PEDOLOGIA Entre os recursos naturais de nosso planeta, os solos ocupam um lugar de extrema importância, uma vez que, eles suportam os vegetais, dos quais direta e indiretamente, nossa vida depende. A Pedologia se dedica a estudar como os solos se formam, e como são constituídos. Histórico Nos primórdios da existência do Homem, enquanto ele era um caçador ou um apanhador de alimentos: ◦ O solo era visto apenas como alguma coisa abaixo da superfície da Terra que fornecia suporte para a movimentação e habitação. 6000 a.C. quando o ser humano deixou de ser nômade se fixou, ele começou a cultivar plantas, obtendo alimentos e fibras. ◦ A Terra passou a ser encarada como algo que onde se podia enterrar uma semente, que em condições favoráveis, germinaria, cresceria e produziria fruto ou outra coisa útil à sua vida. Histórico Surgiu o conceito de solo como um meio de desenvolvimento das plantas ◦ Determinadas terras eram mais produtivas, outras eram encharcadas, arenosas endurecidas para que pudessem ser cultivadas. China (4500 a.C.) As terras foram subdivididas em nove classes de produtividade. Mesopotâmia (Iraque - 2500 a.C.) Rios Tigre e Eufrates – documentos relacionavam a dependência da produtividade à fertilidade do solo. Uma semente plantada levava a produção de 86 ou 300 unidades. Histórico Grécia (800 a 200 a.C.) 500 a.C. Herodoto – atribuiu à FERTILIDADE em parte às enchentes anuais dos rios. 300 a.C. Theofastes – recomendava deixar a água o maior tempo possível para permitir o acúmulo de SILTE. ◦ Observações de que certos solos não produziam satisfatoriamente. ◦ Na mitologia, Hércules a pedido do rei Augeas fez passar um rio por dentro de um estábulo que continha esterco acumulado de 30 anos fazendo que esses fossem distribuídos nas terras adjacentes. Augeas não pagou Hécules e ... ◦ Poema grego Odisséia (Homero) faz menção a aplicação de esterco a videiras. Histórico Theofastes recomendava uso abundante de esterco em solos rasos, mas sugeria que solos ricos fossem menos adubados. Sugeriu também que as plantas mais exigentes deveriam ter maior requerimento de água. Atenas – canais coletores de esgoto para serem aplicados no plantio de verduras e em oliveiras. Classificação dos estercos por ordem de riqueza em nutrientes (humano, suíno, cabrito, ovelha, bovino e eqüino). Histórico Roma antiga (100 a.C.) Vários documentos descrevem os meios para obter maiores colheitas, misturando à camada arável cinzas de madeira e esterco de animais. Atribuía-se a boa produtividade do solo à sua COR: ◦ Critério de fertilidade (preto fértil – cinza infértil) ◦ Quanto mais escuro melhor ele seria e, esta cor escura era atribuída a uma substância orgânica que hoje é conhecida como HÚMUS. Mistura de diferentes tipos de solos com a finalidade de corrigir os defeitos e adicionar força ao solo. Aplicação de margas (argila e calcário) Virgilio escreveu sobre as características do solo (DENSIDADE). Analisou o solo (sabor : amargo ou salgado - pH) Histórico Era Cristã Bíblia menciona o valor das cinzas para enriquecer o solo. ◦ Salitre (nitrato de K) livro de Lucas Grande contribuição das civilizações árabe-islâmica ◦ Desenvolvimento da agricultura nas regiões semi-áridas. Bernard Palissy (1563) publicou um livro no qual opinou que os solos eram fonte de nutrientes minerais para a vida das plantas. Von Helmont (1629) afirmou que as plantas alimentavam-se exclusivamente de gás carbônico e água. Tahaer e Von Wulfen (teoria do húmus) ◦ As plantas assimilam diretamente do solo restos decompostos de plantas e animais. Histórico Progresso durante o século XIX Theodre de Saussure ◦ demonstrou que as plantas absorvem O2 e liberam CO2 (respiram) e absorvem CO2 e liberam O2 na presença de luz. Se as plantas fossem mantidas em ambiente livre de CO2 as plantas morreriam. ◦ As membranas são seletivas, permitem a entrada de água mais rapidamente que dos nutrientes. ◦ O C contido nas plantas vinha do ar (foi muito questionada) Histórico Justus Von Liebig (1803-1873) Pai da química agrícola - Lei do mínimo (1862) Fez desabar o mito do húmus ◦ O húmus era um produto transitório entre as matérias orgânicas e os nutrientes ◦ A maior parte do C nas plantas vem do CO2 ◦ H e O vêm da água ◦ Os metais alcalinos são necessários para a neutralização dos ácidos formados pelas plantas resultantes das atividades metabólicas. ◦ Os fosfatos são necessários à formação das sementes. Lei do mínimo Importância do solo para as plantas Histórico No entanto, Liebig e seus seguidores supunham que os solos eram meros corpos estáticos constituídos de fragmentos de rochas e que armazenavam água e nutrientes. Ainda não havia preocupação de estudar a origem e desenvolvimento dos diferentes tipos de solo. Dokoutchaiev (1877) ◦ Participou de uma expedição para analisar os efeitos de uma seca catastrófica nas estepes da Ucrânia, na qual teve a oportunidade de estudar detalhadamente os solos daquela região. ◦ Anos mais tarde, foi convocado para um trabalho semelhante nas florestas da região de Gorki, local de clima mais úmido e situado a leste de Moscou. Histórico Comparando os solos destas duas regiões, ele constatou que os solos eram bastante diferentes e concluiu que essas diversidades eram ocasionadas pelas diferenças de clima. Verificou também que os solos eram compostos de uma sucessão de camadas horizontais, que começavam na superfície e terminavam na rocha subjacente. ◦ Ele reconheceu e interpretou essas camadas como resultantes da ação conjunta de diversos fatores que deram origem aos solos. ◦ Verificou que cada solo poderia ser caracterizado por uma descrição detalhada dessas camadas. Histórico A PEDOLOGIA surgiu como um novo ramo da ciência O solo foi então reconhecido como um corpo natural organizado, que pode ser estudado separadamente tal como as rochas, as plantas e os animais. Pedologia e Edafologia Existem dois modos de estudar o solo: ◦ Pedológico: como uma parte natural da paisagem e tendo como maior interesse o estudo da sua origem, evolução e classificação. Pedon = solo ou terra ◦ Edafológico: como meio natural para o desenvolvimento das plantas. Edafos = terreno ou chão Pedologia e Edafologia Pedologia: interessa-se não só pela camada superficial mas também pelas demais. ◦ Ciência básica. ◦ O solo é considerado um objeto completo que teve sua formação à partir de uma rocha que se desagregou mecanicamente e se decompôs quimicamente até formar o material solto, que com o passar do tempo veio sustentar as plantas. Edafologia: estuda o solo sob o aspecto da produção das plantas cultivadas, em particular as fornecedoras de alimentos e fibras. ◦ Ciência aplicada ◦ Procura analisar as características do solo visando entender suas relações com a produção agrícola. ◦ O interesse é maior sobre a camadas superficial, onde se concentram as raízes das plantas. Conceitos Para o Engenheiro de Minas ◦ Detrito que cobre as rochas ou minerais a serem explorados. Deve ser eliminado. Para o Engenheiro Rodoviário ◦ Material sobre o qual será locada a estrada. Se suas propriedades forem insatisfatórias, deverá ser substituído por rocha ou cascalho. Conceitos Para o Engenheiro Cívil ◦ O solo é poroso (boa estrutura) ou o oposto o solo é argiloso (duro) Ênfase à viscosidade e aderência Para o Fazendeiro ◦ O ambiente indispensável para o crescimento das plantas Se suas propriedades forem insatisfatórias, deverá ser preparado e, ou manejado. Conceitos Para o Pedologista ◦ Corpo natural, produto sintetizado da natureza e submetido ao intemperismo. Estuda, examina e classifica o solo como são encontrados na seu ambiente natural. Para o Edafologista ◦ Viveiro natural para os vegetais Procura descobrir as razões para a variação de produtividade e também as maneiras para torná-lo mais produtivo. SOLO ! “Camada de material alterado física, química e biologicamente que recobre a rocha ou outros materiais inalterados na superfície terrestre” Funções O solo é o meio natural onde crescem as plantas que o homem utiliza como alimentos, madeira para construções, fibras para confecção de papel e tecidos. Do solo também se retira o material para a fundação das casas e rodovias, construção de barragens até pequenos vasos de cerâmica. O solo é para a terra o que a casca é para a laranja. Embora aceitável, deve ser destacado a grande diversidade de solos na superfície terrestre MORFOLOGIA DOS SOLOS A morfologia tem como objetivo a descrição da forma de um objeto, retratando-o com palavras e desenhos. A morfologia do solos descreve sua aparência no meio ambiente natural, segundo característica visíveis a olho nu. Portanto, a morfologia corresponde à “Anatomia do solo” PERFIL DO SOLO Os solos evoluídos possuem várias camadas sobrepostas, denominadas HORIZONTES. O - caracterizado pelo acúmulo de matéria orgânica (decomposta ou não) sobre o solo mineral. A - horizonte com elevada atividade biológica, em que se encontra uma mistura de matéria orgânica com frações minerais. B - Acúmulo de minerais de argila C - Material inconsolidado, pouco afetado pelos organismos, mas que pode estar bem intemperizado (regolito). R - Rocha (material de origem). Estas camadas são formadas pela ação simultânea de processos físicos, químicos e biológicos Solo = ƒ (c, r, o, t, i...) c : clima (água e calor) r : rocha (material de origem) o : organismos (vegetais e animais ) t : topografia (relevo) i : Idade (tempo) O clima afeta a distribuição das plantas e animais indiretamente através da sua influencia sobre o solo MORFOLOGIA DOS SOLOS Os solos distinguem-se entre si por: ◦ Constituição ◦ Cor ◦ Textura ◦ Estrutura ◦ Cerosidade ◦ Porosidade ◦ Consistência ◦ Profundidade ◦ Composição química. ◦ Pedoclima ◦ Pedoforma Constituição do solo ESPAÇO DOS POROS Ar 20 - 30% Minerais 45% Água 20 - 30% Mat. Orgânica 5% SÓLIDOS DO SOLO Fração Mineral A fração mineral é constituída de partículas de tamanhos variáveis: Partícula Tamanho (mm) Matacões >200 Calhaus 200 – 20 Cascalho 20 – 2 Areia grossa 2 – 0,2 Areia Fina 0,2 – 0,02 Silte 0,02 – 0,002 Argila < 0,002 Granulometria Argila 0,002 Silte Areia Fina 0,02 0,2 Diâmetro das partículas Grossa Cascalho 2 mm Textura Média Arenosa 0 15 25 Argilosa 35 Muito argilosa 55 100 Textura Solo Argiloso Solo Arenoso Solo Barrento Solo Limoso Nas frações areia e silte ocorrem minerais primários. ◦ Quartzo que é resistente ao intemperismo. ◦ Feldspatos, micas, magnetita e ilmenita. Os minerais primários se decompõem em minerais de argila. A fração argilosa é composta de: ◦ Argilas silicatadas ◦ Sesquióxidos de Ferro e Alumínio. As argilas silicatadas são formadas por duas unidades. ◦ Tetraedro de Si ◦ Octaedro de Al Estrutura tetraédrica Estrutura octaédrica Caolinita (1:1) A textura é uma das propriedades mais importantes do solo, pois a QUANTIDADE e o TIPO de argila ◦ Influenciam o movimento e a retenção da água, ◦ Determina a superfície específica, afetando a atividade e capacidade retenção de nutrientes. ◦ Condiciona o potencial erosivo do solo. A fragmentação das rochas - Bloco único de1 m de lado -Volume = 1 m3 - Superfície específica = 6 m2 -8 fragmentos, de 0,5 m de lado -Volume = ( 0,5 )3 x 8 = 1 m3 - Superfície específica = 12 m Ruptura ao longo de fraturas A fragmentação das rochas aumenta a superfície exposta ao ar e a água abrindo caminho para o intemperismo químico O tamanho das partículas tem influência direta nas propriedades físicas e químicas No solo ocorre o fenômeno da TROCA CATIÔNICA ◦ A maioria dos solos são ELETRONEGATIVOS, ou seja, possui maior número de cargas negativas do que positivas. ◦ As cargas negativas encontram-se principalmente nas argilas e na matéria orgânica. ◦ As cargas negativas adsorvem íons com cargas positivas (H+, K+, Na+, Ca++, Mg++, etc...) que podem ser trocados um pelo outro. ◦ Capacidade de Troca Catiônica (mmolc dm3) Capacidade de Troca Catiônica (T) Teor de Minerais (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Zn, Cu, Mn, Al) - K+ - - - Ca - - Mg - Ca K+ Mg -Mg + K - K+ - - - K+ - Mg K+ - - Mg - + - K+ - - Mg-K -- Ca - K+ - - ++ K K + K - Mg + K - Mg + K - + -K + - K + + K- - -K + K - - -- Ca Mg - Estrutura Área Capacidade de Troca específica (T) cmolc dm-3 m2/g Caolinita 1:1 50 – 20 3 - 15 Haloisita 1:1 - 5 – 50 Ilita 2:1 100 – 200 10 – 40 Vermiculita 2:1 300 – 500 100 – 150 Montmorilonita 2:1 700 – 800 80 – 150 Silte Areia variável <1 <0,1 Muito pequena Sistema Solo-Planta-Atmosfera Volatilização Absorção M (atmosfera) Volatilização Intemperização M (sólido) Dessorção M (lábil) Imobiliização Precipitação Absorção M (solução) Adsorção Perdas irreversíveis Ascenção capilar M (erosão) M (raiz) Excreção Extrusão Lixiviação M (lixiviação) Transporte a longa distância M (parte aérea) Circulação Redistribuição Sistema Solo-Planta-Atmosfera M (atmosfera) Absorção M (sólido) M (lábil) M (solução) Transporte a longa distância M (raiz) M (parte aérea) Circulação Redistribuição M (erosão) M (lixiviação) pH - POTENCIAL HIDROGENIÔNICO pH = 14,0 Alcalino pH = 7,0 pH = 1,0 Neutro Ácido 1 pH log.H Solo Neutro Ca+2 Mg+2 Mg Ca K Ca+2 - K Ca Mg+2 -K - Mg- Ca K+ K - Ca - Mg+2 - Ca Mg H+ Al+3 Al Al H H+ H H - H+ Al+3 H+ H H - Al- - Al H - Al Al+3 K Mg Solução do solo Colóides do solo - - Ca K+ Ca+2 K+ Al H Al+3 - Al H - H H+ - Al - - K K+ - - Mg - K Ca Solo ácido H H+ -H - Al H H+ Al+3 H+ K+ - íon na solução do solo Mg - íons adsorvidos aos coloídes do solo Classificação da reação do solo Extremamente ácido - < 4,3 Fortemente ácido - 4,3 - 5,3 Moderadamente ácido - 5,4 - 6,5 Praticamente neutro - 6,6 - 7,3 Moderadamente alcalino - 7,4 - 8,3 Fortemente alcalino - > 8,3 As classes de reação dos solos são denominações genéricas aplicadas às descrições dos solos, não constituindo característica distintiva de unidade taxonômica. Disponibilidade de nutrientes em função do pH Cor É a característica mais fácil de ser percebida. Matéria orgânica (MO) e Ferro (Fe) são fatores determinantes da cor do solo. Alto teor de MO confere coloração mais escura ao solo O Fe pode apresentar-se em forma reduzida, oxidada hidratada e oxidada desidratada. Fe2+ Fe3+ Fe3+ Cinza Amarelo Vermelho FeO excesso de água FeOOH Fe2O3 Goetita Hematita As cores são descritas por comparação com uma escala padronizada. Tabela de Munsell Notação é feita considerando-se 3 elementos ◦ Matiz (cor fundamental do arco íris ou da mistura) ◦ Valor (tonalidade de cinza) ◦ Croma (proporção da mistura com a tonalidade de cinza) Ex.: 2,5 YR 3/6 (vermelho escuro) Matiz Esquema demonstrando como são formados os matizes da carta de cores. Valor (brilho) Croma (mistura) Carta de Munsel Cor Valor/Croma 10 YR 3/6 Estrutura As partículas (argila, silte e areia) geralmente se encontram agrupadas, formando agregados ou torrões. A agregação é determinada por substâncias que tem propriedades de ligar as partículas umas as outras. ◦ Ácidos orgânicos ◦ Óxidos de Fe e Al ◦ Argilas Quando a massa de solo não apresenta estrutura, diz-se que o solo é MACIÇO se a massa for coesa e grãos simples se a massa for solta. ◦ Ex.: Terra Roxa (lembra o pó de café), diz-se maciça, porosa de grânulos muito pequenos. Tipos de estrutura Granular Blocos Laminar Prismática Cuneiforme Colunar Óxidos de Al (gipsita) Óxidos de Fe (hematita, goetita) Matéria Orgânica Sais Coluna Prisma Blocos Grânulos Sódio (Na) Consistência A coesão é a atração das partículas entre si e adesão é a atração das partículas por um outro corpo. O comportamento da coesão e adesão num solo, sob diferentes condições de umidade, recebe o nome de consistência Os agregados são mantidos unidos por diferentes graus de adesão. A consistência pode ser determinada em diferentes condições de umidade. Seco Úmido Molhado Muito molhado dureza friabilidade plasticidade pegajosidade Cerosidade Refere-se ao revestimento de aspecto lustroso e com brilho de um agregado. Proporcionada pelas argilas que são trazidas dos horizontes superficiais e são depositadas sobre os agregados formando uma película ou filme de argilas. ◦ Auxilia na definição da classe de solo. ◦ Pela subjetividade, pode gerar controvérsias dependendo do referencial de quem a interpreta. Porosidade macroporos microporos Porosidade Refere-se ao volume do solo ocupado pela água e pelo ar. Deverão ser considerados todos os poros existentes no material, inclusive os resultantes de atividades de animais e os produzidos pelas raízes. Para observação da porosidade deve ser usada lupa de aumento de mais ou menos 10x. Quando o material não apresenta poros visíveis, mesmo com lupa de aumento, usa-se a expressão “sem poros visíveis”. Porosidade No campo, a porosidade deve ser caracterizada quanto ao tamanho e quanto à quantidade dos macroporos, usando-se os mesmos critérios descritos anteriormente para raízes. Exemplos de horizontes genéticos e quantidade de poros: ◦ Poucos - horizonte B de Planossolo Nátrico; ◦ Comuns - horizonte B textural de textura argilosa ◦ Abundantes - alguns horizontes B latossólicos e solos arenosos. A descrição de porosidade deve constar do item Observações, após a descrição de raízes. Profundidade Raso - < 50cm Pouco profundo - > 50cm e < 100cm Profundo - > 100cm e < 200cm Muito profundo - > 200cm Obs: As classes de profundidade dos solos são denominações genéricas aplicadas às descrições dos solos, não constituindo características distintivas de unidade taxonômica. ÁGUA NO SOLO A água é um dos principais componentes do solo, ocupando juntamente com o ar, todo o espaço poroso existente. Na ausência da água, não é possível a vida vegetal ou animal. A água governa grande parte das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. Para um bom desenvolvimento vegetal é indispensável á presença de uma suficiente quantidade de água no solo. Graças às irrigações aumentos da produção agrícola tem sido conseguidos. Água do solo ou Solução do solo? A água atua como: ◦ Solvente universal ◦ Contém gases e nutrientes do solo dissolvidos ◦ Meio de transporte de nutrientes na planta. “SOLUÇÃO DO SOLO” “SEIVA BRUTA” Eficiência de uso de água As plantas evaporam de 500 a 1000 unidades de solução do solo para poder formar uma única unidade de substância seca. Espécie EUA (L H2O/ kgMS) Cana-de-acúcar 500 Milho 1000 Soja 2000 Batata 1250 Eucaliptus 350 A água do solo contém, pelo menos em traços, todos os elementos presentes no solo, susceptíveis de ionização, solubilização ou suspensão. A solução do solo é dinâmica, sofrendo continuas flutuações em quantidade de líquidos, em sua composição química e em sua concentração pois, os iôns que nela se encontram estão permanentemente passando para as partículas coloidais e vice-versa. Como resultado desse fenômeno, a concentração em torno das partículas do solo torna-se desigual; as moléculas de água mais próximas da partícula apresentam-se com maior concentração de sais do que as que se encontram distantes. Água A água pode ser encontrada ocupando os vazios do solo ou estar contida na estrutura cristalina dos minerais. Esta água de cristalização dos minerais está, em geral, fortemente ligada à estrutura cristalina, não podendo ser considerada como água do solo. Alguns minerais podem liberar essa água a baixas temperaturas, porém, a maioria só a desprende a temperatura elevadas. Convencionou-se ser água de adsorção a que uma amostra de terra perde quando colocada em estufa a 1050 C e, água de cristalização, a que exige temperaturas de 100 a 4000 C para sua remoção. Classificação da água do solo Água gravitacional, a que não seria retida pelo solo, depois deste ser molhado até o encharcamento, drenado para as camadas mais profundas pela ação da gravidade. Água capilar, a que seria retida pelo solo devido à força da tensão superficial, formando películas contínuas em torno das partículas terrosas e nos espaços capilares. ◦ Tanto a água capilar como a gravitacional, movimentar-se-iam no solo na forma líquida e seriam úteis às plantas, por serem assimiladas pelas raízes. ◦ A água gravitacional, no entanto, teria, geralmente, duração efêmera junta ás raízes. Água higroscópica seria a fixada por adsorção na superfície dos colóides do solo, movimentando-se apenas no estado de vapor. Solução do solo Água higroscópica Água capilar Água gravitacional Capilaridade Coesão, adesão e tensão superficial originam um fenômeno conhecido como capilaridade, movimento da água ao longo de um tubo. Quanto menor o tubo maior a ascensão capilar. h = 2 cos gr r R parede Onde: : densidade da água : tensão superficial da água : ângulo de de contato g: aceleração da gravidade r: raio do tubo h A tensão gerada nas interfaces líquido-ar nas paredes celulares em contato com o ar dos espaços intercelulares desempenham papel importante na ascensão da seiva. Capacidade de água disponível (CAD) A disponibilidade de água nos solos dependem de vários fatores: ◦ Textura ◦ Estrutura ◦ Teor de matéria orgânica ◦ Mineralogia ◦ Gradiente textura ◦ Impedimentos físicos ◦ Profundidade Capacidade de água disponível (CAD) CAD (mm ) (CC PMP ) Da H (cm ) 100 d CC : capacidade de campo (% volume) PMP : Ponto de murcha permanente (% volume) Da : Densidade aparente do solo D : densidade da solução H : espessura do horizonte (cm) A camada de água disponível de um perfil é obtida pela soma dos resultados do valor encontrado para a camada de água disponível (CAD) de cada horizonte que se deseja considerar. Exemplo (horizontes Ap e B1): Horizonte Ap B1 Prof. cm 0-20 20-45 Cc % 27 30 U.um % 15 18 CAD (Ap) = (27 - 15) x 1,2 x 20 = 14,4 x 20 = 2,88 cm 100 100 CAD (B1) = (30 - 18) x 1,4 x 25 = 16,8 x 25 = 4,20 cm 100 100 CAD (Ap + B1) = 2,88 + 4,20 = 7,08 cm Da g/cm3 1,2 1,4 Curvas de retenção de água dos solos de diferentes texturas (adaptado de Dijkerman, 1981) Disponibilidade hídrica esquemática em função da textura do solo Valores médio em porcentagem do volume, de capacidade de campo (CC: 1 a 3 atm) e ponto de murcha permanente (PMP: 15 atm) e de dispnibilidade de água (CAD) em alguns solos dedo Brsil Latossolo Muito argiloso (>35% argila) Neossolo Quartzarênico (<15% argila) O O A C A 30 litro de água / m3 de solo Bw 75 litros de água / m3 de solo ATRIBUTOS FÍSICOS Cor ◦ Carta de Munsel Textura ◦ Areia, silte e argila Estrutura ◦ Laminar, prismátíca, blocos, granular Porosidade ◦ Macro e Microporos ◦ Permeabilidade Densidade (g cm3) ◦ Aparente e de partícula ATRIBUTOS QUÍMICOS pH Matéria Orgânica ( Carbono ) CTC – Capacidade de troca catiônica Elementos minerais ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Macronutrientes (N, P, K, Ca, Mg, S) Micronutrientes (Fe, Zn, Cu, Mn) Alumínio (Al) Sílicio (Si) Ouro (Au) CLASSIFICAÇÃO DE SOLOS SOLOS (SP)