

SÓLIDOS

DO SOLO { MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO

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MATÉRIA ORGÂNICA

•VIVA (Biomassa)

•MORTA (liteira, fração leve, substâncias húmicas e não húmicas)

VIVA (2 a 5% da m.o. do solo)

•Microorganismos (60-80%)

(Fungos, bactérias, vírus)

•Fauna (15-30%)

(microfauna: protozoários, nematóides)

(mesofauna: ácaros)

(macrofauna: minhocas, térmitas)

•Raízes (5-10%)

MORTA

•Resíduos orgânicos (não decomposta) e “fração leve” •Substâncias não húmicas (compostos de baixo peso molecular)

•Substâncias húmicas (ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, humina)

ANIMAIS VEGETAIS

MATÉRIA ORGÂNICA NÃO DECOMPOSTA

ANIMAIS VEGETAIS


Liteira

http://images.google.com.br/imgres?imgurl=wwwalu.por.ulusiada.pt/~21529800/arvore derrubada.jpg&imgrefurl=http://wwwalu.por.ulusiada.pt/~21529800/pagina3.htm&h=865&w=585&sz=144&tbnid=1wj-rinbZCkJ:&tbnh=143&tbnw=97&prev=/images?q%3D%C3%A1rvore%2Bderru

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ANIMAIS VEGETAIS

ORGANISMOS DO SOLO

CO2 H20 Energia Nutrientes

A MINERALIZAÇÃO é a decomposição da matéria orgânica em compostos inorgânicos (CO2, água, e nutrientes inorgânicos).


ANIMAIS VEGETAIS

ORGANISMOS DO SOLO

CO2 Húmus H20 Energia Nutrientes

O HÚMUS consiste de uma série de substâncias ácidas, de elevado peso molecular, contendo vários grupos funcionais ativos (carboxílicos, fenólicos, carbomil, amino, etc.) que permitem sua reação com outros colóides do solo (KER et al., 1997)

A HUMIFICAÇÃO é a formação de húmus promovida pelos organismos do solo à partir da matéria orgânica em decomposição.

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a) Fonte de nutrientes: a M.O. libera nutrientes ao ser mineralizada (principalmente N, S, P)

PROCESSOS QUÍMICOS DO SOLO AFETADOS PELA

MATÉRIA ORGÂNICA

b) Troca de cátions: a M.O. aumenta capacidade do solo em armazenar cátions (Ca+2, Mg+2, K+, etc.)


MATÉRIA ORGÂNICA

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c) Poder de tamponamento da acidez: a M.O. aumenta resistência do solo a mudanças do pH


MATÉRIA ORGÂNICA

d) Complexação de metais: a formação de quelatos pode aumentar a solubilidade de alguns micronutrientes (Zn+2, Cu+2, Mn+2)


MATÉRIA ORGÂNICA

e) A M.O. reage com outras moléculas orgânicas (como agrotóxicos, resíduos urbanos e industriais, etc.)

PROCESSO QUÍMICOS DO SOLO AFETADOS PELA MATÉRIA ORGÂNICA

PROCESSOS FÍSICOS DO SOLO AFETADOS PELA MATÉRIA ORGÂNICA

a) Atua como agente cimentante das unidades estruturais

b) Promove aumento na infiltração e retenção de água do solo


c) Confere cores escuras ao solo


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d) Reduz a dureza e pegajosidade do solo

PROCESSO FÍSICOS DO SOLO AFETADOS PELA MATÉRIA ORGÂNICA

e) Reduz a erodibilidade do solo


a) Fonte de energia e nutrientes para os microorganismos do solo

PROCESSOS BIOLÓGICOS DO SOLO AFETADOS PELA

MATÉRIA ORGÂNICA

a) Fonte de energia e nutrientes para os microorganismos do solo

b) Atividade enzimática

c) Desenvolvimento de plantas (fitohormônios, compostos tóxicos)

PROCESSOS BIOLÓGICOS DO SOLO AFETADOS PELA

MATÉRIA ORGÂNICA

ESPAÇO POROSO DO

SOLO

POROSIDADE DO SOLO

A porosidade total (Pt) é o volume do solo ocupado pelo espaço poroso

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POROSIDADE DO SOLO

POROS DO SOLO

MACROPOROS

(poros>0,05 mm)

MICROPOROS

(poros<0,05 mm)

Poros visíveis

Imagem dos microporos do solo com microscópio eletrônico

•Solução do solo (fase líquida)

•Ar do solo (fase gasosa)

ESPAÇO POROSO DO

SOLO {

SOLUÇÃO DO SOLO

SOLUÇÃO DO SOLO

SOLUÇÃO DO SOLO = água + íons inorgânicos e

orgânicos

•A solução do solo ocupa o espaço poroso do solo, principalmente os microporos.

•As plantas absorvem a água e os nutrientes essenciais da solução do solo.

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SOLUÇÃO DO SOLO

SOLUÇÃO DO SOLO

•Os principais íons encontrados na solução do solo são: Ca+2, Mg+2, K+, Na+, NH4

+, Al+3, H+, NO3-, SO4

=, Cl-, HCO3

- e CO3=

• Em geral a concentração de íons na solução é menor que 10-2 mol dm-3

• Na solução do solo também há o chamado Carbono Orgânico Dissolvido (COD)

AR DO SOLO

AR DO SOLO

Ar do solo: ocupa o espaço poroso do solo, principalmente os macroporos

composiÇÃo do meurer, e.j. (ed.). fundamentos solo … · rochas ígneas e metamórficas b)...

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