potencial de água no solo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTASUNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
LUIS EDUARDO A.S. SUZUKILUIS EDUARDO A.S. SUZUKI
9Todas a interações entre a água e a matriz sólida do solo, que envolve
forças capilares, de adsorção, elétricas e outras, são, por conveniência e 
simplicidade, denominadas forças matriciais, que levam a um trabalho
matricial.
9Como consequência das relações sistema-meio, a água assume um 
estado de energia, que no sistema solo-planta-atmosfera recebe o nome
de Potencial Total da Água.
9Diferenças desse potencial da água em diferentes pontos no sistema
dão origem ao seu movimento.
9A tendência espontânea e universal de toda a matéria na natureza é
assumir um estado de energia mínima, procurando equilíbrio com o 
meio ambiente.
9A água obedece essa tendência universal e move-se constantemente
no sentido de diminuição de seu potencial total.
Potencial de água no solo
¾O potencial de água no solo (ψ) representa a diferença de energia do 
sistema entre o estado da água no solo e um estado padrão. Ele define o 
estado de energia do sistema no ponto considerado.
¾Conhecendo-se os potenciais da água em diferentes pontos do solo, 
pode-se determinar sua tendência de movimento.
¾O potencial da água no solo pode ser conhecido da seguinte forma:
Ψ = Ψp + Ψg + Ψos + Ψm
Potencial de água no solo
Ψ = potencial total da água do solo;
Ψp = componente de pressão, que aparece toda vez que a 
pressão que atua sobre a água do solo é diferente e maior que
a pressão (Po) que atua sobre a água padrão.
Por exemplo: a água no fundo de uma barragem está sujeita
a uma pressão equivalente à coluna de água acima dela. 
Também em solo saturado há uma carga d’água atuando
sobre o ponto considerado. Essa pressão positiva é o 
componente de pressão.
Ψg = componente gravitacional, que aparece em função da
presença do campo gravitacional da terra. 
Ψos = componente osmótica, que aparece pelo fato de a água no 
solo ser uma solução de sais minerais e outros solutos e a água
padrão ser pura.
Ψm = componente matricial, é a soma de todos os outros trabalhos
que envolvem a interação entre a matriz sólida do solo e a água, 
como trabalho capilar, trabalho com forças de adsorção e elétricas
etc. Esse fenômenos levam a água a pressões menores que Po, que
atua sobre a água padrão. São, portanto, pressões negativas, 
denominadas tensões ou sucções.
O potencial de água no solo é expresso em unidade de energia
(Joule) por volume de solo (m3). Por transformação, as unidades
acabam sendo expressas em pressão, kPa ou seus múltiplos.
Pa
m
N
m
mN
m
J ==×= 233
Unidades potenciais
101,325 Pa = 101 kPa = 0,1 MPa = 1 atm = 1,013 bar = 76 cm Hg 
= 10,33 m H2O
É comum expressar também os potenciais em metros de coluna
da água (mca), como exemplificado a seguir.
1 kPa = 10 cm
6 kPa = 60 cm
1500 kPa = 1500 cm = 150 m
O potencial de água no solo é influenciado por:
¾Textura do solo
¾Estrutura do solo
¾Tipo de argila
¾Teor de matéria orgânica
¾Natureza e quantidade de íons adsorvidos pelos colóides
do solo
Componente de pressão
Ψ = Ψp + Ψg + Ψos + Ψm
¾Considerado apenas quando a pressão que atua sobre a água é
diferente e maior do que a pressão atmosférica Po do padrão.
¾O potencial de pressão ocorre quando uma pressão externa
(pressão hidrostática positiva) estiver atuando sobre uma unidade
de água, ocasionando uma diferença de energia entre esta
unidade de água e a água no estado referência.
Componente de pressão
¾O Ψp só é considerado para pressões positivas, isto é, acima da
atmosférica. Para pressões negativas (tensões), isto é, 
subatmosféricas, considera-se o componente matricial Ψm que
mede tensões capilares.
¾Por isso, a componente de pressão só é importante para solos 
saturados. A pressão hidrostática da água é transmitida entre os
poros do solo.
Componente de pressão
¾Em arroz inundado, o potencial
de pressão não pode ser 
desprezado.
¾A pressão hidrostática no interior 
de um solo saturado é equivalente
a altura de lâmina de água atuando
sobre o ponto considerado.
¾ Quais os valores de Ψp nos
pontos indicados?
Componente gravitacional
Ψ = Ψp + Ψg + Ψos + Ψm
¾Pelo fato do campo gravitacional estar sempre presente, o 
potencial gravitacional sempre existe.
¾Quantidade de energia necessária para elevar uma unidade de 
água a uma elevação específica em relação ao plano de 
referência.
¾O potencial gravitacional é exercido pela ação da força da
gravidade, que tende a puxar a água em direção ao centro da
Terra, fenômeno que explica a infiltração de água no solo e o 
reabastecimento dos lençóis freáticos.
Componente gravitacional
¾O Ψg da água no solo é sempre igual à distância do ponto
considerado à posição tomada como referência relativa. Assim, 
todo ponto que estiver acima desta referência possui potencial
gravitacional positivo; em oposição, todo aquele que estiver abaixo
será negativo; todo aquele que com ele coincidir será igual a zero.
Plano de referência
positivo
negativo
Para o movimento da água em pequenas distâncias verticais ou
mesmo entre células adjacentes no interior das plantas, o potencial
gravitacional é extremamente pequeno e muitas vezes omitido.
Componente gravitacional
¾Em geral, em solos saturados e próximos da saturação, o 
componente gravitacional é de maior importância quantitativa e 
tem peso significativo no potencial total.
¾Quando o solo perde água gradualmente, a componente matricial
passa a ter maior importância que a gravitacional. Porém, a 
componente gravitacional está sempre presente.
¾Três volumes iguais, com alturas distintas, drenam volumes de 
água distintos.
¾O mesmo volume de solo num vaso com pequena altura reterá
maior volume de água do que num com maior altura, uma vez que, 
quanto maior for a altura do vaso, maior será o efeito da gravidade, 
que romperá os meniscos ocasionando maior drenagem.
Componente osmótico
Ψ = Ψp + Ψg + Ψos + Ψm
¾Pelo fato da água do solo ser uma solução de sais minerais e 
substâncias orgânicas, ela possui um componente osmótico de 
potencial.
¾Quantidade de energia necessária para transportar uma unidade 
de água pura do nível de referência até um ponto onde a 
concentração de solutos na solução é diferente de água pura.
¾Capacidade que os sais têm de atrair e reter água.
¾ Na maioria dos solos, como a concentração salina é reduzida, o 
potencial osmótico normalmente é omitido na determinação do 
potencial total de água no solo.
Componente osmótico
9Com uma adubação exagerada num vaso com volume reduzido
de solo ocorrerá a retirada da água da planta (plasmólise) em razão
do elevado potencial osmótico na solução do solo no vaso.
9Alguns fertilizantes como cloreto de potássio e uréia são
altamente hidroscópicos.
9A verificação do potencial osmótico da solução do solo é realizada
pela determinação da condutividade elétrica: quanto maior for a 
salinidade da solução, maior será a condutividade elétrica.
Componente matricial
Ψ = Ψp + Ψg + Ψos + Ψm
¾Esse potencial é resultado de forças capilares e de adsorção que
surgem em virtude da interação entre a água e as partículas
sólidas (matriz do solo).
¾Essas forças atraem e “fixam” a água no solo, diminuindo sua
energia potencial em relação à água livre.
¾Pressão necessária para remover um quantidade de água retida 
pela matriz do solo (tensão, sucção).
¾Equivalente à pressão negativa, pois a capilaridade e a adsorção 
produzem uma tensão na água do solo.
Componente matricial
9No solo, o Ψm está relacionado com a umidade, quanto mais
úmido o solo, maior o Ψm (ou menos negativo).
9 Afetado por: textura = diâmetro dos poros, matéria orgânica =
área superficial específica,estrutura = espaço poroso
9O potencial matricial tem valor negativo, no entanto, quando
esse valor recebe a denominação de “tensão da água no solo”, o 
sinal negativo é subtraído.
Forças de adsorção da água no solo
9Estas forças advêm das cargas negativas que os colóides do solo 
possuem em razão da substituição isomórfica de cátions, 
juntamente com a natureza dipolar da água, atraindo as moléculas
de água.
9Também a atração entre argilas, cátions e água é responsável
por esse fenômeno e, por último, as forças de London-Van Der
Wals, que representam a atração coesiva entre as moléculas de 
água.
9A energia de retenção da água no solo proveniente das forças de 
adsorção diminui com aumento do raio de ação.
Capilaridade
9O fenômeno da capilaridade ocorre em virtude da interação entre 
sólido (solo) e líquido (água).
9Como o solo tem afinidade com a água e os sólidos do solo 
originam capilares (poros), ocorre essa atração (retenção) da água
pelo solo.
9Poros com diâmetros menores apresentam maior ascensão
capilar, por isso retêm a água com mais energia, apresentando
maior restriçào à retirada da água pelas plantas.
9A equação que representa o fenômeno é a equação de Laplace:
Capilaridade
onde:
9h = altura da coluna de água (m); α = ângulo de contato do liquido
com o solido (0); σ = tensão superficial do liquido (N m-1) (0,072 N 
m-1); ρ = densidade do liquido (kg m-3) (1000 kg m-3); g = 
aceleração da gravidade (m s-2) (9,81 m s-2); r = raio do capilar (m).
9Os valores entre parênteses são para a interface solo/água na
temperatura de 298 oK ou 24,5 oC.
9Simplificando, essa equação pode ser apresentada como:
rg
h ρ
ασ cos2= que pode ser expressa: 
hg
r ρ
ασ cos2=
r
h
5105,1 −×=