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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS

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  1. CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS DOS SOLOS

  2. Perfil do solo Regolito

  3. Morfologia • descrição da aparência do solo visível a olho nu • “anatomia do solo” • descrição a campo • completada com as análises em laboratório • Atributos observados na descrição morfológica do perfil: • cor • textura • estrutura • consistência • espessura dos horizontes • porosidade

  4. Física do solo: • Textura • Relação de massa e volume dos constituintes do solo: densidade de partículas, densidade do solo, porosidade, distribuição de poros por tamanho • Estrutura e agregação do solo • Consistência • Compactação do solo • Água no solo

  5. 1) Cor do solo • propriedade de fácil determinação • relaciona-se com atributos físicos, químicos e mineralógicos, com alguns dos constituintes do solo e condições climáticas Exemplos: - matéria orgânica: responsável pela cor escura do solo - forma e conteúdo de Fe: hematita (cor vermelha) ou goetita (cor amarela) - drenagem deficiente: cores cinzas • empregada como critério diagnóstico na classificação de solos

  6. Padronização Escala de MUNSELL: Elementos básicos que compõem a cor: - matiz: cor pura ou fundamental do arco-iris, determinada pelos comprimentos de onda da luz refletida na amostra - valor ou tonalidade: medida do grau de claridade da luz, variando de 0 (preto absoluto) a 10 (branco puro) - croma: intensidade ou pureza da cor. Proporção da mistura da cor fundamental com a tonalidade de cinza, variando de 0 a 10 Exemplo: 10R 3/4 = vermelho escuro

  7. Determinação: Carta de cores de solos de Munsell Duas leituras: Amostra seca e amostra úmida Exemplo de leitura: 2,5 YR 4/6 Matiz (alto à direita) = 2,5 YR 4 = brilho (linha à esquerda) 6 = intensidade (coluna inferior)

  8. Importância agronômica e geotécnica: • cor vermelha escura ((2,5 YR 3/4, 3/5, 10 R 3/4, 3/5)- solos derivados de basalto e diabásio- boa fertilidade e melhor comportamento agrícola que outros a ele associados geograficamente • solos vermelhos com textura argilosa e argila de baixa atividade- apropriados para pisos de estrada • solos amarelados em geral são mais úmido que os avermelhados (mesma toposeqüência) - plantas sentem menos nos períodos de seca. • Solos amarelados não se relaciona com nenhum comportamento geotécnico

  9. cores escuras ocorrem em horizonte superficial • - boa estruturação e levados teores de matéria orgânica CTC • - quando eutróficos - solos com elevado potencial agrícola • solos de cores acinzentadas - limitações variáveis quanto ao excesso de água, dependendo da intensidade e profundidade de ocorrência

  10. 2) Textura do solo Distribuição quantitativa das partículas do solo quanto ao tamanho Frações granulométricas do solo segundo SBCS: Fração matacões calhaus cascalho areia silte argila Diâmetro médio (mm) >200 200-20 20-2 2-0,05 0,05-0,002 <0,002 =>Composição granulométrica - todas as partículas =>Textura- TFSA

  11.  Cascalho - quantificados e denominados - fragmentos de rocha, seixos rolados, fragmentos de petroplintita, plintita, nódulos e concreções Ex. nome da classe textural com cascalho- 8 a 15% cascalhenta- 15 a 50% muito casacalhenta- mais de 50%  Calhaus - eleva a porosidade do solo - reduz a erodibilidade - limitações impostas dependem do nível de manejo adotado  Matacões - impede o livre trânsito de máquinas agrícolas - provoca danos nos implementos agrícolas - reduz o espaço útil a ser ocupado pelas plantas

  12. Areia - solta, não forma agregados, não plástica, não pegajosa, não higroscópica, poros grandes, pequena superfície específica, CTC ausente

  13. Silte - sedosa ao tato, ligeira coesão , poros de tamanho intermediário, ligeira ou baixa higroscopicidade, superfície específica com valor intermediário, baixa CTC Argila - plástica e pegajosa quando úmida, dura e muito coesa quando seca, alta higroscopicidade, elevada superfície específica, alta CTC, poros muito pequenos, contração e expansão, forma agregados com outras partículas

  14. Argila - fração que mais influencia o comportamento físico do solo - Superfície carregada negativamente => neutralizada por uma nuvem de cátions Dupla camada elétrica => cátions tri e divalentes- mais fortemente atraídos => cátios monovalentes- causam dispersão => cátions hidratados- mais longe da superfície e mais facilmente trocados

  15. Determinação da textura: • Campo => tato (subjetividade) • Laboratório: • Etapas: • 1) Pré-tratamento: • - remoção de matéria orgânica (>5%): H2O2 • - remoção de óxidos de Fe e Al, carbonatos e sais solúveis • 2) Dispersão: destruição dos agregados do solo- mecânica e química • 3) Separação das frações: • - tamizagem (uso de peneiras) - areia • - sedimentação diferencial - argila e silte

  16. Classes texturais segundo SCS do Departamento de Agricultura dos EUA, empregado no Brasil:

  17. Digrama triangular generalizado para determinação das cinco principais classes texturais de solo segundo EMBRAPA

  18. Importância da textura => Pode ser utilizado como índice do grau de intemperização do solo Relação silte/argila: .abaixo de 0,15 - solo muito intemperizado .0,7- 0,6- separar Latossolos de Cambissolos => Solos siltosos- tendência ao encrostamento => Utilizada na detecção de gradiente textural entre horizontes diagnóstico => Influencia o manejo da fertilidade do solo => Influencia no estabelecimento de práticas conservacionistas- estimativa da permeabilidade e resistência à erosão

  19. TEXTURA FINA TEXTURA MÉDIA TEXTURA GROSSEIRA ARGILOSOS BARRENTOS/FRANCOS ARENOSOS Elevada retenção de água Baixa Circulação de água difícil Fácil Coesão elevada Baixa Propriedades químicas favoráveis Desfavoráveis Propriedades físicas desfavoráveis Favoráveis Densidade aparente < > Porosidade total > < Microporosidade > Macroporosidade > Aeração deficiente Boa aeração Superf. Espec. elevada Baixa Solos bem estruturados Solos sem estrutura CTC elevada Baixa Sentido do aumento das propriedades FÍSICAS favoráveis Sentido do aumento das propriedades QUÍMICAS favoráveis

  20. Relações de massa Relações de volume Mar=0 Vg AR Vv Ma ÁGUA Va Vt (variável) SÓLIDOS Vs (constante) Ms 3) RELAÇÃO DE MASSA E VOLUME DOS CONSTITUINTES DO SOLO Mt

  21. 3.1) Densidade de partículas (Densidade real)- Dp • g.cm-3, Kg.dm-3, Mg.m-3 • relação entre a massa de sólidos e o volume de sólidos Dp= Ms • propriedade física bastante estável- depende da proporção entre matéria orgânica e parte mineral e da constituição mineralógica do solo Vs • Valores: 2,6 a 2,7 g/cm3 quartzo (2,65 g/cm3) • Óxidos de Fe Dp • Matéria orgânica Dp

  22. Determinação: • Picnômetro com água • Balão volumétrico com álcool etílico • Importância • Dp: • auxiliar na determinação de minerais do solo • minerais leves Dp < 2,85 • minerais pesados Dp > 2,85 • predomínio de componentes orgânicos/inorgânicos • critério auxiliar na classificação do solo • cálculo da porosidade total do solo • Clima Frio: baixa Dp (< óxidos de Fe): 2,65 g/cm3 • Clima Tropical e Subtropical (Brasil): ~ 3,0 g/cm3

  23. 3.2) Densidade do solo- Ds densidade aparente, densidade global relação entre a massa de sólidos e o volume total Ds= Ms V g.cm-3, g.dm-3, Mg.m-3 propriedade física que reflete o arranjamento das partículas do solo depende da estrutura, compactação, manejo, etc. Valores: 0,9- 1,5 g.cm-3 maiores- estrutura granular menores- em blocos ou similar Manejo

  24. Determinação • métodos destrutivos- amostra indeformada • anel ou cilindro volumétrico (cilindro de Uhland) • método do torrão impermeabilizado • métodos não destrutivos- campo • sonda de neutrons • absorção de raios gama

  25. 3.3) Porosidade do solo • PT= VP = Aar + Va • V Vt • 30 a 60%- textura X estrutura • propriedade física muito alterada pelo manejo • PT(%)= 1- Ds x 100 • Dp • Importância: • estudos envolvendo armazenamento de água e gases • desenvolvimento de sistema radicular das plantas • problemas envolvendo o fluxo e retenção de calor • investigações de resistência mecânica dos solos

  26. Macroporo- sidade (%) 19 22 13 29 Argila (%) 54 51 50 78 Porosidade total (%) 66 59 41 66 Microporo- sidade (%) 47 37 28 37 Solo Latossolo Una Latossolo vermelho-amarelo Latossolo Amarelo Latossolo vermelho-escuro Estrutura granular granular blocos granular • 3.3.1) Distribuição de poros por tamanho • Microporosidade (poros com  < 0,05 mm) • => retenção e o armazenamento de água para as plantas • Macroporosidade (poros com  > 0,05 mm) • => aeração do solo e infiltração de água Distribuição de poros por tamanho do horizonte B de Latossolos brasileiros

  27. Determinação: métodos baseados na retenção de água em tubos capilares h= 2  cos  gr h= altura de ascensão da água no tubo capilar (cm)  = tensão superficial da água (dina.cm-1)  = ângulo de contato da água e as paredes do capilar  = densidade da água (g.cm-3) g = aceleração da gravidade (dina.g-1) r = raio do tubo capilar (cm) H= 0,3 d h = altura da coluna de água (cm) d = diâmetro do tubo capilar ou do poro (cm)

  28. 0,05- separação atura de sucção de 60 cm eliminar a água dos macroporos • Aparelhos: • mesa de tensão • unidade de sucção (funis de Bucker)

  29. Importância • Porosidade: • armazenamento e movimento de ar e água no solo • desenvolvimento radicular • fluxo e retenção de calor • Solo “ideal”: 1/3 macroporos e 2/3 microporos • (aeração suficiente, permeabilidade, retenção de água) • Aeração ótima: 20-30% agregados de 2-3 mm • MO: aumenta a porosidade e reduz a Da (> vazios) • Quanto > agregação > estruturação > porosidade

  30. 4) Água no solo • Determinação: • 1) Método direto • a) Método da estufa- padrão • 105-110 º C - 24 h • umidade à base de peso ou umidade gravimétrica • umidade à base de volume U%= massa de água x 100 massa de solo seco  % = volume de água x 100 volume de solo seco  % = U% x Ds

  31. Importante aplicação: • cálculo de peso correspondente de terra fina seca em estufa (TFSE) numa dada quantidade de TFSA (TFSA) • b) Método do fogareiro calibrado com o método da estufa • 2) Métodos indiretos • Métodos baseados nas propriedades elétricas do solo: Bouyoucos, Colman • Método SPEEDY- construção civil • Método da dispersão de nêutrons • Método da radiação gama • Método TDR TFSA = TFSE (1+ U)

  32. Fatores que afetam a retenção de água: • a)matéria orgânica- direta e indiretamente • b) textura e tipo de argila • c) estrutura do solo • Classificação da água no solo • 1- Gravitacional • teor acima da capacidade de campo • localizada nos macroporos • permanência efêmera no solo • removida facilmente pela drenagem • provoca lixiviação no solo • água retida no solo • sob sucção abaixo de 0,1 atm

  33. 2- Capilar • teor compreendido entre a umidade higroscópica e a capacidade de campo • localizada nos microporos • parcialmente permanente no solo • não removida pela drenagem • água retida no solo sob sucção entre 0,1 e 31 atm • 3- Higroscópica • localizada próximo da superfície das partículas do solo • permanente no solo • removida apenas no estado de vapor • água retida no solo sob sucção entre 31 e 10.000 atm

  34. Constante de umidade 1- Umidade higroscópica  máxima quantidade de água que o solo é capaz de absorver da atmosfera, em forma de vapor, e manter o equilíbrio com o ambiente  TFSA 2- Umidade de murchamento  umidade que o solo mantém quando ocorre o murchamento permanente da planta  umidade retida a 15 atm  limite inferior da faixa de água disponível para a planta

  35. 3- Capacidade da campo  umidade retida no solo depois que o excesso de água percolante tenha sido drenado  limite superior da faixa de água disponível para a planta  0,33 atm- solos argilosos  0,1 atm- solos arenosos 4- Umidade equivalente (Ueq)  umidade que uma amostra de solo retém quando depois de saturada é submetida durante 30 min à centrifugação com velocidade correspondente a 1000 vezes a gravidade CC= 1,3 Ueq PMP= 0,69 Ueq

  36. 5) Estrutura e agregação do solo Definição: arranjamento das partículas do solo e do espaço poroso entre elas; incluindo ainda o tamanho, forma e arranjamento dos agregados formados quando partículas primárias se agrupam, em unidades separáveis Natureza e desenvolvimento da estrutura: • Floculação e cimentação • Conseqüência dos fatores de formação Difícil avaliação Propriedade qualitativa

  37. Importância da estrutura: • aeração • armazenamento e circulação de água • penetração de raízes • disponibilidade de nutrientes • atividades macro e micro biológicas • temperatura do solo

  38. Fatores que afetam a formação dos agregados: • cátions • matéria orgânica • sistema de cultivo e sistema radicular • microrganismos • Fatores destrutivos dos agregados: • impacto das gotas de chuva • preparo excessivo do solo • aumento da concentração de Na em relação a Ca e Mg • temperatura que pode causar oxidação da matéria orgânica

  39. Quartzo Quartzo Quartzo Quartzo caulinita gibbsita hematita Quartzo goetita Quartzo Matéria orgânica Modelos de estruturação Latossolo com predomínio de gibbsita na fração argila- estrutura tipo granular Latossolo com predomínio de caulinita na fração argila- estrutura em blocos

  40. Avaliação da estrutura: => avaliação indireta por meio de propriedades físicas 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 Ds= 0,9672 + 0,0004 caulinita r2= 0,74** Densidade aparente (g.cm-3) 0 200 400 600 800 1000 Caulinita (g.Kg-1) 1) Densidade aparente

  41. 30 25 20 15 10 5 0 Ks= 26,2378 - 0,02561 caulinita r2= 0,96** Condutividade hidráulica (Ks.cm.h-1) 0 200 400 600 800 1000 Caulinita (g.Kg-1) 2) Porosidade total e distribuição de poros por tamanho gibbsita macroporos 3) Condutividade hidráulica do solo saturado