Aulas11-14

Prévia do material em texto

FATORES DE FORMAÇÃO DO SOLO 
No final do século XIX, o geólogo russo Dokutchaiev observou que os solos variavam em 
função do clima e do tipo de rocha, e que a vegetação também influenciava nas características do 
solo. Atualmente, admite-se que o solo é conseqüência da ação conjunta de cinco fatores: 
Solo = função (material originário, clima, organismos, relevo, tempo) 
Dokutchaiev também observou que o solo é constituído de diferentes camadas, ou horizontes, 
que permitem distinguir e classificar os vários tipos de solo. Estas camadas são expostas quando da 
escavação do solo, mostrando o perfil do solo. Sucintamente, estes horizontes são: 
O Horizonte superficial de constituição orgânica. 
A Horizonte mineral superficial, de concentração de matéria orgânica e cor escura devido à adição 
de plantas e animais; em geral mais arenoso devido à perda de argila. 
B Horizonte sob A, bastante afetado por transformações pedogenéticas, em que pouco resta da 
estrutura original da rocha, podendo haver acumulação de argila transportada dos horizontes 
acima. 
C Horizonte de material inconsolidado sob A ou B, relativamente pouco afetado por processos 
pedogenéticos. 
R Camada rochosa de material consolidado. 
 
Material originário 
Através do intemperismo, a rocha matriz irá fornecer os materiais constituintes do solo, 
fornecer nutrientes essenciais aos vegetais e influenciar as características químicas e físicas (cor, 
textura) do solo. Em geral, quanto mais “jovem” o solo, maior a influência exercida pelo material 
originário. As características das rochas que mais influenciam a pedogênese são sua composição 
mineralógica, resistência mecânica e textura (tamanho dos cristais). 
Os granitos e gnaisses formam solos arenosos, ácidos e pobres em nutrientes. Os basaltos 
formam solos ricos em argilas e óxidos, com pH mais elevado e maior riqueza em nutrientes, de 
cores avermelhadas e brunadas. Rochas sedimentares clásticas em geral formam solos de baixa 
fertilidade. Calcários formam solos com as impurezas deixadas pela dissolução do intemperismo, 
em geral com pH mais alto. Quartzitos e arenitos formam solos arenosos e cascalhentos. Turfas 
formam solos orgânicos de alta fertilidade natural. 
Os solos podem ser formados a partir de rochas ígneas, rochas sedimentares, rochas 
metamórficas e a partir de sedimentos não consolidados. 
 
Clima 
Os componentes do clima são: precipitação, umidade, temperatura, ventos, insolação. O clima 
age diretamente pela precipitação e temperatura, e indiretamente determinando a velocidade de 
adição e decomposição de matéria orgânica. Com o tempo, o clima passa a dominar a gênese do 
solo, superando o material originário. A formação e evolução dos solos se processam no sentido de 
lixiviação dos minerais mais solúveis e acumulação dos resíduos coloidais de sílica, ferro e 
alumínio. 
A precipitação influi no intemperismo químico (oxidação e redução, dissolução e hidrólise, 
hidratação), e físico (lixiviação, erosão, transporte). O balanço hídrico (balanço entre precipitação e 
evapotranspiração) interfere na acumulação de sais. A temperatura acelera as reações químicas e a 
produção e degradação da matéria orgânica. 
Quanto mais quente e úmido for o clima, mais rápida a decomposição das rochas, produzindo 
materiais muito intemperizados e solos profundos. Em climas muito úmidos a elevada precipitação 
aumenta o arraste de íons solúveis para camadas mais profundas do solo, tornando os solos em geral 
mais ácidos e menos férteis. Mesmo solos formados de basalto em regiões chuvosas podem 
apresentar altos teores de Al e baixos teores de nutrientes. 
Já em climas áridos e/ou muito frios, os solos são mais rasos (pode ocorrer pedregosidade) e 
contêm minerais primários pouco afetados pelo intemperismo. Solos de climas áridos são neutros 
ou alcalinos, podendo apresentar salinidade. 
 
 
 
Organismos 
A porção viva do solo é representada principalmente por raízes de plantas, animais (meso e 
macrofauna) e microrganismos (bactérias, fungos, actinomicetos e algas). As minhocas em geral 
predominam na fase viva dos solos, mas em solos de cerrado (Latossolos) os térmitas (cupins) 
podem ser dominantes. 
A biosfera participa de inúmeros processos pedogenéticos: 
- penetração de raízes, provocando transformações mecânicas nas rochas 
- adições de matéria orgânica, que sofre decomposição microbiana, promovendo a ciclagem de 
nutrientes e diminuindo suas perdas por lixiviação 
- aumento da CTC (capacidade de troca catiônica) 
- formação de quelatos 
- produção de CO2 (e de H2CO3) pela respiração de raízes e microrganismos 
- animais operam o rearranjamento dos materiais do solo, com formação de canais e irregularidades 
- a vegetação cria microclimas e diminui as perdas por erosão. 
Florestas de coníferas em geral têm solos mais ácidos que florestas tropicais. 
 
Relevo 
O relevo influencia na distribuição das forças climáticas, variando: condições para atividade 
biótica; exposição do solo ao vento, insolação e precipitação; drenagem natural e erosão; 
acumulação e remoção de depósitos. O relevo relaciona-se com o perfil do solo através de: 
profundidade do solo; espessura e conteúdo de matéria orgânica do horizonte A; umidade do perfil; 
cor; grau de diferenciação dos horizontes; reação do solo; conteúdo de sais solúveis; temperatura; 
caráter do material parental. 
Locais mal drenados causam redução do ferro e acumulação de matéria orgânica, com 
formação de solos cinzentos e escuros. Solos bem drenados em geral têm cores vivas, em virtude da 
oxidação do Fe. Em regiões áridas, as áreas mais baixas estão sujeitas à acumulação de sais 
carregados por enxurradas. Áreas montanhosas de relevo íngreme favorecem a erosão, dificultando 
a formação de solos profundos. 
 
Catena ou toposseqüência: é uma seqüência de diferentes tipos de solos, cujas propriedades 
estão relacionadas à sua posição no relevo. 
 
Tempo 
Considerado um agente passivo, que permite ou não que os demais fatores se expressem. Os 
solos podem ser classificados de acordo com o seu estádio de desenvolvimento em: 
- jovens (azonal): em formação, com características predominantes do material originário; 
- imaturos (intrazonal): com o desenvolvimento limitado pelo excesso de água, sais ou carbonatos; 
- maduros (zonal): em equilíbrio com o ambiente, senis, com acumulação de materiais altamente 
intemperizados. 
 
Desenvolvimento de um perfil de solo com o tempo 
 A A A 
 B 
 R C B 
 (rocha) R 
 R C 
 
 R 
 
Rocha recém-exposta Solo jovem 
(Litossolo) 
Solo pouco 
desenvolvido 
(Cambissolo) 
Solo maduro 
(Argissolo) 
 
As taxas de formação do solo (horizontes A + B) variam com o material originário, o clima, a 
biosfera e o relevo: 
Tipo de solo anos para 
formação 
cm de solo 
Solos vulcânicos 45 30 
Solos orgânicos 3000 50 
Espodossolo 3000 100 
Argissolo 30000 150 
Latossolo 75000 200 
 
 
 
Vantagens e desvantagens de solos novos e maduros 
 Vantagens Desvantagens 
Solo jovem maior disponibilidade de nutrientes impedimentos à mecanização 
Solo maduro melhor desenvolvimento radicular pobreza em nutrientes 
 facilidade de mecanização 
 resistência à erosão 
 
 
COLÓIDES 
tempo 
magma 
cristalização 
minerais 
primários 
 
intemperismo 
minerais 
secundários 
 rochas ígneas 
e metamórficas 
 solos, sedimentos e 
 rochas sedimentares 
 
Os minerais secundários no solo estão na forma de colóides. O estado coloidal corresponde a 
um sistema de duas fases, no qual materiais muito desagregados estão dispersos em um segundo 
material. Possui uma grande superfície específica (área superficial / massa). No sistema solo 
admite-se partículas inferiores a 2 µm (diâmetromáximo das argilas), dispersas na solução do solo 
ou formando agregados. 
Os colóides do solo são: 
orgânicos: húmus 
minerais: amorfos: alofanas (origem em cinzas vulcânicas), sílica coloidal 
 cristalinos: oxi-hidróxidos e argilas silicatadas 
 
Argilas silicatadas 
São formadas por lâminas tetraédricas de Si e lâminas octaédricas de Al ou Mg. 
 
 
Estrutura de uma lâmina tetraédrica: (a) esquema tridimensional; (b) vista superior. 
 
 
Estrutura de lâminas octaédricas de Mg e de Al. 
 
As lâminas se empilham compartilhando O, formando camadas: 
- argilas 2:1: LT : LO : LT 
- argilas 2:2: LT : LO : LT : LO 
- argilas 1:1: LT : LO 
 
 
Substituição isomórfica: Na cristalização do mineral, podem ocorrer trocas de elementos, sem 
modificar a forma do cristal: 
- lâmina tetraédrica: Al+3 no lugar de Si+4 
- lâmina octaédrica: Mg+2 no lugar do Al+3 
As substituições isomórficas geram déficit de carga, criando cargas negativas nas argilas, que 
passam a adsorver cátions na superfície: origina-se a CTC (capacidade de troca catiônica). 
 
CTC 
É uma reação de adsorção: retenção de íons ou moléculas na superfície de partículas sólidas 
devido à atração eletrostática; é uma reação reversível. 
 Ca+2 + 2 H+(aq) ↔ H+ + Ca+2(aq) 
 H+ 
Os íons em solução podem ser novamente adsorvidos, absorvidos pelas plantas ou perdidos 
por lixiviação. Os íons são adsorvidos na forma hidratada, e a concentração dos cátions vai 
diminuindo com o aumento da distância da superfície do colóide, até atingir o equilíbrio com a 
solução do solo; os ânions são repelidos, e sua concentração diminui próximo ao colóide. 
 
 
Características da CTC 
1. Estequiometria: a troca é feita por quantidades equivalentes de carga 
 Ca+2 + 2 Na+(aq) ↔ Na+ + Ca+2(aq) 
 Na+ 
A CTC é expressa em cmolc/kg de argila, ou seja, a quantidade de carga adsorvida por 
unidade de massa (ex. 10 cmolc/kg). 
2. Reversibilidade: 
 Na+ + Mg+2(aq) ↔ Mg+2 + 2 Na+(aq) 
 Na+ 
3. Equilíbrio: para cada cátion, há uma correspondência entre a quantidade adsorvida e em 
solução 
N K+ ↔ n K+(aq) n/N = cte 
adsorvido solução 
N ≠ n (a quantidade adsorvida é muito superior à em solução) 
4. Seletividade: Alguns íons são adsorvidos com maior força. A série liotrópica indica a 
preferência na atração dos íons pelas argilas; depende da maior valência do cátion e do menor raio 
iônico hidratado em solução 
Fe+3 > Al+3 > H+ > Ca+2 > Mg+2 > K+ > Na+ > NH4+ 
Observa-se que o Fe+3 e o Al+3 são adsorvidos preferencialmente. 
5. Concentração ou ação de massa: o aumento da concentração de um cátion em solução 
poderá deslocar outro de maior preferência 
 Al+3 Ca+2 
 + X Ca+2(aq) ↔ Ca+2 + 2 Al+3(aq) + x Ca+2(aq) 
 Al+3 Ca+2 
 
Importância da CTC 
- diminui as perdas de cátions por lixiviação: os cátions adsorvidos são menos lixiviados que os 
cátions em solução 
- mantém equilíbrio com a solução do solo: a quantidade de cátions adsorvidos é muito superior ao 
da solução; quando há diminuição da concentração de íons na solução as argilas os repõem; parte 
dos íons tóxicos (como Al+3) fica adsorvida 
- reserva de nutrientes para as plantas: um íon absorvido pelas plantas é logo reposto pelos colóides; 
solos com maior CTC em geral são mais férteis (solos salinos são exceção, pois podem ter alta 
CTC mas com crescimento vegetal limitado pelo excesso de sais); 
- manejo da adubação e calagem: solos com baixa CTC devem que ter adubação parcelada para 
diminuir perdas por lixiviação, e a calagem em geral é menor e mais frequente 
- na análise de solo, é necessário determinar-se os íons na solução do solo e os íons adsorvidos nos 
colóides (cátions trocáveis); para isto, amostras de solo são misturadas com soluções extratoras. 
 
Argilas 2:1 
 
Pirofilita Al4Si8O20(OH)4 
Montmorilonita Al3,5Mg0,5Si8O20(OH)4 
Ocorrem substituições isomórficas, que geram déficit de carga. Estas cargas são permanentes 
(estruturais), não dependem do pH do meio. Atingem CTC de 80-100 cmolc/kg. A ligação entre as 
camadas é feita por cátions hidratados (K+, Na+, Ca+2) e por água. As argilas se expandem quando 
hidratadas, e a espessura das camadas varia de 10 a 20 Å. Formam cristais pequenos. 
 
Possuem elevada superfície específica (700-800 m2/g), alta coesão e plasticidade; são 
chamadas de argilas de alta atividade. Sua formação ocorre com altas concentrações de sílica e Mg, 
quando da decomposição de minerais silicatados ferro-magnesianos, sob condições de pequena 
lixiviação ou água estagnada. Características de solos temperados. Originam solos de melhor 
fertilidade, mas de difícil mecanização. 
Obs.: coesão refere-se à consistência do solo seco e plasticidade à consistência do solo úmido. 
 
Ilita K0,8(AlSi7)Al4O20(OH)4 
Possuem K+ desidratado entre as camadas, que impede a expansão das argilas quando 
hidratadas (argila não expansível), e neutraliza parte das cargas. CTC de 15-40 cmolc/kg. Superfície 
específica de 100-200 m2/g. Formada a partir das micas, com moderadas a elevadas concentrações 
de sílica. 
Vermiculita 
São duas camadas de mica (biotita) separadas por películas de água com duas moléculas de 
espessura. Formada em condições de moderada acidez, com remoção completa do K+ e Mg+2 das 
intercamadas. 
 
Na Região Nordeste do Brasil, ocorrem solos com grande presença de argilas 2:1, os 
Vertissolos, com alta fertilidade natural mas geralmente com problemas de drenagem e limitações 
físicas. 
 
Exercício: Calcular a CTC da ilita com fórmula K0,8(AlSi7)Al4O20(OH)4 
CTC = carga / peso molecular 
Carga = 0,8 (1) + 1 (3) + 7 (4) + 4 (3) + 20 (-2) + 4 (-1) = -0,2 molc/mol 
Peso = 0,8 (39) + 1 (27) + 7 (28) + 4 (27) + 20 (16) + 4 (17) = 750,2 g/mol 
CTC = 0,2 molc/mol = 0,000267 molc/g = 26,7 cmolc/kg 
 750,2 g/mol 
 
Argilas 2:2 
 
 
Clorita (AlSi7)Mg6O20(OH)4.Mg6(OH)12 
Corresponde a uma argila 2:1 com lâmina octaédrica de Mg e uma outra lâmina octaédrica de 
Mg entre as camadas. A CTC é permanente, mas menor que na montmorilonita (20-50 cmolc/kg). É 
pouco expansível, camada com espessura de 14 Å. Formada em moderada acidez e com alta 
concentração de Mg e Si. 
 
Argilas 1:1 
 
 
Caulinita Al4Si4O10(OH)8 
Não ocorre substituição isomórfica, e não há déficit de carga estrutural. As camadas se unem 
por pontes de H, com espessura de 7,2 Å. Não são expansíveis, e têm pouca superfície específica 
(5-20 m2/g), tendendo a formar cristais maiores. São argilas de baixa atividade. 
Desenho da CTC variável 
São formadas cargas nas bordas dos cristais pela quebra dos octaedros. Estas cargas são 
dependentes do pH do solo (CTC variável). A CTC é pequena (3-15 cmolc/kg). Esta argila é 
formada em condições de elevada acidez e concentrações iguais de Si e Al, na ausência de Mg; o 
intemperismo e a remoção da sílica favorecem sua formação. Presente nos solos tropicais e 
subtropicais, origina solos de menor fertilidade. 
Haloisita Al2Si2O5(OH)4.2H2O 
Argila 1:1, mas a ligação entre as camadas é feita por moléculas de água. A espessura da 
camada é de 10 Å. 
 
 
 
 
 
 
Oxi-hidróxidos 
Não têm Si em sua composição. 
 
Gibsita Al4(OH)12 ou Al(OH)3 
Outra fórmula é Al2O3.3H2O, mostrando o caráter de óxido associado a moléculas de água. 
Se no lugar do Al+3 houver o Fe+3, tem-se a limonita Fe2O3.3H2O 
Goetita Fe4O4(OH)4 ou FeOOH 
Outra fórmula é Fe2O3.H2O 
Se no lugar do Fe+3 houver o Al+3, tem-se a boemita Al2O3.H2O 
Outro oxi-hidróxido muito comum é a hematita Fe2O3. A magnetita (pedra imã) tem fórmula Fe3O4. 
Estas diferenças de fórmulas são consequência das diversas formas de polimerização dos 
octaedros de Fe e Al. 
 
 
Nos solos são também comuns os óxidos de Ti e de Mn. 
Os óxidos são formados sob condições de intensaprecipitação e lixiviação, com remoção da 
sílica e solutos, sendo característicos de solos tropicais altamente intemperizados (solos óxicos, ou 
Latossolos). Podem correr grandes depósitos sedimentares destes materiais, utilizados na mineração 
de bauxita (hidróxidos de Al), hematita (óxidos de Fe) e cassiterita (óxidos de estanho). 
Os óxidos de Fe têm cores fortes, que facilitam sua identificação no solo: hematitas são 
vermelhas, limonitas e goetitas são amarelas, e as magnetitas cinza escuras. Os óxidos de Al tendem 
a tornar os solos mais claros. 
Os óxidos têm estrutura cristalina. A superfície específica é alta (100-400 m2/g), com cristais 
pequenos; têm pequena plasticidade. 
As cargas são formadas nas bordas dos cristais quebrados: 
 
 
As cargas são variáveis (dependentes do pH). Os óxidos podem desenvolver carga positiva ou 
negativa, produzindo CTA (capacidade de troca aniônica) ou CTC. O PCZ (ponto de carga zero) é o 
pH do solo onde as cargas negativas e positivas se equivalem (PCZ da caulinita 4,0, PCZ da gibsita 
5,5). A CTC é pequena, varia de 0-4 cmolc/kg. 
Em pH baixo, há predomínio de cargas positivas, e gera-se a CTA, responsável pela fixação 
(adsorção irreversível) do fosfato: 
 
adsorção (reversível) fixação (irreversível) 
 
Alguns Latossolos podem adsorver até 2000 kg P/ha.20 cm, enquanto a adubação na maioria 
dos cultivos é de cerca de 50 kg P/ha. A adubação tem baixa eficiência: apenas 5 a 30 % do P 
aplicado em fertilizantes é absorvido pelos cultivos. 
Os solos ricos em óxidos têm boa estrutura física, com agregados estáveis, resistência à 
erosão e fácil mecanização; em geral são profundos e permeáveis. Têm baixa fertilidade, com baixa 
CTC e disponibilidade de nutrientes, acidez e adsorção de P. 
 
Colóide mineral Características 
Argilas 2:1 Maior intemperismo, remoção de 
sílica e de bases 
Argilas 1:1 Menor CTC 
Oxi-hidróxidos Maior tempo de formação 
 
Colóides orgânicos 
Correspondem ao húmus, que é a matéria orgânica estabilizada, produzido a partir do 
processo de decomposição microbiana. São colóides não cristalinos, de composição variável, com 
moléculas de grande tamanho e cor escura, de difícil decomposição microbiana. 
As cargas são originadas principalmente da dissociação de radicais carboxílicos e fenólicos. 
 
 
As cargas são dependentes do pH do solo, com CTC de 200-300 cmolc/kg. Apresentam 
elevado poder tampão numa ampla faixa de pH. Sua baixa plasticidade e coesão melhoram a 
consistência dos solos argilosos. Têm elevada retenção de água (80 a 90% do volume). Em solos 
arenosos os colóides orgânicos são responsáveis pela maior parte da CTC, da estrutura e retenção de 
água. 
Sua dinâmica no solo é influenciada pelo clima, adição de matéria orgânica e manejo do solo. 
Frações do húmus Características 
Ácidos fúlvicos Maior peso molecular 
Ácidos húmicos Menor solubilidade 
Humina Menor decomposição microbiana 
 Cor mais escura 
 
 
 
 
 
Características dos colóides 
 CTC (cmolc/kg) Superfície 
específica (m2/g) 
 
Colóides orgânicos 200-300 800 
Montmorilonita 80-100 700-800 colóides de alta 
Ilita 15-40 100-200 atividade 
Caulinita 3-15 10-30 colóides de baixa 
Oxi-hidróxidos de Fe e Al 0-4 100-400 atividade 
 
Origens da CTC 
Tipo Origem Ocorrência 
Permanente (estrutural) Substituição isomórfica Argilas 2:1 e 2:2 
Variável (dependente do pH) Bordas dos cristais quebrados Argilas 1:1 e oxi-hidróxidos 
 Radicais carboxílicos e fenólicos Húmus 
Os solos tropicais são denominados de solos de carga variável. 
 
Exercício: A análise de um solo identificou os seguintes resultados: CTC de 8,0 cmolc/kg, 
2,0% de matéria orgânica, 40% de argila. Qual a CTC da fração argila? Qual deve ser o tipo de 
colóide predominante na fração argila? Considere a CTC da matéria orgânica igual a 200 cmolc/kg. 
Obs.: Na análise física do solo, a fração argila (partículas com diâmetro inferior a 2 µm) inclui as 
argilas propriamente ditas e os oxi-hidróxidos. 
 
Em 1 kg de solo tem-se 20 g de matéria orgânica e 400 g de argila. 
CTCsolo = CTCm.org. + CTCargila 
CTCm.org ⇒ 200 cmolc = x ⇒ x = 4,0 cmolc 
 1000 g 20 g 
8,0 = 4,0 + CTCargila ⇒ CTCargila = 4,0 cmolc 
CTCargila ⇒ 4,0 cmolc = y ⇒ y = 10 cmolc/kgarg ⇒ predomínio da caulinita 
 400 g 1000 g