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Universidade Federal do Pará Instituto de Geociências Programa de Cursos Lato Sensu a Distância Curso de Especialização em Rochagem e Remineralização de Solos FUNDAMENTOS DE PEDOLOGIA Professor: Anderson Martins de Souza Braz Universidade Federal Rural da Amazônia Belém-PA 2019 1. Introdução Ciência do Solo ou Pedologia (Pédon do Grego = solo) é uma disciplina científica no ponto de encontro das ciências (p.e. química, física), biológicas (p.e. botânica, zoologia, microbiologia), geológicas (p.e. mineralogia, geologia, geografia) e agrícolas (p.e. produção das culturas, nutrição de plantas, tecnologia do solo). Ela abrange pesquisa, ensino, estudos e uso prático do solo. Os principais ramos da ciência do solo são: Pedologia geral compreende: descrição/morfologia do solo (inventário das propriedades e comportamento do solo); gênese do solo (origem e desenvolvimento dos solos); sistemática (classificação dos solos de acordo com aspectos pedogenéticos); ecologia do solo (interação do solo com animais, seres humanos e meio ambiente). Ciência do solo aplicada trata do uso agrícola, silvicultural e horticultural dos solos: compreensão da fertilidade do solo contribui para um melhor crescimento das culturas e torna possível o melhoramento ou manutenção da fertilidade (produtividade). Além de prover o habitat e alimento para as plantas, o solo funciona como um filtro, tampão e sistema de transformação que se contrapõe à poluição ambiental resultante da atividade humana. 2. História da Pedologia A ciência do solo empírica é bastante velha, tendo origem quando o homem começou a utilizar o solo para as culturas, pastoreio, jardins, videiras e florestas; o que é evidenciado pelas figuras e relíquias das antigas civilizações. Evidências etimológicas do significado do solo para o homem: Latim para “homem” Homo sapiens, Alemão antigo Gomo (homem ou humanidade) e a palavra Latina Húmus (solo) todos têm a mesma raiz; é a mesma coisa para o Hebraico: Adam (humanidade), Adamah (solo arável). O estudo do solo como uma ciência formal começou na segunda metade do século dezenove. Um pioneiro foi F.A. Fallou (“Pedologia ou Ciência do Solo Geral e Aplicada”, Dresden 1862). Fundadores da moderna ciência do solo: V.V. Dokuchaev (“O Chernozem Russo”, Petersburg 1883); E.Ramann (“Ciência do Solo Florestal”, Berlin 1893); E.W. Hilgard (“A Influência do Clima na Formação e Composição dos Solos”, Heidelberg 1893). A ciência do solo foi também relacionada com outras disciplinas, p.e. agricultura (A. Thaer), química agrícola (H. Davy, C. Sprengel, J. v. Liebig), geografia, geologia, petrologia (A. v. Humboldt, F. v. Richthofen, J. C. Hundeshagen, F. Senft), biologia (C. Darwin, P. E. Mueller). 3. Tópicos da Pedologia Diferentemente de minerais, plantas e animais, solos não são entidades perfeitamente distintas e não exatamente definíveis. Solos podem ser descritos como um fenômeno limite da superfície da terra. Eles pertencem à pedosfera, na qual a litosfera, a atmosfera, a hidrosfera e a biosfera se sobrepõem e interagem (Figura 1). Solo é o produto de transformação das substâncias orgânicas e minerais da superfície da terra sob a influência dos fatores ambientais que operam por um período de tempo muito longo e apresentando uma organização e morfologia definidas. É o meio de crescimento para as plantas superiores e a base da vida para os animais e seres humanos. Como um sistema de tempo-espaço o solo apresenta quatro dimensões. Os componentes do solo (mineral, orgânico, água e ar) são arranjados no espaço para formar o corpo do solo: a diferenciação do corpo do solo em horizontes dá origem ao processo da pedogênese que leva a um grande número de classes de solos (tipos de solo) que refletem diferentes propriedades e funções ecológicas no ambiente e contribuem de várias formas para suportar a humanidade. Figura 1. Processos interativos da pedosfera com a biosfera, atmosfera, hidrosfera e litosfera. Fonte: Pérez et al., 2016 (adaptado de Lal et al., 1998). Como a pedosfera (excetuando penhascos costeiros, precipícios e falhas) é constituída de uma série contínua de solos, esses últimos devem, para descrição, classificação e investigação, ser divididos em unidades muito pequenas (“pseudo-individuais”). A unidade é o pédon – uma coluna aproximadamente hexagonal, em três dimensões, através da pedosfera, indo do material de origem até a superfície. Sua seção transversal varia de 1-10 m2 e profundidade de 0,5 a 2 m, dependendo da variabilidade do solo. É o menor volume que pode ser chamado de solo (Figura 2). Perfil de solo: Seção vertical (2 dimensões) através do pédon ou pedosfera (Figura 2). Figura 2. Arranjo hierárquico de diferentes componentes: paisagem, polipedon, pédon, perfil e horizontes do solo. Fonte: Adaptado de Brady & Weil, 1996. 4. Componentes no Solo O solo é uma mistura variável de componentes minerais: fragmentos da rocha matriz, minerais primários e secundários, substâncias amorfas; componentes orgânicos: fauna e flora do solo, raízes de plantas, resíduos de plantas intactos e em decomposição, substâncias húmicas recentemente formadas (húmus); Água e Ar. Sendo uma mistura de substâncias sólidas, líquidas e gasosas, o solo é um sistema de 3 fases (Figura 3). Figura 3. Composição média de um solo. 5. Fatores de Formação do Solo A pedogênese ou formação do solo é estudada pela Pedologia, cujas noções básicas e conceitos fundamentais foram definidos em 1877, pelo cientista russo Dokuchaev. Até esta época, prevaleceu a visão geológica que considerava o solo apenas como sendo um manto de fragmentos de rocha e produtos de alteração, que reflete unicamente a composição da rocha que lhe deu origem. Com a constatação da existência de solos diferentes desenvolvidos a partir de uma mesma rocha de origem, a concepção sobre o que é o solo passou a ter uma conotação mais genética, onde o solo é identificado como um material que evolui no tempo, sob a ação dos fatores naturais ativos na superfície terrestre. Em 1898, Dokuchaev consolidou a concepção de que as propriedades do solo são resultado dos fatores de formação do solo que nele atuaram e ainda atuam, a saber: material de origem, clima, organismos, topografia (relevo) e tempo. Hans Jenny (1941), um cientista do solo suíço traduziu a teoria de Dokuchaev para uma linguagem matemática e formulou o modelo de formação do solo mais conhecido na ciência do solo, que pode ser definido pela seguinte equação: S = f (cl,o,r,p,t,...) onde S é a variável solo; cl é o clima; o são os organismos; r é o relevo; p (ou “mo”) é o material de origem e t é o tempo. As reticências significam que outros fatores não listados podem ocorrer eventualmente. Material de origem O material de origem de um solo pode ser uma rocha ou um sedimento inconsolidado, aluvial (depósito de rio), ou coluvial (depósito de material no sopé das elevações). Tempo A rigor, o início da formação de um solo ocorre quando uma rocha sã começa a ser alterada, ou um evento de sedimentação se encerra, e a partir daí começam a ocorrer os processos de formação do solo. Mas como existe a erosão atuando em sentido contrário à pedogênese, é difícil precisar o início exato da formação do solo. Embora a sucessão de eventos modeladores da superfície do planeta, estudados pela geomorfologia, nos dê uma ideia de sequência temporal dos materiais de solos dispostos na paisagem, não é comum se pesquisar a idade de um Latossolo ou de um Cambissolo, até porque provavelmente esses solos já passaram por várias fases de pedogênese, considerando a dinâmica da superfície do planeta. O uso do termo tempo/idade em pedologia normalmente está relacionado à maturidade (Figura 4), ao grau de desenvolvimento de um solo, e não aotempo cronológico. Assim, quando se diz que um solo é jovem, isto significa que a pedogênese foi pouco intensa (condições de relevo plano, clima frio ou seco), ou que a taxa de erosão foi maior que a taxa de pedogênese (relevo acidentado), formando um solo pouco espesso, podendo apresentar minerais ainda passíveis de intemperização. Ao contrário, a referência a um solo velho, indica tratar-se de um solo espesso, quimicamente pobre, com minerais profundamente intemperizados e acúmulo de óxidos. Figura 4. Evolução da formação/maturidade do solo. Fonte: Buol et al., 1997. Clima (precipitação e temperatura) O clima é o fator que, isoladamente, mais contribui para o intemperismo. Mais do que qualquer outro fator, determina o tipo e a velocidade do intemperismo em uma dada região. Os dois parâmetros climáticos mais importantes são a precipitação e a temperatura, regulando a natureza e a velocidade das reações químicas. Para que as reações químicas de intemperismo ocorram, é necessário que exista água no sistema. Dessa forma, a água está envolvida diretamente no processo, seja como solvente, seja indiretamente, favorecendo a instalação de seres vivos que irão acelerar o intemperismo. Uma vez processadas as reações, a circulação de água exerce importante papel na remoção de partículas sólidas (erosão) e produtos solúveis (lixiviação) do intemperismo. Quanto maior a disponibilidade de água (pluviosidade total e distribuição ao longo do ano) e mais frequente for a sua renovação (drenagem), mais completas serão as reações químicas do intemperismo. A temperatura desempenha um papel duplo, condicionando a ação da água: ao mesmo tempo em que acelera as reações químicas, aumenta a evaporação, diminuindo a quantidade de água disponível para a lixiviação dos produtos solúveis. A elevação da temperatura em 10°C, aumenta de duas a três vezes a velocidade das reações químicas. Organismos Compreende os vegetais, animais, bactérias, fungos, liquens, os quais têm influencias dinâmicas nos processos de formação do solo. Estes organismos exercem ações físicas e químicas sobre o material de origem e continuam a atuar no perfil do solo. Estas ações podem ser classificadas como conservadoras e transformadoras. Ações conservadoras são por exemplo, a interceptação da chuva pela parte aérea dos vegetais, o sombreamento da superfície (diminuindo a amplitude térmica), assim como a retenção de solo pelas raízes das plantas. Entre as ações transformadoras se destacam a ação dos organismos no intemperismo físico e químico das rochas, a mobilização de sólidos (minerais e orgânicos) por animais, e a reciclagem de nutrientes e incorporação de matéria orgânica pelos vegetais. Topografia (relevo) A topografia regula a velocidade do escoamento superficial das águas pluviais (o que também depende da cobertura vegetal) e, portanto, controla a quantidade de água que se infiltra nos perfis, de cuja eficiência depende o fluxo vertical de solutos e colóides, assim como o fluxo lateral de partículas sólidas pela erosão. Dessa forma o intemperismo se acentua quanto mais a água se infiltrar pelo perfil do solo, levando os produtos mais solúveis do intemperismo. Por outro lado, se as partículas sólidas da superfície do solo forem arrastadas pelo escorrimento lateral (erosão), o equilíbrio pedogênese/erosão se deslocará no sentido de manter o solo com menor espessura, ou seja, mais próximo do material de origem. 6. Processos Gerais de Formação do Solo São processos que produzem as modificações que ocorrem no solo devido à atuação dos fatores de formação do solo. Consistem de adição, remoção ou perda, transformação e translocação. A ação mais ou menos pronunciada de um ou mais desses processos gerais conduz aos chamados processos específicos de formação do solo. Adição Compreende qualquer contribuição externa ao perfil do solo. Entre estas, consideram-se a adição de matéria orgânica (restos orgânicos de animais e vegetais), poeiras e cinzas trazidas pelo vento, materiais depositados tanto por enchentes como por movimentos de massa nas encostas, gases que entram por difusão nos poros do solo (CO2, O2, N2), adubos, corretivos, agrotóxicos, adição de solutos pela chuva, etc. Remoção ou perda Compreende as perdas de gases, líquidos ou sólidos sofridas por uma determinada porção de solo, podendo ser em superfície ou em profundidade. As primeiras compreendem a exportação de nutrientes pelas colheitas, perdas de compostos voláteis por queimadas, perdas por erosão hídrica ou eólica, etc. As perdas em profundidade compreendem lixiviação de solutos pelo lençol freático, perdas laterais de soluções com íons reduzidos (Fe, Mn), etc. Translocação É caracterizada pelo movimento de materiais de um ponto para o outro dentro do perfil do solo. São processos de translocação, entre outros, o movimento de argilas e/ou solutos de um horizonte para o outro no perfil, o preenchimento de espaços deixados por raízes decompostas, cupins, minhocas, formigas, etc., o movimento de materiais promovido pela atividade agrícola, e o preenchimento de vazios provocados pela contração de solos ricos em argilas expansivas (esmectites e montmorilonites). Transformação São processos que consistem na transformação física, química ou biológica dos constituintes do solo, envolvendo síntese e decomposição. Transformações físicas incluem quebras de minerais e rochas, umedecimento e secagem do solo com quebra de agregados, compressão provocada pelo crescimento de raízes, etc. Transformações químicas consistem dos processos de intemperismo químico já conhecidos, assim como a neoformação de minerais da fração argila do solo. 7. Processos Específicos de Formação do Solo São caracterizados como processos específicos de formação de solos, aqueles em que ocorre atuação destacada de um ou mais dos processos gerais de adição, remoção, translocação ou transformação, de formação do solo. Os principais processos específicos de formação do solo são: latossolização, podzolização, hidromorfismo, salinização. Latossolização É o processo específico de formação dos Latossolos, no qual sobressaem os processos gerais de remoção e transformação. Nesse processo, os fatores ativos de formação do solo (clima e organismos) apresentam uma ação intensa por um longo tempo, em uma condição de relevo que propicia a remoção de sais solúveis e a transformação acentuada de minerais, em busca de uma condição de equilíbrio, resultando no acúmulo de minerais mais estáveis como argilominerais 1:1 (caulinita) e óxidos de Fe e Al. No processo de latossolização, com a perda de sais básicos (mais solúveis), o solo vai se tornando mais ácido, aproximando o seu pH ao pH onde ocorre a neutralidade de carga das argilas. Esta aproximação da neutralidade de cargas no solo diminui o movimento das argilas, provocado pela repulsão entre cargas de igual sinal, leva à floculação, e em seguida à formação de agregados pequenos e de forma granular, que passam a ser fortemente cimentados por óxidos de Fe e Al. Esta estrutura permite que os Latossolos apresentem uma alta permeabilidade e arejamento, semelhante a solos arenosos, mesmo que contenham elevados teores de argila. Os Latossolos ocupam extensos chapadões planos onde a água em abundância se infiltrou profundamente, causando intensa lixiviação e acentuado intemperismo. Estas condições podem não mais existir atualmente, fazendo com que se encontrem Latossolos associados a relevo acidentado em condições climáticas que favorecem menos a latossolização. Sendo estes solos muito intemperizados, as evidências do material de origem são mais difusas do que em solos jovens. O material intemperizado foi intensamente revolvido pelos organismos vivos (formigas, cupins, raízes mortas etc) e transportados a grandes distancias na paisagempor ação dos agentes erosivos (vento, chuvas, cursos d´água etc.). Esses agentes promovem mistura de substratos de diferentes origens. Podzolização Este processo específico é caracterizado pela translocação de argila e de compostos organo-minerais dentro do perfil. Mesmo que a translocação seja um processo de destaque, os processos de adição, perda e transformação também ocorrem. Dois grandes grupos de solos apresentam a podzolização: os Argissolos (antigos podzólicos), Espodossolos (antigos Podzóis). Além destes temos os Luvissolos (antigos Bruno não cálcicos) e Planossolos. Nos Espodossolos é notável a translocação de complexos de matéria orgânica e óxidos de ferro e/ou alumínio de um horizonte eluvial (E) para um horizonte espódico (Bhs) onde estes complexos se precipitam. Estes solos são formados a partir de material arenoso e sob condições que facilitam o acúmulo superficial de matéria orgânica e a acidólise (baixas temperaturas ou hidromorfismo acentuado). Os solos Argissolos apresentam translocação de argila dos horizontes mais superficiais para um horizonte mais profundo (horizonte de acumulação de argila, Horizonte B Textural – Bt). São bem mais argilosos do que os podzóis e são formados em condições de alternância de ciclos de umedecimento e de secagem (clima com estações seca e úmida definidas, ou posição na paisagem que permita tal alternância, tal como sopé de encostas). O movimento descendente da argila no perfil, leva ao entupimento de macroporos no horizonte Bt, facilitando a erosão no horizonte superficial. Salinização (ou halomorfismo) É o processo específico de formação de solos que apresentam acumulação de sais no perfil. É comum nesses solos o processo de adição de sais pelo lençol freático ou pela erosão das elevações circundantes. Esses solos estão associados a planícies ou depressões onde a drenagem é deficiente e a precipitação pluviométrica é menor do que a evapotranspiração. Os solos formados por esse processo têm suas características diferenciadas conforme a assembleia de cátions (principalmente Ca+2, Mg+2, Na+, H+) que satura as cargas de suas argilas e são reconhecidos pelos atributos: - caráter sódico: saturação das cargas por Na > 15%. - caráter solódico: saturação das cargas por Na > 6% e < 15%. - caráter salino: condutividade elétrica > 4 ds/m2 e < 7 ds/m2. - caráter sálico: condutividade elétrica > 7 ds/m2. Exemplo de classes de solos: Gleissolos Sálicos (antigos Solonchaks) e Planossolos Nátricos (antigos Solonetz solodizado). São solos encontrados no Nordeste brasileiro e no Pantanal Mato-grossense. Hidromorfismo Neste processo específico de formação de solos, alguns horizontes do solo estão sujeitos à submersão contínua ou durante a maior parte do tempo. Os processos gerais de formação do solo que mais se destacam são a transformação de minerais passíveis de redução, e a adição de matéria orgânica, que se acumula devido à menor taxa de decomposição. A menor quantidade de oxigênio do solo, causada pelo excesso de água, permite a proliferação de organismos anaeróbicos que, neste ambiente de baixo potencial de oxi-redução, reduzem o Fe3+ dissolvido na solução do solo, usando-o como receptor de elétrons no processo de oxidação dos compostos de carbono. Essa forma solúvel do Fe está em equilíbrio químico com os óxidos de ferro (Fe (OH)3 ↔ Fe 3+ + 3OH-) e, uma vez consumida na solução, desloca a reação para dissolução das formas minerais cristalizadas (hematita e goethita). Assim, as argilas oxídicas ferruginosas vão sendo consumidas e o solo vai perdendo as cores vivas (vermelha e amarela) dessas argilas. A cor esbranquiçada e acinzentada dos solos hidromórficos reflete a redução do ferro férrico presente nos óxidos. Estes solos são frequentemente escurecidos pela pigmentação da matéria orgânica que se acumula, uma vez que os organismos anaeróbicos são menos eficientes na mineralização da matéria orgânica, do que os aeróbicos. Os solos onde o hidromorfismo é marcante são denominados Organossolos, Gleissolos e Planossolos Hidromórficos. Os Neossolos Flúvicos, formados pela deposição de sedimentos ao longo das margens dos rios, e por isso denominados sedimentos aluviais antigos, estão muito frequentemente associados na paisagem a esses solos hidromórficos. Entretanto, eles não são considerados solos hidromórficos por terem melhor drenagem ao longo do perfil (geralmente arenoso), e apresentarem horizonte “A” sobre uma sucessão de camadas de sedimentos que não têm relação pedogenética entre si. 8. Intemperismo Intemperismo Físico A desintegração das rochas e minerais para partículas menores aumenta a superfície específica; isto é um pré-requisito essencial para o intemperismo químico. Isto é um resultado de: a) Flutuações de temperatura: mudanças no aquecimento e resfriamento causam diferenças na expansão e contração dos lados ensolarados e sombreados e entre a superfície e o interior - o resultado é estresse, divisão, fissuração e decomposição. b) Congelamento (cryoclástico): a expansão da água nas fendas e fissuras resulta em grande fragmentação das rochas e minerais (gelo = 9% mais volume do que água); c) Ação das raízes das plantas: A espessura delas aumenta as fissuras; menos importante do que congelamento e temperatura. Intemperismo Químico É a decomposição dos materiais intemperizados fisicamente por dissolução, hidrólise, acidólise e oxidação. Os principais agentes são: íons H2O, CO2, O2 e H +. a) Dissolução: principalmente de sais solúveis em água (cloreto de sódio - NaCl; gesso - CaSO4.2H2O), pela ligação de dipolos de H2O aos cátions e ânions da estrutura do cristal com remoção dos íons em solução. Solubilidade do NaCl 360 g L-1, e do gesso 2,6 g L-1 a 20 oC. A dissolução é importante, por exemplo, na salinização dos solos salinos e na formação do solo de rochas que contêm gesso. b) Hidrólise: decomposição pela água dos sais muito ou pouco solúveis, combinando uma base forte com um ácido fraco, pela dissociação da água em íons de H+ e OH-. c) Acidólise ou ataque por íons: muito mais intenso do que a hidrólise em água pura. Íons H+, ou prótons, se originam, principalmente, do ácido fraco H2CO3, resultado da reação do CO2 da atmosfera com água: Íons H+ podem também se originar de ácidos orgânicos ou inorgânicos formados por oxidação. d) Oxidação: Elementos reduzidos (FeII, SII, MnII) são oxidados por O2 atmosférico na presença de H2O e microrganismos para (Fe III, SVI, MnIII, MnIV). Nesse processo, a entrada de O e OH causa expansão e desintegração da estrutura do cristal e isso resulta na cor castanha ou avermelhada uma vez que o ferro sempre está presente e hidróxidos e óxidos férricos tem a cor castanha ou vermelha; A cor é intensificada pela cor castanha escura do Mn oxidado. A intensidade de cor um bom indicador da extensão da intemperização. Organismos do solo e raízes das plantas interagem com a intemperização química por: produzindo CO2 (respiração), íons H + (troca com nutrientes catiônicos), ânions orgânicos (citrato, malato, tartarato, oxalato) os quais formam complexos com Al, Fe, Mn que atacam a estrutura dos cristais. Também ocorre a oxidação microbiana do FeII, SII e MnII. Intensidade do Intemperismo A intemperização física é acelerada pela variação em temperatura (especialmente na amplitude do mais quente para o mais frio). A intemperização química aumenta com o aumento da umidade, temperatura e concentração de íons H+ e com o aumento da superfície específica (partículas menores). Grau de intemperização Pode ser expresso pelo índice de intemperização: relação entre minerais estáveis e instáveis (Tabela 1) no material não intemperizado comparada com a mesma relação no material intemperizado, por exemplo: Índice quartzo/feldspato = total de quartzo/total de feldspato (% em peso). Quantomaior for a diferença na relação entre material de origem e rocha intemperizada mais intenso é o processo de intemperização. Tabela 1. Tempo aproximado calculado para a dissolução completa de uma esfera ou cubo com 1mm de diâmetro de vários minerais em solução diluída a pH 5 e 20 oC, com base em experimentos de laboratório 9. Características Morfológicas do Solo O Perfil do Solo: é uma seção vertical que se inicia na superfície do solo até chegar à camada de rocha. E como dito, esse perfil pode ser constituído de diversos horizontes do solo, ou seja, as diferentes camadas que o constituem e são formadas pelos processos pedogenéticos (Figura 5). Figura 5. Perfil de solo genérico com os seus horizontes. As características morfológicas do solo utilizadas para a sua classificação: cor, textura, estrutura, porosidade, consistência: Cor Textura Diz respeito a distribuição de tamanho das partículas do solo (Figuras 6 e 7). O conhecimento da textura é importante pois fornece informação sobre o solo a respeito de: i. Sua capacidade em permitir a movimentação da água (condutividade hidráulica), ii. Sua capacidade em reter/armazenar água, iii. Seu potencial de fertilidade e, iv. Sua capacidade mecânica. Tabela 2. Classificação granulométrica A fração areia: Diâmetro entre 0,05 e 2 mm; visíveis a olho nu; formato arredondado ou angular; sensação áspera ao tato; não tem coesão (não é plástico, nem pegajoso); baixa superfície específica; pobre em nutrientes; os poros formados entre as partículas de areia favorecem a drenagem e a aeração; armazena pouca água; as areias quartzosas têm coloração branca. Se o quartzo estiver misturado com outros minerais a coloração pode ser marrom. Algumas areias podem ser avermelhadas ou amareladas devido aos sesquióxidos. A fração silte: Diâmetro entre 0,002 e 0,05 mm; partículas invisíveis a olho nu; sensação sedosa ao tato; é plástico, mas não é pegajoso quando molhado; retém mais água que a areia; facilmente lavável e sujeito à erosão; retém mais nutrientes que a areia. A fração argila: Diâmetro menor que 0,002 mm; possuem formato de lâminas planas ou pequenos flocos; as partículas de argila são colóides; sensação sedosa ao tato; é pegajoso e plástico (fácil de ser moldado); alguns tipos apresentam expansão e contração (argilas 2:1); alta superfície específica; formam espaços porosos pequenos; alta capacidade de retenção de água; grande capacidade de adsorção de elementos químicos. Figura 6. Frações areia, silte e argila, respectivamente. Figura 7. Tamanhos relativos das frações do solo. A Classe textural é definida a partir das proporções das frações areia (grossa + fina), silte e argila presente na amostra de solo (Figura 8). Ex: 60% areia; 30% silte e 10% argila. Figura 8. Triângulo textural (Sociedade Brasileira de Ciência do Solo – SBCS), solo do exemplo (vermelho) apresenta a textura franco arenosa. Estrutura Estrutura é o arranjo das partículas primárias do solo formando agregados (torrões). Este arranjo é geralmente bastante complexo não permitindo uma caracterização geométrica. A descrição da estrutura é feita no campo, observando-se detalhadamente os agregados por ocasião de sua remoção no perfil. A estrutura depende do grau de adesão e coesão das partículas durante o processo de intemperismo. A estrutura do solo é determinante para a porosidade do solo, ou seja, na distribuição e no tamanho dos poros. A estrutura do solo afeta, portanto, a capacidade de retenção e a condutividade hidráulica do solo. Afeta processos tais como germinação, crescimento de raízes, erosão, etc. A estrutura do solo resulta de uma combinação de diversos fatores: raízes, húmus e matéria orgânica em geral, micro-organismos, coesão das partículas, conteúdo e tipo de argila, e conteúdo de óxidos de alumínio e ferro. A estrutura pode ser: granular, prismática, colunar, blocos e laminar (Figura 9). Figura 9. Tipos de estruturas do solo. Porosidade O arranjo entre os componentes sólidos (física e quimicamente diferentes, e com formas e tamanhos variados) determina as características geométricas dos poros, nos quais a água e o ar se movimentam ou são retidos. A porosidade influencia diretamente no movimento da água no solo. A porosidade determina a capacidade de armazenamento da água no solo (Figura 10). Figura 10. Porosidade de solos com textura contrastantes, maior capacidade de armazenamento de água no solo argiloso em relação ao solo arenoso. Consistência Consistência é uma propriedade dos solos que reflete as forças de coesão e de aderência, presentes nos solos sob diferentes graus de umidade. A massa do solo, quando molhada, seca ou úmida, apresenta diferentes resistências quando manuseada, resultantes da atração entre as partículas sólidas revestidas, ou não, por películas líquidas. A coesão é a força de atração na interface líquido-líquido, ocorrendo entre partículas sólidas revestidas de películas líquidas, sendo proporcional à tensão superficial do líquido, e inversamente proporcional ao diâmetro das partículas sólidas. A aderência é a força de atração na interface sólido-líquido, ocorrendo entre partículas sólidas, quando algumas estão revestidas por películas líquidas e outras não, ou entre partículas sólidas revestidas por películas líquidas e a superfície seca de objetos estranhos a solo. A consistência é definida a partir da avaliação de amostras de solo em estado úmido, molhado e seco (Figura 11). Figura 11. Classes de consistência do solo seco. O manuseio das amostras molhadas permite determinar a plasticidade e pegajosidade (ou aderência). O solo com grande plasticidade é aquele que permite o seu modelamento em rolos finos e sua compressão, sem que haja ruptura; enquanto os solos não plásticos serão aqueles que se esfarelam ao serem modelados, ocorrendo os estados intermediários (ligeiramente plástico e plástico). Já a pegajosidade é definida pelo grau de aderência do material ao ser comprimido entre os dedos polegar e indicador. Ao se afastar os dedos percebe-se a maior ou menor resistência do material comprimido, caracterizando amostras não pegajosas, ligeiramente pegajosas, pegajosas ou muito pegajosas. Para o solo úmido observa-se a friabilidade, que caracteriza a facilidade de ruptura da massa ao ser comprimida, definindo-se consistências soltas, friáveis e firmes. Finalmente, para o solo seco o parâmetro analisado é a tenacidade, que é a resistência da amostra ao se tentar esfarelá-la com os dedos. Definindo-se consistências entre macia, quando a amostra se desfaz entre os dedos, e muito dura, quando a amostra resiste inteira à pressão. A consistência do solo tem implicações diretas em seu manejo. Solos muito plásticos e pegajosos só podem ser trabalhados em amplitude estreita de umidade. Já os solos de boa friabilidade apresentam boas condições para aração. 10. Horizontes do Solo Principais: O – Horizonte superficial de constituição orgânica, originadas em condições de drenagem livre. H – Horizonte superficial de constituição orgânica sob condições de prolongada estagnação de água. A – Horizonte mineral superficial escurecido pela incorporação da matéria orgânica. E – Horizonte mineral de máxima eluviação (perda ou translocação de compostos minerais) caracterizado pela cor clara. B – Horizonte mineral subsuperficial formado sob E, A ou O; onde ocorre acumulação de material lixiviado e a maior expressão dos processos pedogenéticos (máximo desenvolvimento de estrutura, cores mais vermelhas). C – Horizonte ou camada de sedimentos ou saprolito (material de rocha que não apresenta resistência à escavação com pá). R – Material consolidado que não pode ser cortado com uma pá, mesmo quando úmido. Transicionais:Um horizonte principal subjuga propriedades de outro horizonte principal (horizonte miscigenados). Ex.: AB, BC. Designam características específicas decorrentes dos processos pedogenéticos: a – propriedades ândicas (material amorfo de natureza vulcânica). b – horizonte enterrado (soterrado). c – concreções ou nódulos endurecidos de Fe, Al, Mn ou Ti. d – acentuada decomposição de material orgânico. e – escurecimento da parte externa dos agregados por matéria orgânica não associada a sesquióxidos. f – material plíntico e, ou, bauxítico brando. g – gleização (cores cinzentas e neutras). h – acumulação iluvial de matéria orgânica. Ex.: Bh Bhs. i – incipiente desenvolvimento do hor. B. j – tiomorfismo (material rico em sulfetos – jarosita (KFe3 (OH)6 (SO4 )2 ). k – presença de carbonatos alcalino-terrosos. k´ - acumulação de carbonato de cálcio secundário. m – extremamente cimentado. Duripã qm ou sm cimentação irreversível. n – acumulação de sódio. PST > 6%. o – material orgânico mal o não decomposto. Possível identificação da matéria orgânica. p – (plow = lavrar) aração ou outras pedoturbações. q – acumulação de sílica. r – rocha branda ou saprolito. Ex.:Cr. s – acumulação iluvial de sesquióxidos. Cores vivas – valor e croma > 3. t – acumulação de argila. u – modificações antropogênicas (terra preta do índio). v – características vérticas. w – intensa intemperização. Exclusivo para o horizonte B. x – cimentação aparente reversível. Fragipã – friável quando úmido. y – acumulação de sulfato de cálcio. z – acumulação de sais prontamente solúveis (KCl, NaCl, CaCl2 ). 11. Como classificar os solos Horizontes diagnósticos de solos: Superficiais e subsuperficiais (Figura 12) Figura 12. Modelo esquemático dos horizontes diagnósticos do solo. Superficiais: Horizonte Hístico - Material orgânico (H – alagado; O – altitude, frio). Horizonte A Chernozêmico - Horizonte mineral, em geral espesso, de coloração escura e saturação por bases elevada. Horizonte A Proeminente - Semelhante ao A Chernozêmico, mas com baixa saturação por bases. Horizonte A Húmico - Horizonte mineral com alto teor de carbono (escuro). Horizonte A Antrópico - P2O5 solúvel em ácido cítrico > 250 mg kg -1. Horizonte A Fraco - Pouco desenvolvido (raso), cores claras e baixo teor de matéria orgânica. Horizonte A Moderado - Quando não se enquadra nos demais devido a cor, espessura, teor de carbono, entre outros. Subsuperficiais: Horizonte B textural (Bt) - Horizonte mineral resultante de processos de iluviação de argila, apresentando incremento de argila do Horizonte A ou E para o Bt. Horizonte B latossólico (Bw) - Horizonte mineral que expressa avançado grau de intemperismo, não havendo incremento de argila em profundidade. Horizonte B incipiente (Bi) - Horizonte mineral que apresenta pequeno grau de intemperismo, pouco espesso e com pelo menos 50% do seu volume constituído por material já intemperizado. Horizonte B espódico - Horizonte mineral onde houve acumulação de matéria orgânica (semelhante ao Bt) com cor escura. Horizonte B plânico (Btg) - Horizonte mineral, sendo um tipo especial de Bt, apresentando hidromorfismo e mudança textural abrupta. Horizonte B nítico - Horizonte mineral caracterizado pela baixa relação textural (< 1,5), estrutura bem desenvolvida e cerosidade forte. Horizonte glei - Horizonte mineral caracterizado pelo hidromorfismo, ambiente reduzido (semelhante ao Bt e Btg). Horizonte vértico - Horizonte mineral que apresenta expansão e contração (slickensides). 12. Componentes orgânicos Os agentes estruturais do solo não são compostos apenas por matéria mineral (corpo mineral do solo), a matéria orgânica também contribui (corpo orgânico do solo). As substâncias orgânicas são as únicas fontes de N para o solo e contém outros nutrientes importantes, principalmente S e P. Elas são importantes para a estrutura do solo, afetam de modo acentuado a economia de água, ar e temperatura do solo e têm papel importante na fertilidade do mesmo. A Matéria orgânica do solo é formada de organismos vivos da flora e da fauna do solo, raízes das plantas vivas ou mortas, as quais podem ser parcialmente decompostas e modificadas, e substâncias orgânicas novas sintetizadas de origem vegetal ou animal. Por convenção de definição, a matéria orgânica do solo não inclui material vegetais muito grossos (raízes acima de 2 cm de diâmetro) ou vertebrados do solo. O principal papel da matéria orgânica na melhoria da fertilidade do solo é devido a sua elevada densidade de cargas negativas, as quais contribuem para a permanência dos nutrientes catiônicos no solo. Nesse sentido, esse papel da matéria orgânica é ainda mais acentuado em algumas condições de solos de clima tropical. Estes solos não apresentam quantidades apreciáveis de minerais de argila do tipo 2:1 com elevada densidade de cargas negativas nos componentes minerais, dependendo significativamente dos componentes orgânicos dos solos para aumentar as cargas negativas. Húmus inclui toda a matéria orgânica do solo morta. Os materiais de origem do húmus são, principalmente, pequenas raízes de plantas e partes aéreas de plantas superiores (resíduos, liteira) e, em pequenas porções da massa total, organismos da flora e fauna do solo. A importância desses últimos é muito mais o papel que eles representam na alteração da matéria orgânica do que para a quantidade da matéria orgânica. Organismos do Solo Edaphon (Grego edaphos = chão, significando organismos vivos do solo) é o termo usado para todos os organismos vivos do solo: flora e fauna. O edaphon representa de 1 a 10% (máximo) do total de peso seco da parte orgânica do solo. a) Bactérias: organismos unicelulares (1-10 μm), encontrados como células isoladas, correntes e colônias especialmente na rizosfera. Elas são cocos esféricos, eubactérias na forma de bastões ou espirilos na forma de parafusos que podem ou não se apresentar em formas resistentes (esporos). A maioria é formada por organismos heterotróficos (que precisam de substâncias orgânicas como fonte de energia e carbono), raramente são autotróficos (a fonte de C é CO2 e a fonte de energia é da oxidação de S, NH4, NO2, Fe II, MnII). Eles podem ser aeróbicos ou anaeróbicos. A maioria é saprofítica (vivendo em matéria orgânica morta). A maior parte das bactérias pode utilizar todas as fontes de C de fácil decomposição (açúcar, amido, pectina, hemicelulose, celulose) e fontes de N (proteínas, peptídeos, aminoácidos), mas algumas são especializadas em um substrato particular (decompositores da celulose, pectina e proteína). Os grupos especializados importantes são: Bactérias nitrificadoras (nitrosomonas e nitrobacter) as quais oxidam o NH4 (da decomposição da proteína) para nitrito e nitrato. NH4 + → NO2 -→ NO3 - Bactérias fixadoras de nitrogênio as quais podem ser de vida livre (azotobacter, amilobacter) ou simbióticas com as leguminosas (rizóbio). Essas bactérias reduzem o N atmosférico para N de ligação orgânica. Outras bactérias estão relacionadas com a desnitrificação sob condições de redução: NO3 - → NO2 - → N2 Bactérias que oxidam enxofre, ferro e manganês (SII, FeII e MnII). b) Actinobactérias. Organismos unicelulares de tamanho semelhante às bactérias, que formam organização filamentosa. Principalmente aeróbicos, heterotróficos e saprofíticos. Pode utilizar fontes de C de difícil decomposição (lignina). No solo, a maioria dos estreptomicetos, que junto com os fungos, causam o cheiro de terra molhada nas primeiras chuvas. Alguns, p.e. Actinobactérias Frankia alni, fixam N simbioticamente. c) Fungos. Multicelulares, tipicamente formando micélio; tamanho micro ou macroscópico. Sempre aeróbico e heterotrófico, a maior parte saprofítica. Os grupos mais importantes são fungos que causam mofos ebolores e cogumelos. Obtêm energia e carbono principalmente da pectina, hemicelulose, celulose e lignina. Muitos fungos são simbióticos com as raízes das plantas superiores, especialmente de árvores, com as hifas exercendo as funções de cabelos das raízes: micorrizas. d) Algas. Organismos autotróficos dependentes da fotossíntese, e, assim suas atividades são restritas à superfície dos solos. Menos importantes que os grupos anteriores. e) Líquens. Simbiose de alga com fungos. Necessidades do ambiente para a flora do solo: Bactérias precisam de substâncias orgânicas de fácil decomposição como alimento, alta umidade, pH do solo levemente ácido a alcalino. Fungos podem se alimentar de substâncias mais resistentes, preferem locais mais secos e pH ligeiramente ácido para ácido. Actinobactérias são intermediários quanto a alimento e umidade e precisam de condições de pH de levemente ácido a alcalino. A atividade de todos os organismos é aumentada pela elevação da temperatura e, exceto para os anaeróbios, boa aeração. O número e a massa de microrganismos do solo e a proporção dos diferentes tipos variam com o tipo e quantidade de alimento, umidade, temperatura, reação do solo e aeração. De 60-90% da massa total edáfica é formada pela flora do solo. A relação de bactérias + actinobactérias + algas é usualmente de cerca de 1:1. Fauna do Solo De acordo com o tamanho a fauna do solo é denominada: micro, meso e macrofauna. Microfauna (< 100 μm aproximadamente). Protozoários unicelulares (flagelados, ciliados, rizópodos) e nematóides. As formas ativas são carreadas na água dos poros do solo. Alimentam-se principalmente de bactérias e actinobactérias, mas podem ser saprofíticos. Mesofauna (100 μm – 1 cm). Artrópodes, principalmente ácaros, colêmbolas e chetopodos. Usualmente saprofíticos, mas os artrópodes predam a microflora e fauna. Ácaros e chetopodos preferem solos sob condições úmidas, não encharcadas e colembolas mais secas. Quase todos da mesofauna toleram condições de acidez do solo. Macrofauna (> 1cm). Minhocas são mais importantes na mistura do solo; elas preferem condições úmidas, levemente ácidas para neutro; os principais gêneros são lumbricus, allolobophora, octolasium. Artropodes: tatuzinhos, centopéias, larvas de insetos e insetos adultos, são mais abundantes em condições secas e de solos ácidos. Gastrópodes (lesmas) ocorrem principalmente em condições úmidas. Como no caso da flora do solo, a composição da fauna varia de acordo com as condições ambientais locais. Minhocas são as mais abundantes e se não ocorrerem (p.e. em solos aráveis) a massa total da fauna do solo é muito reduzida. Fontes de Matéria Orgânica Produtos da fotossíntese, i.e. raízes e parte aérea das plantas verdes são a fonte principal. Partes acima do solo, folhas e ramos de árvores caídos mais resíduos de gramíneas e invasoras, resíduos pós- colheita das culturas (palha de cereais, hastes de batata, etc.) tanto na superfície como dentro do solo. Alguns materiais são produzidos pelos organismos do solo. Matéria orgânica é adicionada nas atividades agrícolas (adubo verde, esterco de curral, composto, turfas, etc.). A maior parte da matéria orgânica adicionada depende da cobertura natural, da cultura, da produtividade e da situação local. Incorporações naturais pelas florestas > resíduos de culturas aráveis e pastagens; plantas decíduas > coníferas; culturas forrageiras > grãos > tuberosas. Todas as fontes de matéria orgânica contêm água, matéria mineral (cinza) e compostos orgânicos. O teor de água varia de 20-90% do peso fresco dependendo da parte da planta e idade. Folhas > raízes; planta nova > planta velha. Matéria mineral (=cinzas): K, Ca, Mg, Na, P, S, etc. e elementos traços formam de 1 a 10% da matéria seca: folhas > raízes; jovens (usualmente) > velhas. Compostos orgânicos: < 50% do peso fresco dependendo do teor de água e cinzas. Existem três grupos gerais: a) Carboidratos. Açúcar e amido (componentes das células); pectinas, hemicelulose (paredes celulares). Quase sempre > 50% do total da matéria orgânica seca. b) Lignina. Material lenhoso (paredes celulares). Constitui de 10-40% do total da matéria orgânica seca. Compostos orgânicos: < 50% do peso fresco dependendo do teor de água e cinzas. Existem três grupos gerais: a) Carboidratos. Açúcar e amido (componentes das células); pectinas, hemicelulose (paredes celulares). Quase sempre > 50% do total da matéria orgânica seca. b) Lignina. Material lenhoso (paredes celulares). Constitui de 10-40% do total da matéria orgânica seca. c) Compostos nitrogenados. Proteínas simples e complexas, aminoácidos, ácidos nucléicos, etc. (componentes das células); < 20% do total da matéria orgânica seca. Também gorduras, ceras, resinas, cascas, peles a materiais corantes em menor quantidade; < 10% do total de matéria orgânica seca. Em geral, a relação entre o material da parede celular para o conteúdo celular (i.e. a proporção de folhas, ramos, raízes, etc.) determina as proporções de diferentes compostos no material vegetal. A composição média da matéria orgânica seca é: C 47%, O 44%, H 7%, N 2% (teor de N varia de 0,5 a 3%, o que corresponde a 3-20% de compostos contendo nitrogênio). A relação C/N é um índice usual para mostrar a facilidade de decomposição e também a atividade biológica. A atividade microbiana é limitada pela falta de N proteico para o metabolismo de modo que relação C/N acima de 25:1 indica uma baixa taxa de mineralização. Assim, se não existirem fontes alternativas de N (NH4 e NO3) no solo as quais podem ser metabolizadas pelos microrganismos, resultará em temporária fixação biológica. Numa relação C/N menor que 20 a maioria do N é mineralizada. Microrganismos mortos são facilmente decompostos, sendo compostos de substâncias simples. 13. Os Solos do Brasil Perfis de Solos: Atividades lúdicas de fixação das informações básicas Lê as pistas e preenche as palavras cruzadas Vertical ↓ 1 – Estuda as características do solo (visíveis ou perceptíveis por manipulação) através de uma metodologia padronizada, descrevendo a aparência do solo no campo. 2 – Estuda/explica o desenvolvimento do solo a partir de um material de origem (Fatores e Processos de Formação do Solo) até o presente estágio, sendo capaz de predizer sua evolução. 3 - Uma seção vertical do solo, através de todos os seus horizontes e, às vezes, estendendo-se até o material de origem. Horizontal → 4 – O termo empregado para designar a proporção relativa das frações argila, silte e areia no solo. 5 - Camadas sobrepostas formadas pela ação simultânea de processos físicos, químicos e biológicos, e podem distinguir-se entre si através de determinadas propriedades, como por exemplo a cor, a textura e o teor em argilas. Encontre, no caça-palavras, os termos correspondentes às definições abaixo: 1 - A fração granulométrica do solo, solta com grãos simples (basicamente de quartzo), não plástica, não pode ser deformada, não pegajosa, não higroscópica, predominam poros grandes na massa, não coesa, pequena superfície específica, capacidade de troca de cátions praticamente ausente. 2 - A fração granulométrica do solo, 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. 3 - É o composto formado por restos vegetais (folhas, galhos, raízes, cascas etc.) e animais (em menor escala) que integram o solo, sendo muito expressivo, principalmente, nos horizontes O e A. 4 - Processo de formação do solo comduplo sentido: migração mecânica de argila do horizonte A para o horizonte B (B textural), ou migração química do horizonte A para o horizonte B (B espódico). 5 - Processo de formação do solo que se caracteriza pela intensa remoção (perda) de sílica no processo de intemperismo. Questões de múltipla escolha Eu não chuto. Como cientista eu chego a conclusões baseadas em observações e experimentação. (Sheldon Cooper) 1. Solos são corpos naturais, ocupam porções na superfície terrestre, suportam plantas e as edificações do homem e apresentam propriedades resultantes da atuação integrada do _____________ e dos (as) ______________, atuando sobre o material de origem, condicionado pelo (s) _______, durante um período de ____________. a) clima / organismos / relevo / tempo. b) clima / organismos / tempo / chuvas. c) tempo / organismos / clima / seca. d) tempo / organismos / relevo / chuvas. e) clima / chuvas / organismos / tempo. 2. Os principais fatores de formação do solo são os relacionados abaixo, exceto: a) Material de origem. b) Água. c) Organismos. d) Tempo. e) Clima. 3. Com relação às características de formação e de uso dos solos da região amazônica, bem como às práticas comuns de manejo, conservação e uso do solo no Brasil, julgue o iten seguinte. I. Os solos da Amazônia têm, em sua maioria, origem vulcânica. a) Certo. b) Errado. 4. A teoria dos fatores de formação do solo tem por ideias principais as relacionadas abaixo, exceto: a) O solo não é apenas o produto de alteração das rochas, tampouco um amontoado de partículas orgânicas e inorgânicas. b) O solo possui zonas de acumulação e de perdas, chamado horizontes, que não existem no material de origem. c) O solo possui um perfil. d) O solo não tem relação com o clima e com o relevo. e) O solo possui um aumento de anisotropia comparado com o material de origem. 5. Na formação dos solos o ____________________ fornece o material mineral. a) Clima. b) Relevo. c) Material de origem. d) Tempo. e) Homem. 6. Os solos se diferenciam na paisagem devido à ação de diversos fatores de formação. A correta associação entre o fator de formação e seu correspondente efeito é: a) Os solos exigentes de material rico em quartzo devem apresentar textura argilosa e cor escura. b) Quanto maior a precipitação pluvial e a radiação solar, em condições de boa drenagem, menor será o grau de intemperismo de um solo. c) Em regiões mais úmidas, os solos que ocorrem em relevo pouco movimentado são quase sempre mais profundo do que nas áreas declivosas. d) A macrofauna do solo (tatus, minhocas, cupins, formigas etc.) age no perfil do solo, criando galerias e dificultando a circulação de ar. e) Os solos maduros são geneticamente indistintos ou levemente distintos, enquanto solos imaturos apresentam horizontes bem desenvolvidos. 7. Observe o mapa e as figuras: Correlacionando-se os elementos que atuam na formação dos solos, assinale a alternativa que CORRETAMENTE associa o perfil de solo à sua respectiva localização no mapa. a) X 1, Y 2, Z 3. b) X 2, Y 1, Z 3. c) X 3, Y 1, Z 2. d) X 2, Y 3, Z 1. e) X 1, Y 3, Z 2. 8. Observe a gravura. Ela representa o processo de formação do solo. De acordo com a gravura e a pedogênese é CORRETO afirmar que: a) A baixa capacidade de drenagem de um solo é identificada pela cor avermelhada, porque os óxidos de ferro são levados para o lençol freático. b) A natureza e o número de horizontes permanecem os mesmos em todos os tipos de solos, variando apenas a espessura dos horizontes. c) O horizonte C é o horizonte onde ocorre grande atividade biológica, por isso tem coloração clara pela presença da rocha consolidada. d) O solo é substrato onde atuam outros sistemas, tais como os componentes da paisagem: relevo, vegetação, comportamento hídrico. e) O tipo de solo representado nesse perfil é o litossolo, porque o horizonte A está assentado diretamente sobre a rocha. BONS ESTUDOS! Professor Anderson Martins de Souza Braz Federal Rural University of Amazon - UFRA Geosciences - Capanema, PA. Brazil Mobile Phone: 55 91 984894009 abrazgeo@gmail.com mailto:abrazgeo@gmail.com
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