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Capítulo 2 CONSTITUIÇÃO DO SOLO solo é a parte superficial intemperizada não consolidada da crosta terrestre, contendo matéria orgânica e seres vivos. Nele se desenvolvem os vegetais, que obtêm do solo, através das raízes, a água e nutrientes. Do ponto de vista físico, o solo é um sistema heterogêneo, constituído de fases sólida, líqüida e gasosa. A fase líqüida pode ser considerada contínua, no sentido de ser a movimentação de um ponto a outro do solo, sem deixar essa fase. A fase gasosa e, principalmente, a sólida, podem ser consideradas descontínuas. Nesse sistema atuam organismos que dão ao solo propriedades peculiares, diferenciando-o de uma mistura qualquer de partículas sólidas. resultado é um meio favorável para o desenvolvimento vegetal e a produção agrícola. As raízes penetram no solo e, assim, as plantas encontram nele um sustentáculo, além de fonte de água e nutrientes. Do ponto de vista de composição, pode-se considerar os solos como apresentando uma fração inorgânica ou mineral, em geral predominante, e uma fração orgânica.Fertilidade do Solo e Adubação 8 A discussão desses assuntos é feita neste capítulo. 2.1. Granulometria amostras de solo podem ser identificadas como aglomerados de partículas As unitárias de vários tamanhos, de natureza orgânica ou mineral. Quando os teores de matéria orgânica são elevados, superiores a 20%, são classificados como orgânicos e não há uma preocupação maior em solos detalhar a granulometria das partículas minerais pois, nesses casos, a matéria orgânica domina amplamente as chamadas propriedades "de Solos orgânicos são de ocorrência restrita a condições de má drenagem, onde 0 acúmulo de matéria orgânica é superior à decomposição. Na maioria dos solos, os teores de matéria orgânica dificilmente atingem 5%, principalmente em se tratando de solos cultivados por algum tempo. A granulometria dos solos é estabelecida fazendo-se a separação e a determinação percentual de partículas de diferentes tamanhos. As partículas podem ser classificadas pelos seus diâmetros, de acordo com a tabela 2.1, utilizada em São Paulo. Conforme a dimensão, as partículas do solo são denominadas pedras, cascalho, areia grossa, areia fina, limo (ou silte) e argila. Tabela 2.1. Escala internacional de classificação das frações granulométricas do solo. Limites dos diâmetros Fração das partículas mm Argila 20 Pedras e cascalhos são importantes obstáculos mecânicos existentes no solo. Não influem, porém, em propriedades químicas e maioria das propriedades físicas. Para fins de análises de é utilizada na a parte do solo que passa na peneira com abertura de malha de 2 mm, a chamada apenas terra fina seca aoConstituição do Solo 9 ar (TFSA), e que inclui a arcia grossa, a areia fina, o silte e a argila. Em geral, tanto os laboratórios de fertilidade do solo como os de pedologia, expressam os resultados com referência à TFSA. Contudo, em estudos mais precisos corrigem- se os resultados para o teor de água existente na TFSA (da ordem de poucas unidades percentuais), exprimindo os resultados em termos de terra fina seca na estufa a 105°C (TFSE). Textura é termo empregado para designar a proporção relativa das frações argila, silte ou arcias no solo. Existem triângulos para designar diversas classes texturais, que são utilizados em classificação de solos. De uma forma simples, uma amostra de solo é arcnosa se contiver mais de 85% de argilosa, mais de 35% de argila, e barrenta ou franca, menos de 35% de argila e menos de 85% de arcias. Solos limosos são raros no Brasil. Existem termos populares para designar a textura dos solos. Assim, solos arenosos são considerados "leves" ou de textura "grosseira", enquanto solos argilosos são "pesados" ou de textura "fina". Os termos leve ou pesado decorrem da menor ou maior resistência que solos ou argilosos oferecem à aração. Um aspecto de fundamental importância é o aumento da superfície exposta das partículas, ou superfície específica, que ocorre com o aumento da proporção de partículas finas do solo. A idéia de superfície específica é fácil de compreender com um Se for imaginado um cubo de 1 cm de lado e pesando 1 g, 6 cm²/g de superfície específica. Se esse cubo for dividido em cubos menores, de 0,1 cm de lado, a superfície específica aumenta para 60 cm²/g. A fração argila dos solos e a matéria orgânica apresentam-se finamente divididas nos solos, com partículas de dimensões e, por essa razão, sua superfície específica é alta, da ordem de dezenas a centenas de metros quadrados por grama de material. As frações mais finas do solo, argila e matéria orgânica, são também conhecidas como sendo de natureza coloidal. Colóides são substâncias constituídas de partículas muito maiores que átomos ou moléculas simples, porém muito pequenas para serem vistas a olho nu, com diâmetro inferior a 0,002 mm ou 2 µm. Se o solo for disperso em água, o que pode ser conseguido por desagregação mecânica e adição de hidróxido de sódio, as partículas da fração argila permanecem em suspensão por muito tempo, sem decantar, formando suspensões coloidais, enquanto as partículas mais grosseiras, de silte e areia, assentam no fundo do frasco contendo o material. Diz-se que as partículas finas ou coloidais do solo têm alta atividade de superfície, significando isso alta capacidade de retenção de cátions, de água e de adsorção de fósforo. Os minerais de argila e a matéria orgânica apresentam cargas elétricas negativas, responsáveis pela importante propriedade de troca de Já os óxidos hidratados de ferro e de alumínio têm elevada capacidade10 Fertilidade do Solo e Adubação de adsorção de fósforo, apresentando um caráter anfótero com relação a íons trocáveis. Esses assuntos serão detalhados no capítulo 3. Solos excessivamente arenosos não apresentam essas propriedades com grande intensidade, o que acarreta alguns problemas para seu uso agrícola, decorrentes da baixa capacidade de retenção de cátions e de água. 2.2. Composição química e minerais do solo De uma forma geral, apenas nove elementos constituem a maior parte das rochas São eles oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio. Oxigênio é o elemento mais abundante em peso e, principal- mente, em volume, formando pontes de ligação entre os principais elementos em quase todos os minerais. Oxigênio, silício, ferro e alumínio dominam a composição química das rochas ígneas. Quando os solos se formam a partir de rochas ou sedimentos não con- solidados, alguns elementos químicos são perdidos, outros sofrem uma concentração relativa. Ocorrem perdas de cálcio, magnésio, potássio, sódio e silício. ferro e o alumínio, que não são em geral removidos, aumentam em concentração, bem como o titânio e o manganês, que aparecem em teores menores. Em solos mal drenados, também o ferro e o manganês podem ser removidos do solo. o fósforo, embora para a agricultura seja um elemento pouco móvel no solo, é removido em grande parte nos processos de formação do solo. Carbono e nitrogênio, não encontrados nas rochas, são incorporados ao solo na matéria orgânica, a ser discutida em 2.3.. A fração mineral ou inorgânica representa a maior parte da fase sólida dos solos bem drenados, que não apresentam acúmulo de matéria orgânica. Ela é constituída de diversos minerais (compostos formados por processos inorgânicos naturais). Os minerais, em geral, têm estrutura cristalina e composição química definidas, dentro de determinados limites. Os principais minerais que ocorrem em solos são do grupo dos silicatos e os óxidos de ferro e alumínio. Os minerais existentes no solo refletem o material de origem, ou mãe", bem como os processos de intemperismo. Os minerais da rocha-mãe, que ainda persistem no solo, são conhecidos como minerais primários. Os minerais são os que se formam dos produtos de decomposição do material de origem do solo. As condições de clima tropical úmido são muito favoráveis ao acentuado intemperismo, o que se deve à alta temperatura associada com umidade, e a uma constante remoção de elementos pela lixiviação promovida pela água que percola através do perfil. Encontram-se nas regiões tropicais úmidas os solos maisConstituição do Solo 11 intemperizados, chamados latossolos ou oxissolos, que contêm em sua fração argila uma predominância de minerais à base de ferro, alumínio e silício. Isso significa solos ácidos e pobres em muitos nutrientes vegetais. As partículas mais grossciras do solo são mais ricas em minerais primários. Destaca-se o mineral quartzo que, pela sua resistência, é o mineral mais abun- dante das areias de quase todos os solos. quartzo existe em grande parte nas rochas e somente aquelas que não o contêm dão origem a solos pobres no mineral. Dependendo do grau de intemperismo dos solos, outros minerais podem ser mais ou menos abundantes nas frações grosseiras do solo. Os principais são feldspatos, micas, magnetita e ilmenita. Na fração argila são encontrados minerais secundários, destacando-se os chamados minerais de argila e os óxidos de ferro e alumínio. Não devem ser confundidas as expressões "fração argila", utilizada para definir as partículas menores do que 0,002 mm de diâmetro, e "minerais de argila", que refere-se a um grupo de minerais. Os minerais de argila são silicatos de alumínio hidratados que apresentam estruturas laminares. As estruturas básicas dos minerais de argila são lâminas de de sílica (um átomo de silício envolto por quatro átomos de oxigênio) lâminas de octaedros de alumina (um átomo de alumínio envolto por seis átomos e de oxigênio, ocupando os vértices do octaedro). Com base no número dessas lâminas, os minerais de argila são classificados no tipo 2:1, contendo duas lâminas de tetraedros de sílica e uma lâmina de octaedros de alumina, e no tipo 1:1, com uma lâmina de tetraedros de sílica e uma lâmina de octaedros de alumina. mineral de argila do tipo 1:1 mais comum em solos tropicais é a caulinita. deve A lembrado, pois dá uma idéia preliminar da constituição da fração do argila. relação molar conhecida como ki, é igual a 2. Esse número ser Valores acima de 2 indicam a possível ocorrência de minerais de argila solo tipo 2:1, enquanto valores de ki abaixo de 2 indicam que parte da alumina do encontra-se livre, na forma de óxido de alumínio hidratado. Os principais minerais de argila 2:1 são a ilita, a montmorilonita e a vermiculita. Na tabela 2.2. são dados exemplos de análises químicas dos quatro certo minerais de argila citados. Como são resultados de produtos naturais, há um incluindo grau de presentes. Os resultados da análise, expressos em óxidos e ), os teores impurezas de água eliminada a 105°C, bem como a água de cristalização composição permitem obter somas próximas a 100%, portanto fechando mais a importantes. química total dos materiais, no que se refere aos componentes óxidos é útil No desses minerais, a expressão dos teores dos elementos em átomos de também, caso por ser oxigênio o elemento que ocupa os espaços entre os metais.Fertilidade do Solo e Adubação 12 Tabela 2.2. Exemplos de composição química de amostras de alguns minerais de argila encontrados em solos. Ilita Montmorilonita Caulinita Vermiculita 45,80 56,91 51,14 34,04 Al2O3 18,55 19,76 39,55 15,37 0,14 2,07 3,22 MgO 22,58 K2O 0,03 5,10 0,04 0,00 TiO2 0,81 0,57 4,99 0,83 8,01 FcO 0,18 0,26 CaO 0,41 1,59 1,62 0,00 Na2O 0,43 0,11 0,00 H2O+ 13,92 5,98 7,99 19,93 H2O 0,17 2,86 14,81 Fonte: Deer et al. (1969). A relação ki é próxima de 2 no caso da caulinita e os teores de cálcio, magnésio e potássio são baixos. Os minerais de argila do tipo 2:1 apresentam 0 magnésio fazendo parte da estrutura cristalina e também o potássio, no caso da ilita. A relação ki é alta, em torno de 4 ou mais. Uma das propriedades importantes dos minerais de argila é a troca de cátions, devido à existência de carga elétrica negativa na superfície das partículas. Essa carga elétrica negativa, principalmente nos minerais de argila do tipo 2:1, é de caráter permanente, tendo origem em um desbalanceamento estrutural causado alumínio por substituições isomórficas. A substituição de silício tetravalente trivalente tetraédrica de sílica, e de alumínio trivalente por magnésio negativa. divalente, na camada octaédrica de alumina, gera o excesso de carga por de regiões tropicais são os chamados óxidos de ferro e alumínio, e ou seja: Outros minerais existentes na fração argila de solos abundantes em solos Gibbsita Goetita - FcOOH Hematita silicatos abaixo Além de de 2. dos alumínio Esses minerais mincrais, amorfos, citados, conhecidos com em relação geral como cristalinos, ki alofanas, não muito podem ocorrem, definida, ocorrer geralmente, mas em em geral solos emConstituição do Solo 13 derivados pcquenas proporções de cm solos brasileiros. Eles são muito importantes solos cinzas vulcânicas, que ocorrem nas regiões andinas, América em ou Central, atual. Havaí, Japão e outras partes do mundo com atividade vulcânica na recente superfície. Os mincrais da fração argila diferem bastante em propriedades de Os de argila do tipo 2:1 caracterizam-se por elevada superfície específica, que no caso da montmorilonita pode chegar a mais de 600 m²/g. Deve-se isso a uma interessante propriedade desses minerais, que expandem-se e apresentam superfícies internas. Por essa razão, são minerais de alta atividade de superfície. Por isso mesmo e pela riqueza em elementos como magnésio e silício, esses minerais não persistem em solos de climas quentes e úmidos, favoráveis ao intemperismo e à remoção desses componentes. Em regiões tropicais, podem ser encontrados no horizonte C de alguns solos, em solos muito rasos, em condições de má drenagem ou em climas semi-áridos. A caulinita, por outro lado, apresenta uma superfície específica bem mais baixa, de no máximo algumas dezenas de metros quadrados por grama e, assim, atividade de superfície bem mais baixa. mesmo acontece com óxidos de ferro e alumínio, de uma geral. Por outro lado, alofanas têm elevada superfície específica, de centenas de metros quadrados por grama. 2.3. Matéria orgânica A existência da matéria orgânica no solo demonstra a ação dos agentes biológicos, diferenciando o solo do regolito, a camada superficial desagregada, proveniente da ação do intemperismo, que existe acima das rochas na litosfera. Devido à atividade biológica, o solo passa a conter, através da matéria orgânica, dois importantes elementos não existentes no material de origem do solo carbono e nitrogênio. desenvolvimento gradativo de vegetais e outros organismos, no processo de transformação de rochas em solos, permite o acúmulo progressivo de matéria orgânica, até um nível de equilíbrio entre adições e perdas por decomposição. A formação do solo leva tempo, centenas ou talvez milhares de anos. o carbono da matéria orgânica provém do gás carbônico (CO2) do ar, fixado pelas plantas clorofiladas através do processo de fotossíntese. nitrogênio provém de pe- quenas adições anuais de nitrogênio inorgânico pela água da chuva e fixação do nitrogênio atmosférico por microorganismos. Em um determinado ecossistema em equilíbrio, o teor de matéria orgânica do solo é relativamente constante, refletindo o equilíbrio entre a incorporação de novos restos orgânicos e a decomposição por ação dos organismos. Em geral, solos argilosos são mais ricos em matéria orgânica. Em condições de excesso de umidade, que impedem a14 Fertilidade do Solo e Adubação decomposição, pode haver acúmulo acentuado de matéria orgânica, formando-se os chamados solos orgânicos. No solo existe matéria orgânica em vários estágios de decomposição, desde tecidos vivos, até um produto que já sofreu uma série de processos bioquímicos de transformação. Denomina-se húmus aquela matéria orgânica escura, bem decomposta e relativamente estável, na qual não é mais possível reconhecer os materiais que lhe deram origem. Dos dois elementos incorporados pelos seres vivos ao solo, carbono e nitrogênio, o último é o nutriente mineral mais importante do ponto de vista de quantidades existentes em plantas e, muitas vezes, também do ponto de vista econômico. Só esse fato já seria suficiente para caracterizar a importância da matéria orgânica do solo, como fonte de nutrientes. Fósforo e enxofre são dois outros nutrientes encontrados em importantes proporções na matéria orgânica do solo. A composição química da matéria orgânica conserva os elementos remanescentes dos seres vivos que a produziram, ou seja, carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo. Esses elementos formam a estrutura básica da matéria orgânica, constituída de cadeias de carbono, envolvendo oxigênio e hidrogênio e grupamentos funcionais diversos nos quais destacam-se o nitrogênio, o enxofre e o fósforo. A constituição química não é definida em termos de compostos específicos, e nem poderia ser, considerando a multi- plicidade de resíduos orgânicos e reações envolvidas no processo de formação da matéria orgânica do solo. Alguns componentes gerais do húmus, em geral de peso molecular elevado, incluem polissacarídeos, proteínas e outras substâncias de composição incerta. Para fins práticos, considera-se que o húmus tem em média 58% de carbono e, portanto, % C 1,72 = % de matéria orgânica. Da mesma maneira, podem ser admitidos como números cm torno dos quais se fixa o raciocínio, no caso de matéria orgânica estabilizada, as relações 100:10:1:2 para C:N:S:P. Esses números são ordens de grandeza apenas, mas são úteis para orientar a discussão sobre a disponibilidade das formas orgânicas dos três nutrientes. Excelentes discussões sobre essas relações podem ser encontradas em dois clássicos da literatura edafológica (Russell, 1973; Tisdale et al., 1985). Convém ressaltar o predomínio dos teores de carbono sobre o nitrogênio e deste sobre enxofre e fósforo. Isso é conseqüência da composição química dos vegetais nesses quatro elementos. húmus, ou matéria orgânica do solo, não é apenas uma fonte de nutrien- tes. Talvez, mais importantes sejam as notáveis propriedades de natureza coloidal que apresenta, decorrentes de uma estrutura orgânica complexa, aliada a uma fina subdivisão de partículas. Através de suas longas cadeias orgânicas, a matéria funciona como condicionador de solo, agregando partículas minerais e conferin- do ao solo condições favoráveis de porosidade e friabilidade. Além disso, ela aumenta a retenção de água em solos e é responsável, em grande parte, pelaConstituição do Solo 15 capacidade de troca de cátions em solos. Esses assuntos serão discutidos com detalhes nos capítulos subseqüentes. 2.4 Organismos Os organismos fazem parte do solo de maneira indissociável, sendo responsáveis por diversos processos de transformação que ocorrem, principal- mente relacionados à matéria orgânica. Certamente os microorganismos são importantes, porém organismos superiores, como vegetais, animais e próprio homem, afetam o solo, às vezes de maneira decisiva. Os processos bioquímicos que ocorrem em solos decorrem da busca dos organismos por nutrientes e energia. A fonte primária de matéria orgânica, que incorpora nutrientes minerais e energia, provém dos vegetais clorofilados que, através do processo de fotossíntese, fixam gás carbônico do ar e combinam o carbono com oxigênio, hidrogênio e nutrientes, sintetizando os compostos orgânicos. Esses compostos orgânicos irão servir de alimentos para uma série de organismos existentes no solo, que irão transformá-los, até que os produtos finais sejam aqueles inicialmente utilizados pelas plantas, ou seja, gás carbônico e nutrientes minerais. Os organismos superiores têm uma ação física importante no solo. Os vegetais, além dos restos orgânicos que adicionam ao solo, perfuram-no através de suas raízes, criando espaços e translocando materiais de um local para outro. Diversos animais povoam o solo, merecendo destaque minhocas, formigas e cupins. As minhocas têm sido consideradas os animais mais importantes do solo. Formam extensos canais e melhoram a estrutura do solo, pelo processamento de materiais que atravessam scus organismos. No trato intestinal das minhocas existem microorganismos, que transformam a matéria orgânica fresca em matéria orgânica humificada e formas mais simples de compostos nitrogenados, incluindo uréia e amônia. Os dejetos de minhocas tendem a ser mais ricos que a média do solo em que vivem, mas isso deve-se à alimentação seletiva de produtos mais ricos em matéria orgânica. As minhocas são exigentes em cálcio, não se adaptando bem em solos ácidos. Além disso, necessitam matéria orgânica fresca, rica em nitrogênio, que lhes serve de alimento. esterco é muito apreciado pelas minhocas. Em casos de solos que não são arados freqüentemente, como é o caso de pastos, solos virgens, algumas culturas perenes e sistemas de cultivo de plantio direto, as minhocas são importantes para levar matéria orgânica da superfície para 0 interior do solo. Os microorganismos do solo desempenham papel fundamental na liberação de nutrientes vegetais da matéria orgânica ou, de forma reversa, na imobilização de formas inorgânicas em tecido orgânico.Fertilidade do Solo e Adubação 16 Em sua maior parte, os microorganismos do solo obtêm energia de produtos de metabolismo de plantas, o que acontece de diferentes maneiras. Alguns atacam tecidos mortos ou decadentes, ou mesmo vivos. Outros são predadores de diferentes microorganismos e vivem das secreções de seus metabolismos ou de seus corpos mortos. Cabe destacar os nutrientes da matéria orgânica da energia que ela contém. Um átomo de nitrogênio, por exemplo, nunca perde o seu valor, podendo mudar de lugar e ser reutilizado. A energia, por outro lado, uma vez dissipada em calor, não pode ser já que ela é decorrente da destruição de compostos orgânicos. É fácil, assim, entender que o suprimento de matéria orgânica é fator preponderante a condicionar o número de microorganismos no solo. Os protozoários e os nematóides são os mais importantes representantes da microfauna do solo. Os primeiros são predadores de bactérias e de outros microorganismos. Os nematóides alimentam-se de matéria orgânica em decomposição, de outros microorganismos ou, também, de plantas superiores, das quais podem tornar-se parasitas. A microflora do solo compreende algas, fungos e bactérias. Algumas algas contêm clorofila e podem sintetizar compostos orgânicos, através da fixação do gás carbônico do ar. Os fungos são importantes agentes de degradação de tecidos orgânicos em produtos humificados. Eles são mais ativos em solos ácidos, sendo versáteis e persistentes, degradando açúcares, amido, proteínas, celulose, resinas, lignina, etc. Alguns fungos do solo são importantes parasitas vegetais, outros associam-se com raízes de plantas, com mútuo benefício para a hospedeira e para o fungo. É o caso das micorrizas. As bactérias são outro grupo de enorme importância em solos, atuando em vários processos. A maioria das bactérias que ocorrem em solos são heterotróficas, retirando o carbono e a energia diretamente da matéria orgânica do solo. As bactérias autotróficas, que obtêm sua energia de componentes minerais, tais como amônio, enxofre ou ferro, são menos importantes em número. Adquirem, porém, grande significado por atuarem nas reações de nitrificação e de oxidação de enxofre, de fundamental importância para a nutrição dos vegetais superiores. Algumas bactérias fixam diretamente o nitrogênio do ar, em associação ou não com raízes de plantas. exemplo mais importante é o das bactérias do gênero Rhizobium, que fixam nitrogênio do ar através de nódulos que formam em raízes de leguminosas. As informações existentes sobre os organismos do solo são vastas. A literatura registra um grande número de trabalhos, cuja análise extrapola os objetivos Russell (1973). desta descrição suscinta. Uma excelente apreciação é dada no livro deConstituição do Solo 17 A formação do solo Os solos formam-se na natureza como conseqüência de cinco fatores: material de origem, clima, relevo, tempo e organismos. Na formação do solo ocorre a destruição de minerais e a formação de novos mincrais. Denomina-se a um conjunto de processos físicos, químicos e biológicos, que levam à desagregação química dos minerais das rochas expostas a condições atmosféricas. Esses processos estão sempre presentes, atuando no de origem do solo até antes de sua formação ou no próprio solo. Isso porque as reações de intemperismo, embora tenham influência na formação do solo, são de efcito mais genérico, afetando o regolito e a parte exposta das rochas muito antes da formação do solo. intemperismo físico ocorre por variações de temperatura, pelo calor ou pclo congelamento de água em fissuras, ou pela ação mecânica do vento e da água, levando à desagregação das rochas, sem afetar a sua composição química. intemperismo químico altera a composição dos minerais das rochas. Ele pode ser de vários tipos, dependendo da reação envolvida. Em geral, a água é o agente principal, auxiliado pelo oxigênio e o gás carbônico dissolvidos nela e, freqüentemente, por ácidos orgânicos provenientes da decomposição de restos de seres vivos. A ação pode se dar por solubilização simples de compostos, por hidrólise (adição de íons hidratação (incorporação de oxidação (perda de elétrons), redução (ganho de elétrons) ou carbonatação. Essas reações provocam transformações que desmantelam a estrutura original dos minerais menos resistentes, além de levarem à remoção de elementos químicos e à formação de novos minerais. Nos processos de intemperismo é comum a perda de sílica solúvel e de cátions básicos, como sódio, cálcio, potássio e magnésio. Elementos como ferro, alumínio, titânio e manganês sofrem, então, uma concentração relativa. A exceção, no caso do silício, é o quartzo que, pela sua grande resistência física e química, resulta no mineral mais persistente do solo e no mais abundante nas areias. material intemperizado, formado acima das rochas, chama-se regolito, ou manto de intemperização, e é o material que dá origem ao solo. material de origem é o fator de formação que marca mais profundamente o solo que dele se forma. A sua composição inicial irá condicionar a textura do solo, sua constituição mineralógica e a riqueza em nutrientes. Quando se men- ciona nutrientes, deve-se incluir micronutrientes pois, em solos de alta fertilidade natural, ocorrem em abundância todos os nutrientes vegetais. Por outro lado, materiais de origem desprovidos de nutrientes, como é o caso de velhas rochas sedimentares, empobrecidas pelo intenso intemperismo a que foram submetidas, inclusive em processos geológicos desgastantes, dão origem a solos pobres emFertilidade do Solo e Adubação 18 nutrientes de uma forma geral. É o caso, por exemplo, dos solos das regiões de cerrado e de grande parte dos solos da Amazônia. o clima atua na formação do solo, principalmente através da ação da temperatura e das precipitações pluviométricas. A temperatura aumenta a taxa da maioria das reações, dobrando-a para cada aumento de 10°C. Como conseqüência, os solos das regiões quentes e úmidas são os que apresentam mais avançado grau de intemperismo, enquanto em regiões mais frias, muitos mincrais primários das rochas permanecem inalterados no solo. Em climas desérticos, mesmo quentes, a falta de água impede o intemperismo químico e também não ocorre a lixiviação de materiais solúveis e, portanto, os solos são pouco desenvolvidos. Em contraposição, em climas quentes e úmidos, a existência de água em movimento através do solo e do regolito, associada a temperaturas mais elevadas, promove a degradação de minerais e a remoção dos solutos, com a formação de solos mais desenvolvidos. Os organismos associam-se ao solo de forma inseparável, distinguindo-o do regolito intemperizado. Os organismos, superiores e inferiores, atravessam solo, reciclam e movimentam seus componentes químicos, deixando seus restos no solo. Como resultado, existe no solo um certo teor de matéria orgânica, material não existente no regolito. Através de moléculas orgânicas de elevado peso molecular, carbono e nitrogênio, dois elementos químicos, inexistentes nas rochas formas orgânicas, são adicionados aos solos através dos organismos, com conseqüências fundamentais para a formação de um meio adequado para crescimento das plantas. relevo influencia a formação do solo de maneira indireta. Em relevos acidentados a erosão remove as camadas superficiais e os solos são renovados constantemente, encontrando-se em estágios menos avançados de desenvol- vimento. relevo pode também influenciar a quantidade de água retida no solo ou promover o transporte de sólidos ou de materiais em solução, produzindo efeitos que se traduzem em diferentes tipos de solos existentes nas diversas posições de toposeqüências. tempo é o fator que define o quanto a ação do clima e dos organismos atuou sobre o solo. As reações que ocorrem na formação do solo e no intemperis- séculos. mo são lentas e manifestam-se, em geral, de forma acentuada em escala de Uma descrição detalhada sobre os fatores de formação do solo, con- templando (1988). as condições brasilciras, pode ser encontrada no livro de VieiraConstituição do Solo 19 2.6. perfil do solo mos próximos ocorre uma diferenciação no sentido organis- Da mancira da como solo é formado, com ação predominante dos mando-se camadas distintas, horizontes. Ao vertical, for- de horizontes, cm um corte vertical que vai da superfície até 0 material conjunto de os denominam perfil do solo. Os horizontes são denominados origem, letras O, A, B C. Os horizontes principais, A são subdivididos, juntando pelas algarismos 1, 2 3, sendo 2 a parte central, 1 a parte superior 3 a parte inferior. subhorizontes sempre todos presentes no horizonte ocorre apenas cm alguns solos, nos quais existem condições de acúmulos de detritos orgânicos sobre a Consiste em uma camada delgada de restos orgânicos, tais como folhas, galhos e restos vegetais decomposição. A parte inferior do horizonte O, constituída dos detritos mais antigos e semi-decompostos, é conhecida como "terra-vegetal", que é muito utilizada para preparo de misturas para cultivo de plantas ornamentais em vasos. É comum a ocorrência do horizonte cm florestas. horizonte A é a camada mais próxima da superfície. Apresenta um acúmulo de matéria orgânica, em grande parte já humificada por essa razão, apresenta cor escurecida. Em muitos casos apresenta um empobrecimento relativo por perdas de materiais sólidos, translocados para o horizonte B. Em solos cultivados forma-se uma camada constantemente revolvida, de constituição bastante uniforme, chamada camada arável, ou horizonte Ap. Para fins de estudos de fertilidade do solo e amostragem do solo, é comum considerar essa camada como tendo 20 cm de profundidade, embora geral possa ser um pouco mais rasa. horizonte B situa-se abaixo do horizonte A e apresenta cores mais claras que devido aos menores teores de matéria orgânica. Apresenta-se com máximo desenvolvimento de estrutura e, freqüentemente, com acúmulo de materiais removidos do horizonte superior. horizonte C situa-se abaixo do horizonte B, podendo apresentar-se bem intemperizado, mas com pouca influência dos organismos e com características mais próximas do material que deu origem ao solo. Finalmente, abaixo do horizonte pode-se encontrar material similar ao que deu origem ao solo, em alguns casos rochas consolidadas. Em estudos de pedologia, disciplina que trata da descrição e classificação dos solos, perfis são descritos em trincheiras abertas para essa finalidade, ou em barrancos de estradas. Os horizontes são identificados, delimitados e descritos. Amostras deles são levadas ao laboratório para análises físicas, químicas e mineralógicas. Com base em todas as informações, os solos são classificados, dentro de sistemas de classificação definidos. Existem levantamen- tos de solos publicados para diferentes regiões ou estados Para20 Fertilidade do Solo Adubação Brasil, existe um mapa de solos na escala de 1:5.000.000, do Serviço Nacional de Levantamento Conservação do Solo (EMBRAPA). Ainda há muito a scr para ligar os estudos de pedologia com fertilidade do solo. Contudo, com as informações de solos hoje já inventariadas de organizadas nos de solo, aliadas às facilidades atuais de samento de dados, é de esperar desenvolvimento dos conhecimentos sobre o comportamento específico de unidades de solos. Nos de fertilidade de solo, quer scja em trabalhos de pesquisa, quer na análisc de solo de propriedades rurais, é comum amostrar-se a chamada camada arável, ou scja, da superfície do solo até a profundidade de 20 cm. Isso porque é a camada de solo mais passível de modificações através de adubação calagens. A parte do solo abaixo da camada arável é, contudo, de grande importância, podendo afctar desenvolvimento vegetal, favorável ou dependendo das condições que apresenta para a de raízes de suprimento de água e nutrientes. fato do solo abaixo da camada arável ser dificilmente alterável técnicas usuais de cultivo do solo não deve ser motivo para ignorá-lo. É importante procurar conhecer todas as características importantes do solo e adequar as culturas às limitações existentes. Para isso, os de solos são de importância fundamental. 2.7. Porosidade e agregação Do ponto de vista físico, o solo é um sistema trifásico, com uma fase sólida relativamente estável e com as fases líquida e gasosa ocupando de forma com- plementar o espaço poroso. Dessas três fases, apenas a fase líquida pode ser considerada contínua. Isso porque, considerando ser o solo um sistema disperso, com as três fases misturadas, é apenas pela fase líquida que é possível a movimentação de uma parte a outra do solo. Pelas outras fases isso não é possível, exceto cm solos praticamente desprovidos de água. É importante que existam no solo condições adequada às raízes. A simples existência de uma mistura de partículas sólidas, de diferentes tamanhos e formatos, já seria suficiente para permitir a existência de espaços vazios ou poros entre as partículas. Contudo, na maioria dos solos ocorre a formação de agregados de partículas unitárias, o que permite a ocorrência de uma porosidade maior do que a que existiria sem agregação. Os agregados, ou torrões, são aglomerados de partículas unitárias que se formam por causa de atrações físicas entre essas partículas ou através de agentes cimentantes ou aglutinadores, como óxidos de ferro e matéria orgânica. Ao conjunto de agregados que ocorrem em um solo denomina-se estrutura do solo. É de fundamental importância, na manutenção de uma estrutura adequada do solo, a existência de cátions trocáveis divalentes, cálcio e magnésio, que atuamConstituição do Solo 21 positivamente na floculação dos colóides do solo. Por outro lado, cátions monovalentes, com destaque para o sódio, favorecem a dispersão dos colóides do solo, levando à deterioração da estrutura. A matéria orgânica atua na estruturação do solo através de polímeros com cargas, que uncm as partículas isoladas de argila, formando agregados. orgânicos sintéticos têm sido desenvolvidos com objetivo de estabilizar a estrutura do solo. Tais produtos, conhecidos como "condicionadores de solos", muito contribuiram para clucidar o papel da matéria orgânica na formação da estrutura do solo. Em solos de regiões tropicais, os óxidos de ferro são importantes agentes cimentantes, contribuindo para a formação de uma estrutura muito estável, principalmente nos solos conhecidos como latossolos ou oxissolos. Para manter o solo em condições de alta produtividade é importante bem estruturado, o que se consegue com manejo adequado de restos de culturas, visando manter a matéria orgânica do solo, evitando compactação excessiva com máquinas e, principalmente, tomando medidas contra a erosão, que tende a remover do solo as partículas mais finas e mais ricas em argila e matéria orgânica. Podem ser reconhecidos dois tipos de poros nos solos. Os macroporos, de maior diâmetro, através dos quais a água drena e o ar se move livremente, e os microporos, responsáveis por retenção de água por capilaridade. Para calcular a porosidade dos solos, são necessárias medidas de densidade de partículas (ou real) e de densidade global (ou aparente) dos solos. A densidade de partículas é o peso por unidade de volume das partículas sólidas do solo, excluindo ar e água. A densidade global é o peso por unidade de volume do solo inalterado, excluindo a água. Pode-se escrever: P dp = (2.1) Vs P dg (2.2) Vt Nessas equações, dp e dg representam, respectivamente, a densidade de partículas e a densidade global, P é o peso do solo seco, Vs, o volume ocupado pela fase sólida do solo e Vt, o volume total do solo seco inalterado, portanto incluindo os poros. A densidade de partículas dos solos está, geralmente, em torno de 2,7 g/cm³. Isso porque esta é a ordem de grandeza da densidade do quartzo e da maioria dos silicatos que ocorrem solo. Em solos derivados de rochas básicas, que22 Fertilidade do Solo e Adubação contêm mincrais pesados, como magnetita e ilmenita, por exemplo, a densidade de partículas pode chegar a 3 g/cm³. Por outro lado, em solos com teores de matéria orgânica, que pesa menos por unidade de volume, a densidade de partículas é inferior a 2,7 g/cm³. A densidade global tem valores que variam de menos de 0,5 g/cm³ de terra para solos orgânicos, até valores próximos a 2 g/cm³ para solos arcnosos tados. Os valores mais comuns estão entre 1,0 a 1,4 g/cm³ para solos minerais, cm com mais altos para solos mais arenosos. A maioria dos solos argilosos, se não excessivamente compactados, tem maior porosidade total, com predominância, contudo, de microporosidade. Para calcular a porosidade do solo, deve-se lembrar que volume total do solo é a soma dos volumes da fase sólida e dos poros, ou seja, Vt = Vs + Vp (2.3) Para um volume total do solo de 1, combinando as equações 2.1, 2.2 e 2.3, pode-se calcular a porcentagem do solo ocupado por espaço poroso, pela expressão: dg Vp = 1 (2.4) dp É importante distinguir resultados de análise de solo expressos por peso, utilizados em estudos pedológicos, dos resultados expressos por volume, utilizados em determinações para fertilidade do solo. Para converter um caso cm outro, é necessário empregar a densidade gobal do solo. Assim, se o resultado for expresso cm peso de terra, deve-se multiplicá-lo pela densidade global para o expressar em volume de terra. 2.8. Retenção de água A água ocupa uma parte dos poros do solo, sendo o espaço restante ocupado pelo ar. A quantidade de água existente a um determinado momento é resultante das adições, por chuva ou irrigações, e das remoções por drenagem, escorrimento e evapotranspiração (evaporação do solo e transpiração pelas plantas). Em condições de drenagem livre, existe um máximo de água que o solo pode reter, e que corresponde ao teor existente no solo saturado, após remoção do excesso de água, quando o movimento de drenagem praticamente cessa. É a chamada capacidade de campo. Nessa situação, a água saiu dos poros maiores,Constituição do Solo 23 ficando retida nos microporos ou poros capilares. limite inferior importante corresponde ao tcor de água no solo em que as plantas murcham de forma permanente, por não conseguirem absorver a água ainda existente. É chamado ponto de murchamento permanente. Considera-se água disponível do solo a água que pode ser contida entre mínimo, correspondente ao ponto de murchamento, e máximo, correspondente à capacidade de campo.Esses são conceitos estáticos, que permitem medidas no laboratório de física do solo, através de determinações de potenciais de água do solo. São considerados os potenciais de -1/3 atm para a capacidade de campo e -15 atm para o ponto de murchamento permanente. Essa é uma descrição muito limitada do problema de armazenamento de água no solo, apenas para atender (1978). às necessidades deste livro. Para maiores detalhes, sugere-se livro de Reichardt A água retida no solo deve, de preferência, ser expressa em volume retido por volume de solo em condições naturais, ou em É bastante comum a expressão cm porcentagem sobre peso seco de solo, ou seja, a quantidade de água retida por 100 g de terra seca a É menos comum a expressão em mm de água para uma determinada profundidade de solo. Menores capacidades de armazenamento de água tornam as culturas mais susceptíveis a deficiências hídricas ocasionais. Nos solos argilosos, a capacidade de campo é elevada, mas ponto de murchamento permanente também atinge valores consideráveis, devido aos elevados potenciais de retenção de água em partículas menores e microporos. Solos têm baixa capacidade de retenção de água. Em muitos casos, são os solos de textura média que apresentam maiores de água disponível. Apenas a textura da camada arável não é suficiente para caracterizar suprimento de água no solo. Existem alguns solos, do grande grupo dos podzólicos, que apresentam um aumento dos teores de argila em profundidade, que lhes confere, cm alguns casos, uma condição muito favorável de suprimento de água às culturas, especialmente porque a camada arenosa da superfície dificulta as perdas por evaporação. A água pode movimentar-se das camadas mais profundas até a superfície por ascensão capilar, mas isso é variável de solo para solo, dependendo da continuidade da rede de poros e do seu tamanho. No caso citado dos podzólicos, essa ascensão não é favorecida. Por outro lado, em latossolos com textura homogênca ao longo do perfil, ela pode ocorrer com facilidade. Algumas plantas apresentam sistemas radiculares extensos e profundos, que aumenta consideravelmente o volume explorado do solo e, assim, a pos sibilidade de absorver maiores quantidades de água, principalmente em de déficit hídrico. Por outro lado, condições que impedem o aprofundamento do sistema radicular, tais como acidez excessiva, deficiência de cálcio ou camada compactadas, didade. prejudicam também o acesso à água do solo existente em profunFertilidade do Solo e Adubação 24 A água do solo é o de transferência de nutrientes do solo para a faz-sc referência à solução do solo, considerando a água e os solutos ncla planta, além de o mcio de transferência de solutos nos vivos. Nos solos, existentes. A água, que percola através do perfil do solo, é responsável pela lixiviação de nutrientes. Em solos com capacidade de armazenamento de água limitada, as perdas ocorrerão mais rapidamente, se forem considerados volumes fixos de líquido percolado. 2.9. Aeração A composição do ar existente nos poros dos solo difere da do ar atmosférico. A dificuldade das trocas gasosas através dos poros permite que ocorra uma maior concentração de gás carbônico, CO2, produzido respiração das raízes das plantas organismos que vivem no solo. Enquanto na os tcores de CO2 são da ordem de 0,03%, no ar do solo cles podem atingir valores acima de 1%. oxigênio, que na atmosfera ocorre em tcores da ordem de 21,0%, pode cair a de 20% no ar do solo (Russel, 1973). sistema de poros do solo é o caminho pelo qual ocorrem trocas gasosas entre ar atmosférico e as camadas mais profundas do solo. A existência de macroporos muito a movimentação de gás carbônico oxigênio. As concentrações maiores de CO2 no ar do solo devem-se à respiração de organismos, na qual o oxigênio é consumido e o gás carbônico (CO2) é A fespiração das raízes das plantas depende, em grande parte, do oxigênio do ar do solo e é essencial para o fornecimento de energia a vários processos inclusive absorção de íons. Também os microorganismos do solo necessitam oxigênio. Quando solo contém excesso de água e é mantido nessas condições por algum tempo, ocorre um abaixamento da pressão parcial de O2, dificultando a passagem do elemento para as raízes, através da difusão pelo filme de água existente cm torno delas. Nessas condições anacróbicas, as raízes não conseguem mais oxidar carboidratos e forma-se álcool por fermentação, com considerável prejuízo para crescimento vegetal. comportamento de diferentes espécies frente 1978). a condições anacróbicas é, contudo, muito variável (Mengel & Kirkby, anacrobismo do solo, contrastando com as condições normais de to acração, de tem ainda outras conseqüências prejudiciais. Havendo um favorecimen- tóxicas, além de reduzir manganês e ferro a formas mais solúvcis, que podem, por microrganismos anacróbicos, estes podem produzir substâncias orgânicas desnitrificação, transformação de nitrogênio nítrico cm formas gasosas ocorrer que se vezes, atingir nívcis tóxicos, principalmente o primciro. Pode a25 Constituição do Solo perdem na É, portanto, importante evitar o encharcamento dos solos suas decorrentes de condições anacróbicas. Em alguns casos, plantas em condições anacróbicas são afctadas por toxinas, que produzem sintomas que se assemelham à murcha. É um problema bastante comum cm plantas ornamentais domésticas, quando um excesso de água leva a sintomas que simulam a falta de água, provocando adições de quantidades desta, agravando, assim, o problema de anacrobismo, freqüentemente com fatais. Em condições de campo, um sintoma comum de solos mal é o geral das culturas, o que se deve pelo menos em parte à deficiência de nitrogênio. Nesses casos, a adição de adubos nitrogenados pode reduzir cm parte o causado pelo excesso de umidade (Russell, 1973). Em condições de solos complementamente inundados, as reações são diferentes das que ocorrem cm solos bem arejados. Este assunto interesse especial para o arroz irrigado e detalhado posteriormente. 2.10 Constituição do solo e produtividade Solos diferem entre si uma série de características e propriedades. Podem scr encontradas variações composição mincralógica, granulometria, profundidade, cm nutrientes, retenção de água, porosidade, etc. É difícil e impossível precisar como cada uma dessas irá afetar a produtividade das culturas. Ainda é necessário muita pesquisa para se poder organizar as informações de solos, de forma a equacionar a produtividade potencial função de de solo e clima. Existem, de interesse da fertilidade do solo, variávcis que podem scr alteradas manipuladas cm benefício de maiores produtividades das culturas. Essas scrão discutidas nos próximos capítulos. Por outro lado, existem características propriedades de solos que não podem ser alteradas facilmente c, não obstante fato, a produtividade das culturas. Qualquer fator que a produtividade irá alterar a necessidade de adubação portanto, não poderá ser ignorado. A granulometria pode influir na produtividade de diversas manciras. Solos muito arcnosos apresentam, em geral, baixos de matéria orgânica, baixa capacidade de retenção de nutrientes principalmente, baixa capacidade de retenção de água. Em condições de cultivo sem irrigação, a falta de água períodos de estiagem é, provavelmente, o fator limitante principal da produtividade desses solos. Solos arenosos são também mais a perdas de nutrientes por lixiviação. No caso de solos argilosos, alguns dos problemas que podem afetar a produtividade são o encrostamento superficial, a compactaçãoFertilidade do Solo c Adubação 26 a tendência a anacrobismo cm de excesso de água, no caso de solos de drenagem Talvez mais deficiente. importante que a seja a estrutura. Solos bem estruturados, com agregados tendem a ser melhores e apresentar condições mais favorávcis para produtividades mais elevadas, cm comparação solos de cstrutura prejudicada ou compactados. Nesses últimos podem haver dificuldade com de de raízes e, assim, limitação de absorção de água e nutrientes. A matéria orgânica é um componente que merece um cuidado especial. As refletem as condições de cquilíbrio entre adições e perdas. favorável da quantidades existentes nos solos são decorrentes de muito tempo de acúmulo matéria orgânica na produtividade dos solos deve-se ao efcito positivo na agregação, com conseqüente melhor acração e aumento da retenção de água nutrientes, além do fornecimento de nutrientes às plantas. Problema sério é fato de ser muito difícil aumentar ou mesmo manter os tcores existentes no solo. Principalmente a agricultura de baixa produtividade praticada no País, que produz poucos restos orgânicos, provoca uma diminuição nos tcores de matéria orgânica. Isso está, normalmente, associado com inadequados, falhos em medidas que originam solos com menores tcores de matéria orgânica potenciais de produção. A variação de propriedades de solos no sentido vertical, muito bem carac- terizada nos levantamentos de solos, pode ser de importância em muitos casos. Solos arcnosos na superfície, porém com aumento de argila em profundidade, podem resultar cm um conjunto favorável no que se refere ao armazenamento de água, desde que não haja limitação ao aprofundamento das raízes. Existem solos muito ácidos, em todo o perfil, nos quais a calagem só neutraliza a camada arável. Em tais solos, o sistema radicular de plantas à acidez não penetra no solo abaixo desta camada, com prejuízo na absorção de água nutrientes. Qualquer impedimento ao desenvolvimento radicular existente em solos, tais como camadas endurecidas ou compactadas, excesso de acidez, deficiência de cálcio ou excesso de água, afeta negativamente a produtividade.Editado pela Editora Agronômica Ceres Ltda. Direção do José Peres Romero Rua Martim Francisco, 414 CEP 01226 Fone 65-4622 São Paulo - SP Brasil Edição Ceres XXXVIII (60) Associação Brasileira para Pesquisa da Potassa e do Fosfato Rua Alfredo Guedes, 1949 - sala 701 Caixa Postal 400 - Tel.: (0194) 33-3254 13400 - Piracicaba - SP - Brasil Ficha catalográfica preparada pela Seção de Livros da Divisão de Biblioteca e Documentação - PCAP/USP Raij, Bernardo van [ 1939 ] R149 f Fertilidade do solo e adubação. - - São Paulo; Piracicaba : Ceres, Potafos, 1991. P. 343 1. Solo - Adubação 2. Solo - Fertilidade I. Título CDD 631.42