Energia e Movimento da Água no Solo

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Profa. Erica Souto Abreu Lima
ericaabreulima@gmail.com
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Instituto de Agronomia – Departamento Solos
IA 302 - Física do Solo 
Turma T02 – Módulo II
Água do Solo
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=SPwTd3wOhfg
Horiz Prof
(cm)
Ds
(g.cm-3)
Dp
(g.cm-3)
Ug
Atual
θ
Sat
θ
Atual
h
Atual
Ug
CC
θ
PMP
θ
Ψmc
A 0-15 1,17 2,54 0,112 0,540 0,131 19,6 0,342 0,100 0,300
AB 15-40 1,25 2,60 0,123 0,520 0,154 38,4 0,352 0,150 0,360
BA 40-60 1,30 2,66 0,125 0,510 0,162 32,4 0,323 0,120 0,350
B 60-108 1,34 2,68 0,128 0,500 0,171 82,1 0,336 0,100 0,320
h = θ x prof
Calcule a DTA no perfil de solo e a DR para os primeiros 40 cm de profundidade.
DTA = (θCC – θPMP) x prof
DTA(0-15) = ((0,342 x 1,17) – 0,100) x 150 = 45,0 mm
DTA(15-40) = ((0,352 x 1,25) – 0,150) x 250 = 72,5 mm
DTA(40-60) = ((0,323 x 1,30) – 0,120) x 200 = 60,0 mm
DTA(60-108) = ((0,336 x 1,34) – 0,100) x 480 = 168,0 mm
DTA(0-108) = 45,0 + 72,5 + 60,0 + 168,0 = 345,5 mm
Horiz Prof
(cm)
Ds
(g.cm-3)
Dp
(g.cm-3)
Ug
Atual
θ
Sat
θ
Atual
h
Atual
Ug
CC
θ
PMP
θ
Ψmc
A 0-15 1,17 2,54 0,112 0,540 0,131 19,6 0,342 0,100 0,300
AB 15-40 1,25 2,60 0,123 0,520 0,154 38,4 0,352 0,150 0,360
BA 40-60 1,30 2,66 0,125 0,510 0,162 32,4 0,323 0,120 0,350
B 60-108 1,34 2,68 0,128 0,500 0,171 82,1 0,336 0,100 0,320
h = θ x prof
Calcule a DTA no perfil de solo e a DR para os primeiros 40 cm de profundidade.
DR = (θCC – θΨmc) x prof
DR(0-15) = ((0,342 x 1,17) – 0,131) x 150 = 40,3 mm
DR(15-40) = ((0,352 x 1,25) – 0,154) x 250 = 71,5 mm
DR(0-40) = 40,3 + 71,5 = 111,8 mm
DR Ψmc(0-15) = ((0,342 x 1,17) – 0,300) x 150 = 15,0 mm
DR Ψmc(15-40) = ((0,352 x 1,25) – 0,360) x 250 = 20,0 mm
DRΨmc(0-40) = 15,0 + 20,0 = 35,0 mm
A disponibilidade da água para as plantas está relacionada a um fluxo de água, 
do solo para a raiz, necessário para atender a demanda de água da planta. 
• A planta entra em déficit de água ou
murcha quando o fluxo deixa de suprir
essa demanda.
• Envolve o conhecimento do estado
relativo de energia da água no solo
Conceito Moderno (Dinâmico):
Energia de Água no Solo
• A retenção e o movimento da água no solo, sua absorção e translocação nas
plantas, e sua perda para a atmosfera são fenômenos relacionados à energia.
• Diferentes tipos de energia estão envolvidos, incluindo energia potencial e
cinética.
• Energia cinética: depende da massa e velocidade da matéria
Ec = m x V2 /2 (desconsiderada) 
• Energia potencial: depende da posição e das condições internas da matéria. É
fundamental para determinar o estado e movimento da água no solo.
Ep= m x g x h
O movimento da água nos solos é tão lento que o componente da energia 
cinética pode ser desprezado. 
• A tendência espontânea e universal de toda a matéria na natureza é se
mover do local com maior energia para o local de menor energia,
tendendo ao equilíbrio;
• A diferença de energia potencial da água entre dois pontos faz com que a
água se movimente:
- internamente no solo (fluxo de água no solo);
- do solo para a planta (absorção);
- do solo para a atmosfera (evaporação);
- da planta para a atmosfera (transpiração).
Potencial de Água no Solo
A diferença entre os níveis de energia de um local ou condição (p.ex., solo
úmido) para outro (p.ex., solo seco) determina a direção e a taxa de
movimento da água no solo e nas plantas.
ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪp + ᴪm + ᴪos
Onde:
ᴪtH2O
– Potencial total da água no solo
ᴪg – Potencial gravitacional
ᴪp – Potencial de pressão
ᴪm – Potencial matricial
ᴪos – Potencial osmótico
Para calcular o ᴪtH2O
geralmente comparamos à 
um “estado padrão”, dessa 
forma, o que calculamos é 
a energia relativizada.
Estado Padrão da Água no Solo
A água padrão pode ser definida como uma solução livre, de mesma 
concentração e temperatura que a solução no solo e cuja superfície plana é 
considerada como referência gravitacional e sujeita à pressão atmosférica 
do local onde a medida é feita.
❑ À energia da água livre é atribuído, arbitrariamente, o valor zero, sendo
este considerado o estado padrão.
Nível de referência; sob pressão atmosférica; solo saturado; livre de sais
ᴪtH2O
= 0 + 0 + 0 + 0
Considerando dois pontos no perfil do solo: 
A
B
ᴪt(A) = EA – E0
ᴪt(B) = EB – E0
ᴪt(A) - ᴪt(B) = (EA – E0) - (EB – E0) = EA - EB
ᴪt(A) > ᴪt(B) movimento é de A B
ᴪt(B) > ᴪt(A) movimento é de B A
ᴪt(A) = ᴪt(B) equilíbrio (não há movimento)
1 atm = 101,32 kPa = 1,013 bar = 1033 cm H2O = 76 cm Hg
1bária (b) = 1 dyn. cm-² = 0,1 Pa = 10-6 bar = 9,869 x10-7atm
Tabela de Conversão para 
Unidades de Pressão
Fonte da Tabela: Klaus Reichardt (1987)
Potencial Gravitacional (Ψg) 
Componente do potencial da água no solo que depende da posição de um 
referencial, sendo positivo quando está acima do referencial e negativo 
quando está abaixo. 
Potencial Gravitacional (Ψg) 
✓Em solos saturados ou próximos da saturação o
Ψg tem maior importância quantitativa no Ψt;
✓A medida em que o solo perde água o Ψm passa a
ter maior importância.
O componente gravitacional sempre estará presente!
Potencial Gravitacional (Ψg) 
Onde: 
d = densidade da água (1 g cm-3); 
g = aceleração da gravidade (981 cm s-2); 
h = posição da água em relação a um ponto de referência, normalmente a superfície do 
solo (cm). 
Equação para o cálculo do potencial gravitacional: 
Ψg =
m. g. h
V
= d. g. h (g.cm-1.s-2 ou bária)
1bária (b) = 1 dyn. cm-² = 9,869 x10-7atm
Exemplo:
Cálculo do Ψg da água situada em um ponto no solo a 50cm de 
profundidade, considerando a superfície do solo como referencial. 
Ψg = d. g. h
Ψg = 1 g cm-3. 981 cm s-2. - 50cm
Ψg = - 49050 bária
Ψg = - 49050 x 9,869 x10-7 = - 0,0484 atm
Ψg = - 0,0484 x 1033 = - 49,997 cm H2O 
Ψg ~ - 50 cm H20
Potencial Pressão (Ψp) 
O potencial de pressão é o componente do potencial da água que resulta de uma 
pressão total diferente da pressão de referência, ou seja, a pressão hidrostática, 
ocasionada pelo peso da água em solos saturados e aquíferos.
• O potencial de pressão (Ψp) é um
componente que só é considerado em
áreas saturadas;
• O Ψp é medido em relação a uma condição
padrão (pressão atmosférica local);
Lâmina de água na superfície 
do solo ou uma certa camada 
de solo saturado
Potencial Pressão (Ψp) 
Onde: 
d = densidade da água (1 g cm-3); 
g = aceleração da gravidade (981 cm s-2); 
h = altura Piezométrica, ou seja, a altura da coluna de água sobre o ponto (cm). 
Equação para o cálculo do potencial gravitacional: 
Ψp = d. g. h (g.cm-1.s-2 ou bária)
É sempre POSITIVO, e não precisa de ponto de referência!
Ψp = 0
Ψp > 0 (+)
Ψp < 0 (-) Ψm
Exemplo:
Ψp = d. g. h 
Ψp(A) = 1 g cm-3. 981 cm s-2. 0 cm Ψp(A) = 0 cmH2O
Ψp(B) = 1 g cm-3. 981 cm s-2. +5 cm
Ψp(B) = +4905 𝑏á𝑟𝑖𝑎 Ψp(B) = +5 cmH2O 
Ψp(B) = +4905 𝑥 9,869 x10−7= +0,00484 atm
Ψp(c) = 1 g cm-3. 981 cm s-2. +10 cm
Ψp(B) = +9810 𝑏á𝑟𝑖𝑎
Ψp(B) = +9810 𝑥 9,869 x10−7= +0,00968 atm
Ψp(c) = +10 cmH2O 
Potencial Matricial (Ψm) 
Expressa a energia de retenção da água pelas partículas do solo.
• É sempre NEGATIVO ou ZERO.
• Resultante dos fenômenos de adsorção e capilaridade;
• No solo o Ψm está relacionado com a umidade, logo quanto mais úmido,
maior o Ψm (menos negativo)
• O potencial mátrico ocorre em condições não saturadas;
• Medido por meio de Tensiômetros;
Tensiômetros
▪ Equipamento que indica a tensão (ᴪm), em tempo real, que a água se encontra
retida no solo.
▪ São importantes ferramentas para orientar no manejo da irrigação, ou seja, indicar
o momento apropriado de irrigar.
Faixa de funcionamento: 0 à -0,8 atm
Tensiômetro de Mercúrio
Exemplo:
Determinação do Ψm do solo com tensiômetro de mercúrio instalado da seguinte forma: 
• h1 = 30 cm da superfície do solo; 
• h2 = 20 cm de profundidade; 
• h = 56 cm = leitura em dado momento após a instalação 
Ψm = (- 12,6 x h) + h1 + h2 
Ψm = (- 12,6 x 56) + 30 + 20 
Ψm = - 655,6 cm H2O
1033cm H2O---------------1atm 
-655,6 cm H2O---------------X 
X = - 0,635 atm
❑ Curva de Retenção de Água no Solo Determinada com Tensiômetro
Laboratório (Curva de Retenção de Água no Solo).
Extrator de Richards
CRAS obtida com Extrator de Richards
Potencial Osmótico (Ψos) 
O potencial osmótico é atribuído à presença de íons (Ca, Mg, K...) e outros 
solutos na solução de solo. Se manifesta na presença de uma membrana 
semipermeável.
• Os solutos podem ser sais inorgânicos ou componentes orgânicos. Sua
presença reduz a energia potencial de água, principalmente por reduzirem
a liberdade de movimento das moléculas de água que se agrupam em
torno de cada íon, soluto ou molécula.
• Quanto maior a concentração de íons ou solutos, menor o potencial
osmótico.
Ψos será sempre negativo ou zero! 
Potencial Osmótico (Ψos) 
É determinado por meio da equação de Van’t Hoff:
Ψ𝑜𝑠 = −𝑅. 𝑇. 𝐶 (atm)
Onde:
R = constante geral dos gases, cujo valor é 0,082 atm.L/mol.K; 
T = temperatura absoluta da solução (K); e 
C = concentração da solução em mol L-1. 
Ψ𝑜𝑠 = −0,36 𝑥 𝐶𝐸 (bar)
CE = condutividade elétrica (dS. m-1)
Outra forma de 
determinar o Ψ𝑜𝑠
Potencial Osmótico (Ψos) 
• A água se moverá em resposta à diferenças de potencial osmótico
(osmose) somente na existência de uma membrana semipermeável entre
as zonas de alto e baixo potencial osmótico, permitindo o fluxo da água,
mas impedindo o movimento do soluto.
• Na ausência de membranas, o soluto geralmente se move junto com a
água equilibrando a concentração;
• Nas plantas, as membranas celulares são semipermeáveis e por isso, 
nelas o potencial osmótico é de grande importância.
Potencial Osmótico (Ψos) 
• Pelo fato das zonas do solo não serem separadas por membranas, o potencial
osmótico (Ψos) tem pouco efeito sobre o movimento em massa da água no solo;
• Seu principal efeito se dá sobre a absorção de água pelas células das raízes das
plantas, que estão isoladas da solução do solo pelas suas membranas celulares
semi-permeáveis;
• o potencial osmótico da água no solo pode ser tão baixo que causará o colapso
(plasmólise) das células em plântulas jovens, a medida que a água sai das células
em direção a uma zona de menor potencial osmótico, no solo.
Em solos salinos, p. ex. Gleissolos sálicos,
mesmo tendo água armazenada no solo as
plantas podem sofrer por déficit hídrico.
Exemplo: 
Calcule o Ψos em dois pontos x e y. No ponto x foi determinada a
concentração salina (0,004 mol/l a 27ºC) e no ponto y a condutividade
elétrica (1,2 dS/m a 25ºC).
Ψ𝑜𝑠 𝑥 = -0,082 x 300 x 0,004 
Ψ𝑜𝑠 𝑥 = -0,0984 atm ou -101,6 cm H20
Ψ𝑜𝑠 𝑦 = -0,36 x 1,2
Ψ𝑜𝑠 𝑦 = -0,432 bar ou -0,438 atm ou -452,0 cm H2O 
1atm = 1033cca = 1,013bar
Ψ𝑜𝑠 = −𝑅. 𝑇. 𝐶 (atm)
Ψ𝑜𝑠 = −0,36 𝑥 𝐶𝐸 (bar)
Potencial Total de Água no Solo
ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪp + ᴪm + ᴪos
Importância dos componentes do Potencial Total: 
a) No Solo 
Saturado ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪp
Não Saturado ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪm
b) Do Solo 
p/ Planta 
Saturado ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪpSaturado ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪp + ᴪos
Não Saturado ᴪtH2O
= ᴪg + ᴪm + ᴪos
c) Na Planta 
Células tecido tenro (folhas) ᴪtH2O
= ᴪp + ᴪos
Células tecido fibroso ᴪtH2O
= ᴪm + ᴪos
d) Na atmosfera: ᴪpv = pressão de vapor