O Solo do Ponto de Vista Físico Atributos Físicos do solo de maior interesse agronômico.
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O Solo do Ponto de Vista Físico
Atributos Físicos
do solo de maior interesse agronômico
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O Solo como Meio para o Desenvolvimento das Plantas
Definições de solo:
Camada externa e agriculturável da superfície terrestre que juntamente com o clima compõe o meio físico que condiciona
toda a atividade agropecuária.
Porção superior do regolito, diferenciada por horizontes, que se constitui em ambiente de vida das plantas superiores.
I - O que é solo, do ponto de vista agronômico ?
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ATRIBUTOS do SOLO
II - Como descrever o solo ?
Pelos atributos de sua natureza, peloque é “intrínseco”
Características
Pelos atributos de seu comportamento, pelas suas reações afatores externos
Propriedades
* Marcos, Z.Z. Ensaio sobre epistemologia pedológica: 1.Definição de solo.2. Natureza e comportamento do solo. Cahiers O.R.S.T.O.M. ser. Pédol.. vol.XIX, n.1, 1982:5-28(ORSTOM)-Office de la Recherche Scientifique et technique Outre Mer.
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A - Atributos físicos do sistema solo:
- Morfologia
- Composição do Sistema Solo
B - Atributos físicos da matriz do solo:
- Composição da matriz
- Composição granulométrica x Textura
- Estrutura
- Relações Massa/Volume entre os componentes da matriz.
- Energia Potencial da água no solo
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Perfil de um solo: “corpo do solo”
A
A00 M.O. não decomposta A0 M.O. humificadaA1 hor. mineral c/ m.oA2 hor. de perdasA3 hor. de transição
BB1 hor. de transição
B2 hor. de iluviação
B3 hor. de transição
CRocha em decomposição
D Rocha matriz
Morfologia
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• Sistema disperso de 3 fases: sólida (mineral+orgânica), líquida e gasosa.
• Fase sólida (matriz): 35 a 60% do volume total
• Fases líquida e gasosa: no espaço poroso - proporções variáveis
Composição do Sistema Solo
- Parte orgânica: 1 a 4% em peso nos solos minerais%MO = 20+(%argila/5) = limite da %MO entresolos minerais e orgânicos
- Parte mineral: fragmentos de rochas >2mm até partículascoloidais <0,002mm (2
Composição da matriz
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•Frações do solo : (amostra de solo = terra)
Amostra natural = Terra Natural
Esqueleto do solo (>2mm)
Terra Fina (<2mm)
Areia muito grossa 2,00-1,00 mmAreia grossa 1,00-0,50Areia média 0,50-0,25Areia fina 0,25-0,10Areia muito fina 0,10-0,05Limo (silte) 0,05-0,002Argila <0,002
Composição Granulométrica proporção de
partículas < 2mm
Característica
Textura
Propriedade: Sensação que dá ao tato (grosseira, fina, sedosa,untuosa)
Composição granulométrica x Textura
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A importância da textura do ponto de vista físico
(determina, praticamente, todas as demais propriedades)
•é fator determinante das propriedades de retenção e capacidade de armazenamento de água
•é fator determinante na distribuição de poros e, consequentemente, das propriedades de condução de água e gases e suas trocas com a atmosfera e plantas
•é fator determinante da estrutura do solo (diferenças nas interações elétricas)
•é fator determinante das propriedades de resistência à penetração de raízes e à implementos de movimentação mecânica do solo
•é fator determinante de propriedades térmicas do solo,tais como capacidade calorífica, condutividadetérmica
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Característica que exprime o posicionamento espacial relativode cada componente do sistema.
Ao nível de partículas primárias(areia, limo e argila)
Microestrutura
Ao nível macroscópico(agregados)
Padrão estrutural ou Macroestrutura
Caracterização da estrutura
Qualitativamente
Tipo:esferoidalcúbicalaminar, etc
Quantitativamente
Classe:pequena, média, grande, etcGrau:sem, fraco, moderada, forteEstabilidadePorosidade (distribuição de poros)
Estrutura
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A importância da estrutura do ponto de vista físico
•Grande parte dos aspectos da estrutura dos solos tem maior interesse parafins de classificação de solos (aspectos qualitativos) embora muitosdesses aspectos possam oferecer boas indicações sobre as qualidadesfísicas do solo para fins agrícolas.
•Os dois principais aspectos de caracterização da estrutura são:porosidade (distribuição de poros) e agregação
•A estrutura é importante fator nos processos de retenção e transferência queocorrem no sistema: trocas gasosas, retenção e movimento da água e calor.
•A estrutura é fator importante no processo de desenvolvimento radicular das plantas.
•A estrutura reflete a qualidade dos sistemas de manejo físico do solo(compactação).
•A estrutura é fator de identificação do estado de degradação dos solos.
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mP, vP (partículas)
ml, vl (solução)
mg, vg (gases)
vv = vl + vgPoros ou vazios
mt , vt
Outras características físicas do sistema e/ou de seus componentes
Densidade das partículas: dm
vpp
p
dm
vsp
t
Densidade do solo (global):
Porosidade total:
v
v
d
dv
t
s
p
1
Relações Massa/Volume entre os componentes da matriz.
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Água no solo:
•Umidade à base de massa: um
m
m m
ml
p
su ss
ss
•Umidade à base de volume: v
v
m
v
m m
vl
t
l
t
su ss
t
u ds.
•Armazenamento de água:
z
L
A A zl ii
n
i
1
.
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Solutos no solo:
•Concentração a base de volume de solução CM
Vsoluto
solucao
•Concentração a base de volume de solo CM
V
lsoluto
solo
C
C
MVMV
lsoluto
solo
soluto
solucao
C Cl .
•Concentração a base de massa de solo
CC
d
MVMV
M
Mll
s
lsoluto
solo
solo
solo
soluto
solo
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Fração gasosa ou ar do solo:
Pricipais Gases : O2 CO2 N2
Atmosfera livre: 20,9 0,03 78,9
Atmosfera do solo: 19,6 0,9 79,5
respiração, decomposição de MO= diferenças de concentração
Aeração do solo = trocas = uniformização
Concentração do gases no ar do solo:Por volume de ar do solo:
Cvolumede gas
volumedear
Por volume de solo:
Cvolumede gas
volumede solol C Cl . ( )
Porosidade livrede água
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Calor no solo:
Calor específico ou capacidade térmica:
C C Cp a ( ). .1 onde Cp = capacidade térmica das partículas= 0,4 cal/cm3.oC
Ca = capacidade térmica da água=1cal/cm3.oC
para solos orgânicos: Cmo= 0,6
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A Importância das relações massa/volume:
•A densidade de partículas é o reflexo da constituição do solo mas varia muito pouco de solo para solo exceto p/ solos orgânicos.
•Densidade do solo e porosidade - refletem o estado de agregação e de compactação dos solos.
•A quantificação da água no solo, juntamente com a caracterização doseu estado energético (potencial) é fundamental na avaliação dascondições para o desenvolvimento das plantas e dos seus processosdinâmicos no solo.
•As demais relações quantitativas para a água do solo ,solutos e gases (concentrações) e calor (capacidade calorífica) apresentam interesse direto, no que diz respeito à caracterização das condições dosistema como meio para o desenvolvimento das plantas e microorganismos (umidade, salinidade, aeração, condições térmicas),e são relações fundamentais para a quantificação dos seus respectivosprocessos dinâmicos no solo.
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Energia Potencial da água no solo
A água do solo, da planta, da atmosfera ou de qualquer outro sistema, assim como qualquer corpo na natureza, pode ser caracterizada por umESTADO de ENERGIA - Descreve-se o Estado especificando-se osvalores numéricos de um certo número de variáveis denominadas “Funções de Estado” que dependem apenas das características do sistema na situação em que ele se encontra no momento (função de ponto).
Diferentes Formas de Energia Podem Estar Envolvidas
Uma vez que a água movimenta-se no solo à baixas velocidades, a caracterização do seu Estado de Energiaé feita pela sua Energia Potencial
Energia Livre de Gibbs = Potencial Total da Água“Função de Estado”em uma forma mais adequada para a caracterização do Estado de Energia da águano solo
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A- Potencial da água do solo Movimento da água no solo
B- Potencial da solução do solo Movimento da solução no solo
Avaliação em relação a um Estado de Referência
A- água livre (sem a influência da matriz), em um dado referencialde posição, à mesma temperatura da água no solo e à pressão atmosférica padrão = 0,101325MPa
B- solução livre (sem a influência da matriz), com a mesma composição química da solução do solo, em um dadoreferencial de posição, à mesma temperatura e à mesmapressão atmosférica padrão
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i i i i iT
T
P
P
Z n
i ddngdzvdPsdT0 0 00 0
mosgPTi
Referência = água pura e livre
Para fins práticos: processos que ocorrem no solo são isotérmicos.Portanto:
Potencial da solução do solo
mosgPi Total Pressão
Gravitacional
Osmótico
Mátrico
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Unidades de Potencial
Energia Livre de Gibbs = Energia (grandeza extensiva) -depende da extensão do sistema
Conveniente expressar em Energia por unidade deoutra grandeza que expressa a extensão do sistema:
Energia por unidade de massa: 2222
...
TLM
TLM
M
E (joule/kg)
Energia por unidade de volume: 213
22
....
TLML
TLM
V
E (Pascal)
Energia por unidade de peso: LTLM
TLM
P
E
2
22
..
.. (carga hidráulica)
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P - Potencial de Pressão
Representa a diferença de potencial entre a solução no soloe a água no estado de referência devida a uma diferença depressões sobre as duas situações - ocorre em condições desolo saturado ou sob lâminas de água:
Solo saturado
H de água
A
HgmHgm
V
HgmAP
......
Hgm
HgmAP
...
Hgm
HgmAP
.
..
(pressão)
(energia/massa)
(Energia por peso= carga hidráulica)
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g - Potencial Gravitacional
Corresponde à energia potencial do campo gravitacional - está sempre presente - geralmente é tomada como zero na superfície do solo
Z=0
zA
zgV
zgmg ..
).(.
zgm
zgmg .
).(.
zgm
zgmg
.
).(.
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os - Potencial Osmótico
H2Opura
Soluçãodosolo
C0 C1
Membranasemi-permeável
cRTos
C1=10-3 Mol/litro
cmatmos 4,250246,010.300.082,0 3
Desprezível devido às baixas concentrações das soluções do solo e sócontribui para o movimento da água na presença de membranas semi-permeáveis (interface solo/raiz).
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m - Potencial Mátrico
Fenômenos capilares Adsorção
(Forças atrativas entre cargasda superfície das partículas e a molécula dipolar da água)
“Forças mátricas de retenção”
Processos de retenção da água no solo:
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gáslíquido
sólido
F (força resultante da atração coesiva do líquido)
F1
F1
G
Força de atração adesiva (sólido-líquido) acima da superfície
Força de atração adesiva (sólido-líquido) abaixo da superfície
R
Ângulo de contato líquido/sólido
90o
Equilíbrio = R paralelo à parede
Quando F = 2 F1 ou 2.GF
< 90o
Equilíbrio = R não paralelo à parede“líquido molha a parede”
Quando F < 2 F1 ou 2.GF <
sólidogáslíquido
FR
G
Menisco côncavo
G
G
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Água sobre vidro Mercúrio sobre vidro
Forças mátricas de retenção / potencial mátrico da água no solo
Água livre (estado padrão) 0m
Água retida por forças mátricas 0<m
“Diminuem a energia potencial da água”
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R R
r
LF .s
L
LF .sp
Rp
s2
p = pressão interna sob a superfície côncava = “tensão”
cos.Rr
atmP
atmPpghPP atm
P
atmatm PpghP
ghr
ghR
ghp
s
s
cos
2
2
rgh
..
cos..2
s
h
Capilaridade
(força contrátil)
p
1dinas.cm9,71 svidro)x(água100 0
3g.cm1 w-2cm.s981g
cmh
cmr
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Observações Gerais sobre a Importância Agronômicados Atributos Físicos do Solo
•Pouco se conhece sobre as relações entre comportamento das plantascultivadas e os atributos físicos do solo, principalmente no que se refere à quantificação dessas relações.
•Um dos principais desafios da física do solo parece estar em compreender melhor (quantificar) as “exigências” das plantas quanto às condições físicas ideais do solo e de que forma manejar o sistemasolo no sentido de garantir tais condições e maximizar a produtividade.
•São muito amplas e diversificadas as técnicas disponíveis para acaracterização física dos solos, mas tal caracterização tem permitidobasicamente apenas o conhecimento detalhado do sistema solo em si, incluindo-se os diferentes processos físicos que nele ocorrem.
Caracterização Física do Solo Recomendações de manejo