Introdução à Física do Solo e Objetivos de Aprendizagem

1º Aula Física do Solo objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de conhecer o papel da física do solo relembrar as classes texturais compreender a relação de massa e volume do solo carosas alunosas Para que possamos entender como devemos realizar o manejo conservacionista do solo faremos primeiramente uma breve revisão dos atributos físicos do solo Podese definir física do solo como sendo o estudo das características e propriedades físicas do solo As expressões características e propriedades são empregadas no sentido de se distinguir atributos do solo que podem ou não ser alterados com o uso e manejo do solo Nesse sentido entendese por características os atributos intrínsecos ao objeto que servem para definilo independente do meio ambiente como exemplo podemos citar a distribuição de partículas por tamanho textura do solo Já as propriedades são atributos relativos ao comportamento do objeto e são resultantes da interação entre características e o meio ambiente Um bom exemplo de propriedade física é a retenção de água pelos solos que depende do tamanho composição e arranjo das partículas do solo A maior parte dos atributos do solo se refere às propriedades Vamos começar nossa disciplina Vamos lá começaremos então analisando os objetivos e verificando as seções que serão desenvolvidas ao longo desta aula Bons estudos 6 Física e Conservação do Solo e da água Seções de estudo 1 introdução à física do solo 2 textura do solo 3 Densidade 1 Introdução à física do solo O solo é o substrato essencial para todo o ciclo da vida terrestre não apenas para o desenvolvimento das plantas e a manutenção da ação microbiana mas também como fator de dreno e reciclagem para numerosos grupos de resíduos que podem acumular e poluir nosso ambiente Portanto o solo suporta nossas construções e fornece material para a edificação de estruturas tais como represas e estradas Solo e água são os dois recursos naturais fundamentais O crescente aumento populacional tem tornado esses recursos escassos e modificados A necessidade de se manejar esses recursos de maneira sustentável e eficiente é uma responsabilidade de todos O solo desenvolve múltiplas funções no ciclo da água e nos ciclos dos nutrientes e além disso é importante para a sustentabilidade dos ecossistemas naturais como as florestas primárias e os campos Com a modificação dos sistemas de produção desenvolvida pela atividade humana e a capacidade de produção melhorada a conservação dos recursos naturais tem diminuído GOMeS et al 2015 Assim a degradação das propriedades físicoquímicas dos solos constitui um prejuízo socioeconômico para as gerações atuais e um enorme risco para as gerações que estão por vir São muitos os processos que levam à degradação do solo e dos sistemas de produção De modo geral ocorrem em duas fases uma denominada degradação agrícola e a outra degradação biológica WADt 2003 em muitas regiões são encontrados exemplos onde áreas então produtivas foram completamente degradadas pela erosão ou salinização induzidas pelo manejo inadequado do sistema soloágua O solo por si é de extrema complexidade ele consiste em numerosos componentes sólidos minerais e orgânicos arranjados em um padrão geométrico complexo quase indefinível Alguns dos materiais sólidos são constituídos de partículas cristalinas enquanto outros se consistem de matéria amorfa que ao revestir os cristais modificam seus comportamentos A fase sólida interage com os fluidos água e ar os quais penetram nos poros do solo O conhecimento das propriedades físicas químicas e mineralógicas dos solos pode auxiliar na adoção do melhor manejo do solo Além disso pode contribuir com o entendimento do comportamento do solo e das plantas pois cada solo e cada espécie possuem diferentes comportamentos e características em relação ao seu manejo O solo é constituído pelas fases líquida gasosa e sólida Um solo hipotético é formado de 25 de água 25 de gases 45 de material mineral e 5 de material orgânico LePScH 2011 Veja a imagem a seguir Figura 1 composição do solo Fonte adaptado de Lepsch 2011 Um solo ideal é aquele que apresenta uma boa aeração porosidade e consegue reter boa parte da água além de possuir um bom armazenamento de calor e pouca resistência mecânica ao crescimento de raízes As propriedades físicas químicas e mineralógicas e até as biológicas dos solos são determinadas pelo processo geológico de sua formação pela origem dos minerais e sua evolução de acordo com o clima e o relevo do local além dos organismos vivos que o habitam Figura 2 Figura 2 Processos de formação do solo Fonte httpwwweaduepbedubrarquivoscursosGeografia PARUABFasciculos2020MaterialGeografiaFisicaIIGeoFisIIA09 MGRSFSISE260509pdf Acesso em 10 ago 2021 Você se lembra das propriedades físicas dos solos como textura estrutura porosidadepermeabilidade cor e consistência vistos na disciplina de Geologia e Solos eles são responsáveis pelos mecanismos de atenuação física de poluentes como filtração e lixiviação lavagem possibilitando ainda condições para que os processos de atenuação química e biológica possam ocorrer A seguir faremos um breve resumo a respeito das propriedades físicas do solo para que assim você seja capaz de entender o que envolve o manejo conservacionista do solo e da água Vamos lá 7 2 Textura do solo A textura do solo diz respeito à distribuição das partículas de acordo com o tamanho Figura 3 cada solo recebe uma designação quanto à textura o que dá uma ideia do tamanho das partículas mais frequentes Para o Departamento de Agricultura dos estados Unidos as partículas maiores do que 2 mm constituem o que chamamos esqueleto da terra e são constituídas por pedras e cascalhos FerreirA 1986 Figura 3 Partículas grandes e pequenas que formam a estrutura do solo Fonte Brady 1983 As partículas do solo menores que 2 mm constituem a terra fina as quais correspondem às frações areia silte limo e argila Nenhum solo é composto exclusivamente por uma única fração há sempre uma mistura das três e as porcentagens das diversas frações é que diferenciam os tipos de textura conforme a tabela 1 Tabela 1 Escala Internacional de classificação das frações granulométricas do solo FRAÇÃO Limites dos diâmetros das partículas mm argila 0002 Silte ou limo 0002002 Areia fina 002002 areia grossa 022 Cascalho 220 Pedras 20 Fonte Raij 1991 A distribuição granulométrica dos materiais granulares areias e pedregulhos será obtida através do processo de peneiramento Figura 4 de uma amostra seca em estufa enquanto que para siltes e argilas se utiliza a sedimentação dos sólidos no meio líquido Para solos que têm partículas tanto na fração grossa areia e pedregulho quanto na fração fina silte e argila se torna necessária à análise granulométrica conjunta Figura 4 conjunto de peneiras de abertura de malhas utilizadas para avaliação granulométrica do solo ABNt NBr 573480 Fonte httpwwwsplaborcombrblogpeneiraspeneirasgranulometricas Acesso em 10 set 2021 A determinação da distribuição do tamanho das partículas é conhecida como análise mecânica do solo Depois de determinada a percentagem de cada fração um solo recebe a designação de acordo com esquemas próprios de classificação Dentro de cada grupo classes texturais específicas fornecem uma ideia da distribuição de tamanho de partículas e indicam o comportamento das propriedades físicas do solo As classes texturais encontradas no Quadro 1 apresentam uma sequência gradual desde partículas de areia as quais possuem textura grosseira e fácil manejo as partículas de argila que possuem textura muito fina e são mais dificilmente manejadas Quadro 1 Grupamentos texturais do Solo TEXTURA ARENOSA Compreende as classes texturais areia e areia franca TEXTURA MÉDIA Classes texturais com menos de 35 de argila e mais de 15 de areia excluídas as classes texturais areia e areia franca TEXTURA ARGILOSA Classes texturais com 35 a 60 de argila TEXTURA MUITO ARGILOSA Classe textural com mais de 60 de argila TEXTURA SILTOSA Classes texturais com menos de 35 de argila e menos de 15 de areia Fonte Embrapa 1999 Na prática é usual distinguir os solos quanto à textura em leves e pesados leves são os que têm predominância de areia pesados são os que têm maior porcentagem de argila BertONi LOMBArDi NetO 1990 Solos arenosos Figura 5 em geral são soltos e não oferecem resistência à penetração das raízes e os muito arenosos com baixa porcentagem de argila são frequentemente pobres em fertilidade e têm baixa capacidade de retenção de umidade Solos arenosos devem receber frequente suplementação de água e de fertilizantes para que tenham boa produção a adição de matéria orgânica melhora sua capacidade de retenção de umidade e nutrientes Solos com muita argila Figura 6 podem ter alta 8 Física e Conservação do Solo e da água capacidade de retenção da umidade e pouca aeração com baixa produção Porém aqueles bastante argilosos com boa agregação e grandes espaços porosos podem ser altamente produtivos A prática de cultivo tem mostrado que solos argilosos não podem ser trabalhados enquanto úmidos porém têm uma estrutura que resiste à erosão eólica ao contrário dos arenosos que são prejudicados pelo vento A experiência tem demonstrado que as culturas plantadas em solos arenosos respondem diferentemente aos fertilizantes em relação aos solos argilosos Mesmo que a análise química tenha revelado quantidade semelhante de elementos químicos disponíveis isso pode ser explicado pela diferença de textura Figura 5 textura arenosa Fonte httpwwwpioneersementescombr Acesso em 07 ago 2021 Figura 6 textura argilosa Fonte wwwagenciacnptiaembrapabr Acesso em 07 ago 2021 Vimos então que a textura ou granulometria se refere à proporção de argila silte e areia do solo As partículas se mantêm unidas pela ação da argila e da matéria orgânica formando agregados esses agregados formam a estrutura do solo que iremos estudar na próxima seção A determinação de textura do solo em laboratório pode ser feita basicamente por dois métodos método de pipeta e método do densímetro O método de pipeta é um dos mais utilizados e foi descrito pela embrapa Os valores de textura do solo expresso por esses métodos podem ser representados através de ou g kg1 sempre em mesma proporção em que a somatória de areia silte e argila somam 100 ou 1000 g kg1 Por exemplo em um determinado solo no qual a textura na fração areia for 30 ela poderá ser representada como 300 g kg1 ainda nessa análise se tiver 40 de argila logo poderemos deduzir que silte terá valor de 30 que se faz através de 100 menos a somatória areia argila Posterior à determinação de valores podemos determinar especificamente a textura do solo de maneira mais precisa que os paramentos apresentados Para que isso seja feito precisaremos do auxílio de uma ferramenta chamada de triângulo de classe textura que pode ser obtido no próprio Google ou em livros de solos como o Manual de descrição e coleta de solo no campo de Santos et al 2015 abaixo representado na Figura 7 Figura 7 triângulo de classe textural Fonte Santos et al 2015 O triângulo é composto por três vértices das quais os valores de textura em g kg1 ou em mesma representação devem ser inseridos Posterior à inserção os mesmos devem ser ligados para que então possa ser determinada a textura É importante salientar que as linhas de ligação devem apenas seguir as linhas prédefinidas do triângulo e todas as linhas devem ter o mesmo ponto de encontro Por exemplo em uma amostra de solo temos 50 argila 20 silte e 30 areia Figura 8 triângulo de classe textural Fonte Adaptado de Santos et al 2015 9 Podemos afirmar que a textura do solo avaliado é do tipo Argila Outro exemplo uma amostra de solo com 150 g kg1 argila 300 g kg1 silte e 550 g kg1 areia Figura 9 triângulo de classe textural Fonte Adaptado de Santos et al 2015 Podemos afirmar que a textura do solo avaliado é do tipo Francoarenosa 3 Densidade De acordo com Lepsch 2002 a diversidade dos componentes minerais e orgânicos bem como a proporção entre estes existentes em um solo determinam a densidade do material do solo Por meio da densidade é possível fazer inferências sobre sistemas de manejos agrícolas e diferenciação entre horizontes do solo Podemos dividir a densidade em Densidade do solo Ds consiste na relação entre a massa e o volume real considerando os volumes da matriz sólida e da porosidade total gcm3 Densidade das partículas Dp ou também conhecida como densidade real Dr é a relação entre a massa de uma amostra de solo e o volume que ocupam as partículas do solo desconsiderando o volume dos poros gcm3 A também denominada de densidade real e reflete as características do solo em relação ao seu peso e volume real essa característica é imutável ambientes com maiores teores de matéria orgânica em geral apresentam menor densidade de partículas por fatores físicos do solo sendo esse um agregador do solo Os resultados da densidade de partícula são geralmente expressos em gramas por centímetro cúbico gcm3 e variam entre os limites de 23 a 29 gcm3 em média a densidade da partícula tem uma relação direta com material de composição da região A variação se relaciona com a natureza intrínseca dos componentes do solo da textura e da mineralogia das frações granulométricas que derivam da natureza do material de origem É um atributo portanto estável nas alterações ocasionadas pelo manejo do solo A densidade de partícula é uma característica que varia com a composição das partículas não sendo afetada por variação no seu tamanho Num solo que tem quantidades elevadas de minerais mais pesados como magnetita por exemplo a densidade de partículas também se elevará Da mesma forma num solo que apresente elevado teor de matéria orgânica terá uma densidade de partícula mais baixa A densidade do solo Ds é definida como a massa peso de uma unidade de volume de solo seco nesse caso é levado em conta o espaço total do solo que representa o volume ocupado pelos sólidos e pelos espaços porosos em conjunto Definese densidade aparente do solo como a razão entre a massa da parte sólida de um dado volume aparente do solo volume ocupado pelas partículas volume ocupado pelos poros e a massa de igual volume de água Valores elevados de densidade do solo podem constituir impedimento mecânico para o crescimento de raízes e consequentemente do desenvolvimento das plantas Os coletores usados para determinação da porosidade do solo são os mesmos para determinação da densidade do mesmo As densidades dos solos são expressas em gramas por centímetros cúbicos g cm3 ou quilogramas por metro cúbico Kg m3 e as amplitudes de variação se situam dentro dos seguintes limites solos argilosos de 090 a 125 gcm3 solos arenosos de 125 a 160 gcm3 solos húmicos de 075 a 100 gcm3 solos turfosos de 020 a 050 gcm3 A densidade do solo é dada pela equação Ds massa g volume cm3 Massa peso do material seco em estufa a 105ºc Volume volume do anel de coleta do tipo Kopeck a densidade do solo é dada pela equação Ds massa g volume cm3 Massa peso do material seco em estufa a 105ºC Volume volume do anel de coleta do tipo Kopeck Um exemplo Determine a densidade do solo de um local específico por meio da coleta de um anel do tipo Kopeck 7353 cm3 que foi seco em estufa 105 ºc e possui uma massa de 118 gramas Assim temos que Ds 118 gramas 7353 cm3 160 g cm3 em solos arenosos normalmente a Ds varia de 12 a 18 gcm3 e nos solos argilosos de 10 a 16 gcm3 Há uma tendência nítida de elevação da densidade do solo à medida que há a penetração no perfil Isso resulta aparentemente num teor mais reduzido de matéria orgânica menor agregação e penetração de raízes e também de compactação ocasionada pelo peso das camadas sobrejacentes A compactação do 10 Física e Conservação do Solo e da água solo aumenta a densidade do solo relação d porosidade total com a densidade cálculo da Porosidade total Pt de um solo tendo Ds densidade do solo g cm3 Dp densidade da partícula g cm3 Porosidade total 100 sólidos Um exemplo Uma amostra de solo indeformada foi coletada a uma profundidade de 10 cm com um anel volumétrico tipo Kopeck Determine a porosidade total Dados Peso do anel seco em estufa 105 ºc 120 gramas Volume do anel volumétrico 8590 cm3 Material de origem possui uma Densidade da partícula 24 g cm3 Ds 120 gramas 8592 cm3 140 gcm3 Sólidos 140gcm 324 gcm3 x 100 5833 Porosidade total 100 5833 4167 então a porosidade total deste solo será de 4167 De modo geral quando se tem aumento da densidade do solo temos uma diminuição na porosidade total do mesmo Chegamos ao fim da nossa primeira aula na qual relembramos as principais características físicas do solo estudadas anteriormente Esses princípios e conceitos darão embasamento para trabalharmos o manejo e conservação do solo daqui em diante retomando a aula 1 Introdução à física do solo Solo e água são os dois recursos naturais fundamentais O crescente aumento populacional tem tornado esses recursos escassos e modificados A necessidade de se manejar esses recursos de maneira sustentável e eficiente é uma responsabilidade de todos 2 Textura do solo Vimos então que a textura ou granulometria se refere à proporção de argila silte e areia do solo As partículas se mantêm unidas pela ação da argila e da matéria orgânica formando agregados esses agregados formam a estrutura do solo 3 Densidade Nesta seção vimos que Densidade do solo ds consiste na relação entre a massa e o volume real considerando os volumes da matriz sólida e da porosidade total gcm3 Densidade das partículas dp ou também conhecida como densidade real dr é a relação entre a massa de uma amostra de solo e o volume que ocupam as partículas do solo desconsiderando o volume dos poros gcm3 S A O que é perfil de solo Disponível em https wwwsacisolucoescombroqueeperfildesoloAcesso em 10 abr 2019 Vale a pena acessar httpswwwyoutubecomwatchvyz8rN3t sy0abchannelFc3ADsicadoSoloUFrGS h t t p s w w w y o u t u b e c o m w a t c h v Lpi5waeBemYabchannelFc3A1bioH enriquetavaresdeOliveira Vale a pena assistir eMBrAPA centro Nacional de Pesquisa de Solos Sistema brasileiro de classificação de solos rio de Janeiro embrapa Produção de informação 1999 412 p LePScH i F Formação e Conservação dos Solos Oficina de textos São Paulo 2002 Vale a pena ler vale a pena