Aula 4 Composição Química e Mineralógica dos Solos

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MECÂNICA DOS SOLOS
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Composição Química e Mineralógica dos Solos: 
FASES:
GASOSA 
LÍQUIDA 
SÓLIDA: a fase sólida dos solos é composta de uma fração mineral e uma orgânica. 
MECÂNICA DOS SOLOS
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fase Sólida
Fase Líquida
Fase Gasosa
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fase Gasosa
 Ou atmosfera do solo
• Diferente da atmosfera em:
– Composição:mais CO2, menos 
O2;
– Umidade: mais vapor de água; e
–Temperatura: depende da profundidade.
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fase Líquida
•Solução do solo:
– Concentração de solutos;
– Reações químicas;
• Água do solo:
– Quantidade
– Estado
 • Energia de retenção
 – Disponibilidade para as plantas
 – Movimento
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fase Sólida
Partículas de natureza diferente:
–Mineral
–Orgânica
Partículas de tamanhos diferentes:
–Areia
–Silte
–Argila
Partículas de origem diferente:
• Orgânica
• Mineral:
 –Geogênica
 –Pedogênica
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Frações de tamanho 
Areia
Silte
Argila
Minerais
Geogênicos
Primários
Minerais silicatados pedogênicos secundários
Outros Minerais Pedogênicos
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Quartzo
Minerais geogênicos em intemperização
Minerais Pedogênicos
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Por que o tamanho das partículas é importante? 
Por causa da ÁREA SUPERFICIAL ESPECÍFICA
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Quanto maior a ASE, maior a reatividade (capacidade de participar de reações químicas) do objeto ou partícula
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ASE da fração argila
* Depende do tipo do argilomineral
1:1 →Caulinita 5 – 20 m2g-1
2:1 →Vermiculita 300 - 500
 →Montmorilonita 700- 800
MECÂNICA DOS SOLOS
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Porque tanta diferença entre a fração argila e as outras frações?
MECÂNICA DOS SOLOS
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• A fração argila é a que possui, de longe, a maior ASE;
• Daí infere-se que esta fração controla o comportamento químico do solo:
Retenção de nutrientes
Acidez
Retenção de poluentes
Eficiência de biomoléculas (herbicidas, fungicidas,etc.)...
MECÂNICA DOS SOLOS
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MECÂNICA DOS SOLOS
Esta reatividade do solo pode ser resumida em uma propriedade:
CTC (Capacidade de Troca de 
Cátions).
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CTC
• É uma propriedade considerada quase tão importante para os ecossistemas quanto a fotossíntese !
• Sem ela os ecossistemas terrestres provavelmente não existiriam.
 A origem da CTC está na estrutura das partículas da fração argila do solo.
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MECÂNICA DOS SOLOS
MINERALOGIA DO SOLO
Os minerais são partículas sólidas inorgânicas que constituem as rocas e os solos. Possuem forma geométrica , composição química e estrutura própria e definida. Os minerais do solo pertencem a dois grandes grupos: minerais primários e minerais secundários.
MINERAIS PRIMÁRIOS
Os minerais primários são herdados do material originário; mantém-se praticamente inalterados na sua composição. São aqueles encontrados nos solos e que sobrevivem à transformação da rocha (advém, portanto, do intemperismo físico). Como exemplos de minerais primários que se podem encontrar nos solos, referem-se: quartzo, feldspatos, plagioclasses, micas, piroxenas, anfíbolas, olivinas, etc.
Importância dos minerais primários no solo
Os minerais primários do solo têm importância para a avaliação do grau de evolução do solo e da sua reserva mineral.
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MECÂNICA DOS SOLOS
MINERAIS SECUNDÁRIOS
São os minerais que foram formados durante a transformação da rocha em solo (ação do intemperismo químico). Os minerais secundários do solo podem ter três origens:
 São sintetizados no próprio solo (in situ) a partir dos produtos da meteorização dos minerais primários menos resistentes;
 Resultam de alterações da estrutura de certos minerais primários, que ocorrem também in situ;
 São herdados do material originário.
Minerais secundários mais frequentes no solo
Os minerais secundários mais frequentes no solo são os seguintes: minerais de argila (silicatos de alumínio no estado cristalino), silicatos não cristalinos; óxidos e hidróxidos de alumínio e ferro; carbonatos de cálcio e de magnésio.
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MINERAIS CONSTITUINTES DOS SOLOS GROSSOS E SILTES Os solos grossos são constituídos basicamente de SILICATOS apresentam também na sua composição ÓXIDOS, CARBONATOS E SULFATOS. 
 SILICATO Silicato é um composto salino resultante do óxido silício, são abundantes na natureza e formam os FELDSPATOS, MICAS, QUARTZO e SERPENTINA.
MECÂNICA DOS SOLOS
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MINERAIS FELDSPATO: São silicatos duplos de Al e de metal alcalino ou alcalino terroso k, Na ou Ca, sofrem decomposição acentuada pela ação da água carregada de CO2 , produzindo argila branca (CAULIM). MICA: Ortossilicatos de Al, Mg, K, Na ou Li e raramente Mn e Cr apresenta-se em forma de lâminas flexíveis, e de fácil clivagem. Tem-se a muscovita (mica branca) e a biotita (mica preta). QUARTZO: é o mais importante do grupo dos silicatos. Sua composição é SIO2. São identificados macroscopicamente e é o mineral mais abundante na crosta terrestre.(SIO2 ) sílica cristalina pura, clorita e o talco. 
MECÂNICA DOS SOLOS
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fração argila do solo
– Existe muita variedade na composição da fração argila;
– Na grande maioria dos solos minerais, os filossilicatos de alumínio dominam;
– Nos solos tropicais e subtropicais, além dos filossilicatosde alumínio, também são importantes os óxidos (Fe e Al). 
–A matéria orgânica, apesar de sua menor quantidade (em massa), possui uma reatividade muito maior que a dos colóides minerais, e por isto é bastante importante também.
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MECÂNICA DOS SOLOS
O que existe na fração argila dos solos?
Óxidos de ferro e alumínio pedogênicos 
Minerais silicatados pedogênicos 
 (secundários)
Minerais primários(geogênicos)
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fração argila do solo
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MECÂNICA DOS SOLOS
Filossilicatos de alumínio
• Uma unidade básica dos silicatos é o tetraedro de silício;
• No caso dos Filossilicatos, o octaedro de alumínio também é outra unidade básica 
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fig. Diagrama de um tetraedro de silício e lâmina tetraédrica de estruturas de 
filossilicatos.
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MECÂNICA DOS SOLOS
Fig. Diagrama de um octaedro de alumínio e lâmina octaédrica.
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Polimerização das unidades básicas
•Os tetraedros de Si se polimerizam compartilhando oxigênios;
•Nos filossilicatos são compartilhados os oxigênios da base;
•Isto forma uma LÂMINA TETRAEDRAL.
MECÂNICA DOS SOLOS
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MECÂNICA DOS SOLOS
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Polimerização das unidades básicas
•Os octaedros de alumínio também se polimerizam, formando as LÂMINAS OCTAEDRAIS.
•Só existe um tipo de lâmina tetraedral, mas existem dois tipos de lâminas octaedrais:
– As dioctaedrais
– As trioctaedrais.
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MECÂNICA DOS SOLOS
ARGILA (ARGILOMINERAIS)
Crosta terrestre, 10 elementos - 99% da composição das rochas
O (46.6); Si (28.2); Al (8.2); Fe (5.6); Ca (4.2)
Na, K, Mg, Ti, P
Os silicatos são os minerais mais abundantes (SiO4)-4
Composição em termos Granulométricos
Pedregulhos
Areia
Silte
Argila (argilo-minerais)
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Fração argila
Fração do solo com partículas inferiores a 0,005mm (2μm);
Formado por substâncias inorgânicas e orgânicas argilo-minerais, outros
minerais não argilosos (hidróxidos de Fe e Al, quartzo, mica, feldspatos,
calcita) húmus e microorganismos;
A fração argila é formada praticamente de argilominerais;
Plasticidade em contato com a água;
Dois solos com a mesma granulometria, partículas da mesma forma e
estruturas semelhantes podem apresentar comportamento distinto,
devido a diferença da composição mineralógica.
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Todo argilo-mineral é uma argila, mas nem toda a argila é um
argilo-mineral
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As bordas das partículas argilosas apresentam cargas positivas, resultantes das descontinuidades da estrutura molecular, mas íons negativos neutralizam estas cargas. Os cátions e íons são facilmente trocáveis por percolação
de soluções químicas. O tipo de cátion presente numa argila condiciona o seu comportamento. Uma argila esmectita com sódio absorvido, por exemplo, é muito mais sensível à água do que tendo cálcio absorvido. Daí a diversidade de comportamentos apresentados pelas argilas e a dificuldade de correlacioná-los por meio de índices empíricos. 
MECÂNICA DOS SOLOS
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O tipo de cátion presente em uma argila condiciona o seu comportamento  daí a diversidade de comportamentos apresentados pelas argilas e a dificuldade de correlacioná-los por meio de índices empíricos.
MECÂNICA DOS SOLOS
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Argilominerais
São colóides eletronegativos com capacidade de absorção e retenção de água;
Troca de cátions e ânions;
Suscetíveis à dispersão e à floculação;
Plasticidade, tenacidade no estado seco;
Variação de volume conforme o teor de água;
Ligação com substâncias orgânicas.
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As argilas podem ser classificadas em função do número de camadas tetraédricas e octaédricas: 
1:1 – uma tetraédrica e uma octaédrica.
2:1 – duas tetraédricas e uma octaédrica.
Os argilo-minerais mais comuns são: caulinita, esmectitas e ilitas.
MECÂNICA DOS SOLOS
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Determinação do argilo-mineral:
Química, capacidade de troca de cátions, análise térmica diferencial, microscopia eletrônica e difração de raio-x
Registro gráfico, Difratograma
MECÂNICA DOS SOLOS
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Filossilicatos1:1
•As lâminas tetraedrais se ligam às lâminas octaedrais para formar os filossilicatos.
•Esta ligação também se dá pelo compartilhamento de oxigênios.
•Quando uma lâmina tetraedral se liga à uma lâmina octaedral, temos um FILOSSILICATO 1:1.
•O principal filossilicato1:1 no solo é a CAULINITA
MECÂNICA DOS SOLOS
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MINERAIS 1:1
CAULINITA
Presente em solos de regiões tropicais, juntamente com os óxidos Fe e Al.
Não expansivo (superfície externa)
Baixa CTC (3 – 15 cmolc Kg-1)
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HALOISITA
Difere da caulinita por ser mais hidratada. 
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Filossilicatos 2:1
• Duas lâminas tetraedrais podem se ligar a uma lâmina octaedral;
• Esta ligação das lâminas também se dá por compartilhamento de oxigênios.
• Diferente dos filossilicatos1:1, há vários grupos de filossilicatos 2:1 importantes no solo:
 –Ilitas;
 –Vermiculitas; e
 –Esmectitas.
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Minerais 1:1 não podem se expandir
• Nos minerais 1:1, um plano de átomos de H fica “no meio”de dois planos de átomos de O, criando uma ligação mais forte que não permite que as camadas se afastem;
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Minerais 2:1 podem se expandir
• Nos minerais 2:1, dois planos de átomos de O ficam “em contato”, o que causa repulsão e o mineral PODE (nem sempre é o caso) se expandir;
• Quando o mineral se expande, criam-se 2 novas superfícies, o que aumenta muito a ASE dos minerais 2:1 expansíveis.
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MECÂNICA DOS SOLOS
Diferenças entre os 2:1
•Os minerais 2:1 se dividem em função de:
–Capacidade de expandir; e
–Quantidade de cargas elétricas (CTC).
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MINERAIS 2:1 NÃO EXPANSIVOS 
 ILITA
Fixação K entre camadas; 
colapso irreversível do mineral (não se expande mais);
 CTC (10 – 15 cmolc kg-1);
São muito parecidas com as micas, porém possuem moléculas de água (são hidratadas) e ocorrem na fração argila; e
Possuem carga muito alta.
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MINERAIS 2:1 EXPANSIVOS
H2O e cátions hidratados (Ca, Mg, Na) no espaço entre camadas;
ALTA CAPACIDADE DE HIDRATAÇÃO;
volume maior; 
 capacidade de expansão e contração;
 plasticidade e pegajosidade (solos úmidos) e fendilhamentos e consistência dura (secos); e 
 MANEJO MUITO DIFÍCIL.
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VERMICULITA
Substituição isomórfica Si por Al na lâmina tetraedral 
CTC (160 cmolc kg-1);
Possuem carga menor que as ilitas;
Podem fixar um pouco de K; e
Expandem, porém não tanto quanto as esmectitas.
MECÂNICA DOS SOLOS
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Esmectitas 
•Possuem menos carga;
•São as mais expansíveis; e
•Por isto possuem maior ASE.
MECÂNICA DOS SOLOS
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MONTMORILONITA
Substituição isomórfica Al por Mg e Fe+2 na lâmina octaedral; 
CTC (80 – 150 cmolc kg-1); e
Adsorção moléculas orgânicas polares (herbicidas, fungicidas...). 
MECÂNICA DOS SOLOS
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MECÂNICA DOS SOLOS
ÓXIDOS DE FERRO
Abundantes nos solos das regiões tropicais indicando solos bastante intemperizados.
HEMATITA 
- Ocorre em climas quentes e úmidos, isolado ou associado com goethita.
- Alto poder pigmentante. 
1% = coloração VERMELHA 
- Na forma de cristais grandes e compactos = coloração preta.
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GOETHITA 
- É a forma mineral de FeIII mais estável sob a maioria das condições pedogenéticas.
- Ocorre em regiões mais frias e úmidas, com teores elevados de MO e pH ácido. Campos de Cima da Serra (Vacaria, Bom Jesus). 
- Coloração BRUNA a AMARELADA aos solos.
MAGNETITA
- É mineral 1º [fração areia fina] .
- Propriedades magnéticas (Latossolo Roxo), pode ser detectado com o uso de ímã.
- Coloração preta.
ÓXIDOS DE ALUMÍNIO
GIBSITA 
- Ligação de lâminas octaedrais de Al.
- Ocorrência natural em solos muito intemperizados (ácidos), clima quente e úmido, alta precipitação e boa drenagem.
Importante na formação de agregados.	
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Resumo de algumas propriedades dos componentes inorgânicos da fase sólida.
J. M. Reichert
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Acidez do Solo
 Assim como o suco de limão é ácido, a água pura é neutra e a soda caústica ou bicarbonato de sódio são alcalinos, também os solos podem apresentar-se com uma dessas características. Entretanto, precisamos saber o quanto são ácidos ou alcalinos para a sua correção e uso adequados. Do mesmo modo que o metro é uma medida de distância, o pH é uma medida de acidez, neutralidade e alcalinidade.
 O índice pH, que é uma abreviação de potencial hidrogeniônico, varia numa escala de 0 a 14, na qual o índice 7 corresponde à neutralidade, valores abaixo de 7 indicam acidez e acima de 7 alcalinidade.
 
 Essa característica química do solo, representada pelo índice pH, é denominada REAÇÃO DO SOLO.
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Acidez do Solo
Obs.: em vista de que a quase totalidade dos nossos solos apresentarem pH inferior a 7, portanto, ácidos, a característica química recebeu a denominação popular de ACIDEZ DO SOLO.
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Adubação e Calagem
Em clima úmido, as águas das chuvas que percolam através do solo que contém ácidos carbônicos resultantes da dissolução do CO2 na água, removem íons do complexo coloidal do solo, como Ca+2 e Mg+2, deixando em seu lugar quantidade equivalente do íon H+1.
Pelo cultivo intensivo, as plantas retiram do solo os nutrientes essenciais de que necessitam para seu desenvolvimento e produção, e, como as adubações são geralmente deficientes em Ca e Mg, o solo vai se empobrecendo nessas bases trocáveis, ficando em seu lugar íons de H+1.
A erosão, removendo a camada superficial do solo, que possui maiores teores de bases (Ca e Mg), favorece a acidificação do solo, expondo as camadas mais ácidas do subsolo.
A adubação contínua com sulfato de amônio ou nitrato de amônio, pode determinar a acidificação do solo, pela formação de ácidos minerais que removem Ca e Mg trocáveis das suas partículas coloidais, deixando em seu lugar íons de H+1.
Causas da Acidez dos Solos:
* Nos solos ácidos, o Ca+2, Mg+2 e o K+1 são substituídos pelo H+1, Al+3 e o Mn+2.
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 A disponibilidade de nutrientes no solo é função de seu pH. Quando esse é elevado, acima de 6,5, há a diminuição na disponibilidade dos seguintes nutrientes: zinco (Zn), cobre (Cu), manganês (Mn), ferro (Fe) e boro (B), podendo ocorrer deficiência nas plantas cultivadas. 
 De modo geral, a faixa de pH em que ocorre maior disponibilidade de todos os nutrientes para as plantas é entre 5,5 e 6,5. Como o próprio nome indica, pH é apenas um índice que mede a acidez do solo. Por trás do pH, tem uma série de coisas que tornam os solos menos férteis e as culturas menos produtivas,
tais como:
Pobreza de cálcio e magnésio;
Alta saturação por alumínio;
Alta saturação por manganês;
Alta fixação de fósforo;
Baixa disponibilidade de potássio, enxofre e molibdênio;
Baixa atividade dos microrganismos do solo; e
Menor aproveitamento dos adubos.
Adubação e Calagem
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Etapas para a Amostragem de Solos
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Importância da Amostragem de Solos
 Análise de Solo: melhor meio para avaliar a fertilidade do solo;
 Base nos resultados: doses de calcário e adubos para obter melhores rendimentos das lavouras;
 Importante: retirar as amostras corretamente.
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Escolha das Glebas para a Amostragem de Solos
 Dividir a propriedade em glebas homogêneas;
 Glebas: nunca superiores a 20 ha; 
 amostrar cada área isoladamente;
 Glebas são separadas pelos seguintes fatores: posição topográfica (morro, encosta, baixada), cor do solo, textura (argiloso, arenoso), cultura ou vegetação anterior (pastagem, feijão, milho...), adubações e calagens anteriores. Culturas perenes, levar em consideração a idade e variedade das plantas.
Manter as glebas definitivamente para fazer um acompanhamento da fertilidade ao longo dos anos.
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Escolha das Glebas para a Amostragem de Solos
Foto 1 - Divisão da propriedade em glebas homogêneas e caminhamento em ziguezague para amostragem.
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Escolha das Glebas para a Amostragem de Solos
Figura 1: Exemplo de retirada de amostra de um terreno de baixada (amostra 1) e de meia encosta (amostra 2). As áreas dentro dos círculos não devem ser amostradas. 
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QUE FERRAMENTA USAR
 Enxadão
 Trado (operação mais fácil e rápida)
Foto 2 - Ferramentas para a coleta de terra
Foto 3 -Coleta de amostra com o trado
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COMO COLETAR AS AMOSTRAS
 De cada gleba devem ser retiradas subamostras para se obter a média da área amostrada.
 A área deve ser percorrida em zigue-zague.
 Coletar 20 subamostras por gleba homogênea.
 retirar detritos e restos de culturas.
 Evite pontos próximos a cupins, formigueiros, casas, estradas, currais, estrume de animais, depósitos de adubo, calcário ou manchas de solo. 
 Introduza o trado no solo até a profundidade de 20 cm .
 A terra coletada representa uma porção de solo na profundidade de 0-20cm .
 Raspe a terra da lateral do trado, aproveitando apenas a porção central.
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COMO COLETAR AS AMOSTRAS
Foto 4 - Trado com amostra de terra
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COMO COLETAR AS AMOSTRAS
 Transfira a terra do trado para um balde ou outro recipiente limpo. 
 Repita a tradagem do mesmo modo em cada um dos 20 
pontos. 
Quebre os torrões de terra dentro do balde, retire pedras, gravetos ou outros resíduos e misture muito bem (Foto 5). 
 Se a terra estiver muito úmida, deixe a amostra secar ao ar.
 Essa mistura de subamostras retiradas de vários pontos de uma gleba homogênea é chamada de amostra composta.
ATENÇÃO: todas as ferramentas e recipientes usados para a amostragem e embalagem da terra devem estar limpos e, principalmente, não devem conter resíduos de calcário ou fertilizantes.
Foto 5 - Homogeneização da amostra de terra
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COMO COLETAR AS AMOSTRAS
 Retire cerca de 300g de terra do balde e transfira para uma caixinha de papelão apropriada ou saco de plástico limpo. (Foto 6). 
 Essa porção de terra (amostra composta) será enviada ao laboratório. 
 Jogue fora o resto da terra do balde e recomece a amostragem em outra área. 
Foto 6 - Amostra a ser enviada ao laboratório
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COMO COLETAR AS AMOSTRAS
 Identifique a amostra de solo com o seu nome, propriedade, gleba amostrada e data (Foto 7).
Anote em um caderno, junto com um mapa da propriedade, o número de cada amostra e o local de onde foi retirada. Essas anotações são importantes para identificar o local para aplicações de calcário e fertilizantes. Além disso, facilitam o acompanhamento da evolução da fertilidade do solo de um ano para outro.
Foto 7 - Identificação da amostra
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AMOSTRAGEM COM ENXADÃO OU PÁ RETA
 Os cuidados e número de amostras são os mesmos descritos para o trado.
 Após a limpeza superficial do terreno, faça um buraco em forma de cunha na profundidade de 0-20cm, deixando uma parede vertical. 
 Corte, com o enxadão, uma fatia de cima até embaixo (Foto 8) e transfira para o balde (Foto 9).
Atenção: Para evitar encher demasiadamente o balde, dificultando a mistura das amostras, cada fatia coletada com o enxadão pode ser destorroada dentro do próprio buraco. Em seguida, retire uma porção dessa terra e transfira para o balde. Tome o cuidado de coletar a mesma quantidade de terra em cada um dos 20 pontos amostrados.
Fotos 8 e 9 – Amostragem com enxadão
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AMOSTRAGEM EM CULTURAS PERENES
 Em culturas perenes, tais como café, citros, seringueira, etc., a amostragem deve ser feita em toda a faixa de solo adubada (foto 10), que reflete melhor os tratamentos aplicados no solo nos anos anteriores.  As amostras dessa área são usadas para determinar as necessidades de calagem e adubação. 
 O número de subamostras necessárias e os demais procedimentos são iguais aos recomendados para as culturas anuais.
Foto 10 – Amostragem em cultura perene
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AMOSTRAGEM DE SUBSOLO
 A análise de solo abaixo da camada arável serve para diagnosticar o excesso de acidez, que dificulta o crescimento das raízes, e os teores de alguns nutrientes.
 A amostra deve ser coletada, de preferência com trado, na profundidade de 20-40cm. Primeiro colete a amostra de 0-20cm; em seguida, retire a terra da superfície que caiu dentro do buraco e, depois, aprofunde o trado até 40cm (Foto 11). 
 Antes de transferir essa amostra para o balde raspe a terra da lateral do trado e retire também 2 a 3cm de terra da parte superior. Isso tudo é importante para evitar contaminações com a terra da superfície.
 
Atenção: a amostra do subsolo não deve ser misturada com a da superfície.
Foto 11 – Amostragem do subsolo
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FREQUÊNCIA DE AMOSTRAGEM
 O solo deve ser analisado pelo menos a cada 2 ou 3 anos ou com maior freqüência em solos com problemas de fertilidade ou intensamente cultivados.
ENVIO DAS AMOSTRAS AO LABORATÓRIO
 As amostras podem ser enviadas aos laboratórios também pelo correio. Para isso é importante identificá-las muito bem e utilizar as caixas padronizadas que são vendidas nas agências dos Correios.
Foto 12 – Espectrômetro de Plasma do IAC. Modernos equipamentos garantem a qualidade dos resultados.
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REFERÊNCIA 
Vaz, L. F. - Classificação genética dos solos e dos horizontes de alteração de rochas em regiões tropicais. In: Rev. Solos e Rochas, v.19, n. 2, p. 117-136, ABMS/ABGE, São Paulo, SP, 1996