relação solo-planta - 17- 22-08-13

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Relação solo-planta 
 
 
 
 
Prof. Marcelo Barcelo Gomes 
 
 
Nova Xavantina-MT, 17/08/13 
1 
Universidade do Estado de Mato Grosso 
Campus Universitário de Nova Xavantina 
Departamento de Agronomia 
 Química e Fertilidade do Solo 
 
 
 
 
 
2 
Relação solo-planta 
. 
. . . 
H 
H 
H 
H Ca 
Mg 
Mg 
H 
Al H 
Argila 
- - 
- - - - 
- 
- - 
Material de origem 
Colóide do solo 
Solução do solo 
Absorção pelas raízes 
Relação solo-planta 
 
 
 
 
4 
Relação solo-planta 
5 
Relação solo-planta 
SOLO 
Sólida 
Componente 
mineral 
Areia 
Silte 
Argila 
Matéria 
orgânica 
Não 
humificada 
Humus 
Poros 
Macroporos 
Microporos 
6 
Relação solo-planta 
Limites de tamanho definem as partículas como pertencentes 
a diferentes frações 
7 
Relação solo-planta 
Textura: representa a distribuição quantitativa das partículas 
do solo; 
 
 É uma característica mais estável; 
 
 Grande importância: 
 
 Fertilidade do solo 
 
 Descrição, identificação e classificação 
 
 Relações entre as características químicas e biológicas 
8 
Relação solo-planta 
 Fração Areia: 
 
• Solta 
• Não plástica 
• Não pegajosa 
• Não higroscópica 
• Pequena 
superfície 
específica 
• Poros grandes 
• CTC ausente 
 Fração Silte: 
 
• Sedosa ao tato 
• Ligeira coesão 
• Poros 
intermediários 
• CTC baixa 
 Fração Argila: 
 
• Plástica e 
pegajosa 
• Muito coesa 
• Alta 
higroscopicidade 
• Elevada 
superfície 
específica 
• Microporos 
• Contração e 
expansão 
• Agregados 
 
 
 
 
9 
Relação solo-planta 
 Portanto, o solo pode ser considerado como um sistema 
disperso; 
 
 Uma vez que é constituído por mais de uma fase, estando a 
fase sólida em estado de acentuada subdivisão: 
 
 
 
 
 
Sistema coloidal 
 
 
 
 
10 
Relação solo-planta 
 Os colóides do solo são compostos principalmente 
pelas argilas do solo e pela fração mais reativa da matéria 
orgânica (ácidos húmicos e fúlvicos). 
 
 
 
 
11 
Relação solo-planta 
Nesse sistema, ocorrem reações químicas, físico-
químicas e microbianas da maior importância da 
para a vida das plantas. 
 
 
 
 
 
12 
Relação solo-planta 
 As partículas do sistema coloidal apresentam as seguintes 
propriedades: 
 
a) GRANDE SUPERFÍCIE ESPECÍFICA 
 
• É definida como sendo a razão entre a área de superfície 
total das partículas do solo por unidade de massa ou 
volume destas partículas. 
 
 
 
 
13 
Relação solo-planta 
• A área superficial específica (ASE) de uma massa de 
partículas aumenta proporcionalmente com a 
diminuição do diâmetro dela. 
 
 
 
 
14 
Relação solo-planta 
• Cubo maior cada lado possui 25 cm² de área 
superficial (5 x 5 cm); 
 
• Cubo tem 6 lados: área superficial total de 150 cm² 
(6 lados x 25 cm²) 
 
 
 
 
15 
Relação solo-planta 
• Sendo este cubo dividido em cubos menores, de modo que 
cada um tenha 1 cm de lado: 
 
• Teremos 125 cubos (5 x 5 x 5) 
 
• Cada lado do cubo pequeno terá 1 cm² de área superficial; 
 
• Cubo tem 6 lados: área superficial será de 6 cm² (6 lados x 1 
cm²) 
 
 
 
 
16 
Relação solo-planta 
• Área de superfície total será de 750 cm² (125 cubos x 6 cm²) 
ASE = 750 cm² ASE = 150 cm² 
5 vezes maior a 
ASE 
 
 
 
 
17 
Relação solo-planta 
 Quanto maior a ASE, maior será a reatividade das 
partículas de solo devido à sua maior área de contato 
com a fase líquida do solo. 
 
SOLOS ARENOSOS 
 
• Área de superfície 
pequena; 
 
• Grandes espaços ou 
canais entre as partículas; 
 
• Água tende a drenar dos 
espaços. 
SOLOS ARGILOSOS 
 
• Área de superfície maior; 
 
• Pequenos espaços ou 
canais entre as partículas; 
 
• Água é retida mais 
firmemente. 
 
 
 
 
18 
 
 
 
 
19 
 
 
 
 
20 
 
 
 
 
21 
 
 
 
 
22 
 
 
 
 
23 
 
 
 
 
24 
Relação solo-planta 
 Variações: 
 
• Textura; 
 
• Tipos de minerais de argila; 
 
• Teor de matéria orgânica. 
ASE: 8 m²g-1 5,5% argila 
ASE: 63,8 m²g-1 42,4% argila 
CTC, retenção de água e 
nutrientes, expansão e 
contração e propriedades 
mecânicas do solo: 
resistência e plasticidade 
Caulinita: 10 a 30 m²g-1 
Óxidos de Fe: 100 a 400 m²g-1 
 Montmorilonita: 700 a 800 m²g-1 
Alto grau de subdivisão = solo com > teor de MO deverá ter 
maior superfície específica 
 
 
 
 
25 
Relação solo-planta 
b) CARGAS ELÉTRICAS 
 
 As partículas coloidais do solo, as argilas de modo geral, 
são eletronegativas; 
 
 Essas cargas elétricas proporcionam a adsorção de íons de 
cargas opostas, retendo-os no solo 
 
 
 
 
26 
 
 
 
 
27 
 
 
 
 
28 
Relação solo-planta 
c) CINÉTICA 
 
• Movimento Browniano: 
movimento brusco, irregular e em zigue-zague de partículas 
individuais no meio de dispersão; 
 
• Movimento de Difusão: 
consequência da migração de partículas de uma região de 
maior concentração para outra de menor concentração; 
 
• Movimento causado pela Força Gravitacional: 
responsável pela sedimentação de partículas 
 
 
 
 
 
29 
Relação solo-planta 
 MINERALOGIA DA FRAÇÃO ARGILA 
 
• ARGILAS SILICATADAS: 
 
 São os constituintes mais comuns em solos temperados; 
 
 São constituídas de duas unidades estruturais básicas: 
 
 
 
 
 
Tetraedro de sílica 
 
 
 
 
30 
Relação solo-planta 
Octaedro de alumina 
 Dentre as argilas silicatadas, destacam-se os principais 
grupos: caulinita, montmorilonita, ilita e outros 
 
 
 
 
31 
Relação solo-planta 
a) Caulinita 
 
• Grupo das argilas do tipo 1:1 
 
 
Estas ligações 
não permitem a 
expansão da 
argila 
 
 
 
 
32 
Relação solo-planta 
a) Montmorilonita 
 
• Grupo das argilas do tipo 2:1 
 
 
Estas ligações 
permitem a 
expansão e 
contração da 
argila 
 
 
 
 
33 
Relação solo-planta 
 
 
 
 
34 
Relação solo-planta 
 Como toda a sua superfície apresenta cargas negativas, 
esse colóide revela elevada capacidade de adsorção de 
cátions. 
 
c) Ilita 
 
 Também apresenta organização estrutural 2:1; 
 
 Apresenta íons de K, fortemente retidos entre as duas 
unidades; 
 
 Comuns em solos originários de rochas graníticas. 
 
 
 
 
 
35 
Relação solo-planta 
• ARGILAS NÃO SILICATADAS: 
 
 Este tipo material coloidal, predomina, frequentemente, 
em solos tropicais, misturados com argilas silicatadas 
(caulinita); 
 
 São: óxidos de Fe e Al; 
 
 A gibbsita e goethita são os óxidos hidratados de Al e de Fe 
de maior predominância na fração argila; 
 
 São os principais responsáveis pela adsorção aniônica: 
fosfatos. 
 
 
 
 
36 
Relação solo-planta 
 Goethita: é a mais freqüente forma 
de óxidos de ferro nos solos brasileiros. 
Ela ocorre em quase todos os tipos de 
solos e condições climáticas e é 
reponsável pelas cores amarelas e 
bruno-amareladas tão espalhadas em 
solos brasileiros. Juntamente com a 
hematita ela se faz presente em quase 
todos os solos das regiões tropicais e 
subtropicais mostrando uma estabilidade 
termodinâmica semelhante. 
 
 
 
 
 
37 
Relação solo-planta 
37 
 Gibbsita: 
dioctaédricaOH- 
 Al3+ 
• Solos: Alta mircroagregação; Alta 
porosidade 
 
 
Infiltração de água no solo 
Arranjo dos cristais em forma de 
grânulos 
 
 
 
 
38 
Relação solo-planta 
 
 
 
 
38 
. 
. . . 
H 
H 
H 
H Ca 
Mg 
Mg 
H 
Al H 
Argila 
- - 
- - - - 
- 
- - 
Material de origem 
Colóide do solo 
Solução do solo 
Absorção pelas raízes 
39 
Origem das cargas elétricas do solo 
39 
Origem das Cargas elétricas do 
solo 
40 
Origem das cargas elétricas do solo 
40 
 A maioria das reações eletroquímicas que influenciam a 
fertilidade dos solos 
 
 
 
 
 
Nutrição de plantas 
 
 
 Ocorre na superfície dos constituintes da fração orgânica e 
mineral 
41 41 
42 
Origem das cargas elétricas do solo 
42 
 A carga elétrica das partículas do solo influencia a adsorção 
de cátions e ânions; 
 
 Sendo a quantidade de íons adsorvidos dependentes da 
densidade de cargas, que está relacionada com a superfície 
do colóide; 
 
 Os minerai da fração argila 2:1 apresentam alta capacidade 
de adsorção de cátions 
43 
Origem das cargas elétricas do solo 
43 
 NEGATIVAS 
 
a) Substituição Isomórfica 
 
• As substituições isomórficas mais comuns são a do silício 
(Si+4) pelo alumínio (Al+3) na camada tetraedral e a do 
alumínio (Al+3) pelo magnésio (Mg+2) na camada 
octaedral das argilas. 
 
 
• Os cátions substituintes têm menor valência que os 
substituídos 
 
 excesso de cargas negativas 
44 44 
45 
Origem das cargas elétricas do solo 
45 
46 
Origem das cargas elétricas do solo 
46 46 
b) Dissociação de grupos OH nas Arestas das Argilas 
Silicatadas 
 
 
Cargas dependentes 
 do pH 
OH- 
H2O 
Seron, 2008 
47 
Origem das cargas elétricas do solo 
47 
C) Matéria orgânica 
 
48 
Origem das cargas elétricas do solo 
48 
POSITIVAS 
 
• Muitos solos tropicais têm cargas +, embora na grande 
maioria predominem as cargas negativas. 
 
• As cargas eletropositivas do solo têm sua origem nos 
óxidos e hidróxidos de Fe e Al, preferencialmente. 
 
• De maneira mais significativa em condições mais ácidas 
de solo. 
49 
Origem das cargas elétricas do solo 
49 
50 
Origem das cargas elétricas do solo 
50 
• Ponto de Carga Zero (PCZ) 
 
- É o valor de pH no qual o colóide apresenta o mesmo 
número de radicais com carga positiva e negativa. 
> (nº > cargas -) < (nº > cargas +) 
+ 
51 
Origem das cargas elétricas do solo 
51 
 Camada superficial: PCZ na faixa de 3 a 4. 
 
 Camada subsuperficial: geralmente os valores de PCZ se 
mantém na faixa de 3 a 4, mas podem ser mais altos, 
dependendo principalmente dos teores de óxidos de Fe e 
de Al. 
52 
Origem das cargas elétricas do solo 
52 
Tipos de carga no solo: 
 
 
1. Cargas permanentes 
 
 
2. Cargas variáveis 
53 
Origem das cargas elétricas do solo 
53 
 Cargas Permanentes 
 
 São produtos das substituições iônicas nas 
estruturas minerais e independem do valor de pH do 
solo; 
 
 O aparecimento de cargas permanentes decorre da 
substituição isomórfica = desbalanceamento de cargas 
 
Tetraedros de sílica 
Si4+ → Al3+ 
 
Octaedros de alumina 
Al3+ → Fe2+ 
Al3+ → Mg2+ 
54 
Origem das cargas elétricas do solo 
54 
 Cargas Variáveis 
 
 São originárias da adsorção de íons na superfície dos 
colóides minerais e orgânicos do solo; 
 
 Colóides de carga dependente do pH; 
 
 Caulinita, Goethita, Hematita e Gibbsita, na maioria 
dos solos brasileiros, são os principais minerais do 
solo que apresentam carga variável. 
55 
Origem das cargas elétricas do solo 
55 
Caulinita 
56 
Origem das cargas elétricas do solo 
56 
57 
Origem das cargas elétricas do solo 
57 
Ca2+ K+ 
 Al3+ Al3+ 
 
NH4
+ Al3+ 
 
Mg2+ 
 
 H+ H+ 
CTC permanente CTC dependente de pH 
Ca2+ 
Mg2
+ 
H: 
 
H: 
 
 
 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
pH do solo 
CTC efetiva 
Ca2+ 
Mg2+ 
CTC 
bloqueada 
58 
Origem das cargas elétricas do solo 
58 
59 59 
60 
Origem das cargas elétricas do solo 
60 
H 
H 
H 
H Ca 
Mg 
Mg 
H 
Al H 
Argila 
- - 
- - - - 
- 
- - 
Troca iônica 
Água 
SOLUÇÃO DO 
SOLO 
61 
Origem das cargas elétricas do solo 
61 
• A água é responsável por grande parte do transporte de 
íons e moléculas em diferentes direções e sentidos no solo; 
 
 
62 62 
Classificação da água no solo 
Classificação da água no solo 
63 
Classificação da água no solo 
63 
64 
Classificação da água no solo 
64 
a) Água Gravitacional: 
 
64 
a) Água Gravitacional: 
 
CHUVA 
• Tensão inferior a – 0,03 MPa; 
 
• Escoamento da água para as 
camadas mais profundas do 
solo. 
Gravidade 
65 
Classificação da água no solo 
65 65 65 
b) Água Capilar 
 
• é a água que fica 
após a drenagem da 
água gravitacional. 
Gravidade 
adsorvida 
Partículas, 
entre elas e 
nos poros 
capilares 
• Capacidade de campo: água 
que ocupa a porosidade do solo 
após a drenagem do excesso. 
Tensão igual a – 0,03 MPa 
66 
Classificação da água no solo 
66 66 66 
c) Água Higroscópica 
 
Capilar 
Gravidade 
Diminuindo a 
espessura do filme 
adsorvido: Partículas, 
entre elas e nos 
poros capilares 
 
• Ponto de Coeficiente de Murcha: a 
água fica retida pelas partículas coloidais 
com uma tensão que o sistema radicular 
não consegue absorver. Tensão: - 1,5 
MPa 
Evapotranspiração 
67 
Classificação da água no solo 
67 67 67 
d) Água Disponível 
Capilar 
Gravidade 
Higroscópica 
• Água retida com tensões 
entre a capacidade de campo 
(-0,03MPa) e o coeficiente de 
murcha (-1,5MPa). 
68 
Classificação da água no solo 
68 
69 
Adsorção e troca de íons 
69 
Adsorção e Troca de íons 
Adsorção e troca de íons 
70 
 ADSORÇÃO: 
 
• O fenômeno químico de ligação ou atração entre a carga 
de um colóide e um íon da solução do solo e que resulta 
na sua retenção; 
 
 As cargas, negativas ou positivas, são neutralizadas por 
íons de carga contrária, que podem ser trocados por 
outros íons da solução do solo. 
 
 
 
Troca iônica 
71 
Adsorção e troca de íons 
71 
 As cargas negativas são neutralizadas por íons 
eletropositivos = adsorção catiônica; 
 
 Na neutralização de cargas positivas pelos ânions tem-se 
a adsorção aniônica. 
 
 
 Capacidade de troca de cátions (CTC) e capacidade de 
troca de ânions (CTA). 
72 
Adsorção e troca de íons 
72 
 ENERGIA DE LIGAÇÃO ENTRE COLÓIDES E ÍONS 
 
a) Adsorção química 
 
• Ocorre quando há a ligação iônica ou covalente entre o 
colóide e o íon, sendo dificultada sua passagem da 
fase sólida para a líquida. 
 
• Há três tipos de adsorção química: complexação, 
quelação e precipitação. 
73 
Adsorção e troca de íons 
73 
• Complexação: O íon complexado é retido com alta 
energia ao colóide (ligação iônica ou covalente); 
 
• Quelação: ocorre nos colóides orgânicos ou em 
moléculas quelantes, os quais adsorvem especificamente 
um íon não por apenas uma, mas por duas ou mais 
ligações; 
 
• Precipitação: o íon é precipitado, ou seja, forma um 
complexo estável e praticamente irreversível. 
74 
Adsorçãoe troca de íons 
74 
b) Adsorção física 
 
• Ocorre quando há a ligação físico-química de baixa 
energia entre o íon e o colóide 
75 
Adsorção e troca de íons 
75 
 De maneira geral, a energia de adsorção dos íons com os 
colóides segue a seguinte ordem: 
76 
Capacidade de troca de cátions 
76 
Capacidade de troca de 
cátions 
Capacidade de troca de cátions 
77 
Solução salina 
Cátions 
ânions 
Cátions 
ânions 
• reação se dá com rapidez, em 
proporção estequiométrica e é 
reversível. 
78 
Capacidade de troca de cátions 
78 
 Analiticamente a quantidade de cátion que passou a 
neutralizar as cargas negativas do solo pode ser determinada 
 
 
 
 
 
Quantidade de cargas negativas 
 
 
 
 
CTC 
 
79 
Capacidade de troca de cátions 
79 
 É a capacidade que o solo possui de armazenar nutrientes 
e é expressa em cmolc/dm
3, e corresponde à somatória dos 
cátions presentes, isto é, a soma de bases mais hidrogênio e 
alumínio ( S + H + Al ); 
 
 
 A troca de cátions consiste no intercâmbio de cátions 
adsorvidos em superfícies carregadas e cátions na solução do 
solo; 
 
80 
Capacidade de troca de cátions 
80 
 Na determinação da CTC é importante considerar o pH em 
que a troca catiônica se verifica; 
 
 Parte das cargas negativas do solo (eletrovalente) é 
permanente, enquanto outra parte (covalente) é dependente 
do pH; 
 
 
80 
Ca2+ K+ 
 Al3+ Al3+ 
 
NH4
+ Al3+ 
 
Mg2+ 
 
 H+ H+ 
CTC permanente CTC dependente de pH 
Ca2+ 
Mg2+ 
H: 
 
H: 
 
 
 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
H: 
pH do solo 
CTC efetiva 
Ca2+ 
Mg2+ 
CTC bloqueada 
81 
Capacidade de troca de cátions 
81 
 Alguns princípios básicos caracterizam a CTC: 
 
a) O fenômeno de troca é reversível: os cátions adsorvidos 
podem ser deslocados por outros; 
 
b) O fenômeno de troca é uma reação estequiométrica: 
obedece à lei dos equivalentes químicos: 
 
1 molc de um cátion é trocado por 1 molc de outro cátion 
 
c) É um processo rápido: na determinação da CTC, o tempo 
de agitação do solo e solução varia de 5 a 15 min. 
 
82 
Capacidade de troca de cátions 
82 
 Fatores que afetam a CTC: 
 
• pH; 
 
• Características dos cátions; 
 
- Afeta a preferência de troca no solo de acordo com a 
densidade de cargas dos cátions; 
 
• Concentração da solução; 
 
- À medida que dilui a solução, mantendo constante as 
concentrações dos cátions = aumenta a preferência de 
cátions de < valência 
83 
Capacidade de troca de cátions 
83 
- Solos de regiões úmidas as bases vão sendo lixiviadas 
predominando complexo de Al3+ 
 
- Solos de regiões áridas e semi-áridas há acúmulo de cátions 
monovalentes: Na+ 
 
• Natureza da fase sólida 
 
- Vai influir na densidade de cargas negativas responsáveis 
pela CTC 
 
- M.O. apresenta > participação no valor da CTC total 
84 
Capacidade de troca de cátions 
84 
 Características da CTC do solo 
 
 As características relacionadas com esta propriedade são 
constantemente determinadas e utilizadas em interpretações 
e em cálculos de calagem e fertilizante; 
 
 São: 
 
CTC (T), CTC efetiva (t), Soma de Bases (SB), Índice de 
saturação por bases (V), Acidez trocável, Acidez potencial e a 
Saturação por Al (m). 
 
 
85 
Capacidade de troca de cátions 
85 
 CTC (T) = {SB + (H+Al)} 
 
 CTC efetiva (t) = (SB + Al3+) 
 
 Soma de Bases (SB) = (Ca2+ + K+ + Mg2+ ) 
 
 Acidez Trocável: Al3+ 
 
 Acidez Potencial: (H+Al) 
 
 Índice de saturação por bases (V) = (SB/T) x 100 
 
 Saturação por Al (m) = (Al3+ / CTC efetiva) x 100 
 
86 
Capacidade de troca de cátions 
86 86 
87 
DÚVIDAS???