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52 GÊNESE DO SOLO I . Introdução à ciência do solo • Histórico e evolução da ciência do solo • Importância do estudo da ciência do solo • Pedosfera, solo e relação solo-paisagem • Solo como sistema aberto, fluxo de energia e formação do solo • O solo nos geoecossistemas e suas funções gerais ecológicas e produtivas • Aplicações Aristóteles (384-322 AC) foi um filósofo grego, estudante de Platão e professor de Alexandre O Grande, e um dos mais influentes na filosofia grega antiga. Na antiguidade, os filósofos estudavam os mais distintos aspectos da natureza. Talvez você já tenha ouvido falar de Aristóteles, mas jamais imaginado que ele tivesse se preocupado com solos e nutrição de plantas. Justus von Liebig (1803-1873 AD) foi um químico alemão que fez inúmeras contribuições importantes na química e bioquímica agrícola. É reconhecido como o pai da fertilidade do solo pelas descoberta do nitrogênio como nutriente essencial às plantas e o estabelecimento da lei do mínimo. Vasily Vasili'evich Dokuchaev (1846-1903 AD) foi um geólogo russo, que é considerado o pai da ciência do solo. Antes das descobertas deste pesquisador, o solo era considerado um produto somente da transformação físico-química da rocha. Hans Jenny (1989-1990). Estabeleceu a relação matemática geral que relaciona propriedades do solo com fatores independentes de formação do solo: s = f (cl, o, r, mp, t, ...) s – solo, cl – clima, o – organismos vivos, r – relevo, mp – material parental, t – tempo. CONCEITOS Solo [Do lat. solu.] s.m. 1. Porção da superfície terrestre onde se anda se constrói etc.; terra; chão: o solo pátrio. 2. Parte superficial, não consolidada, do manto do intemperismo, a qual encerra matéria orgânica e vida bacteriana, e possibilita o desenvolvimento das plantas. 3. Material da crosta terrestre, não consolidado, que ordinariamente se distingue das rochas, de cuja decomposição em geral provém. 4. É o substrato principal da produção de alimentos. 5. Principal fonte de nutrientes e de sedimentos que vão para os rios, lagos e mares. Segundo (Soil Survey Staff, (1951): Solos são corpos naturais, ocupam porções na superfície terrestre, suportam plantas e as edificações do homem e apresentam propriedades resultantes da atuação integrada do clima e dos organismos, atuando sobre o material de origem, condicionado pelo relevo, durante um período de tempo. É Diferenciado em seus atributos: cor, topografia, profundidade, textura, utilização e aspectos socioeconômicos. O conhecimento do solo e de seu comportamento pode: 1. Fornecer uma base geral, para facilitar a compreensão de alguns fenômenos facilmente perceptíveis no campo e estimular novas observações, facilitando, assim, as decisões. 2. Sugerir a utilização de informações já existentes, que poderão ser usadas diretamente nos planejamentos regionais, ou poderão somar no sentido de servir de referencial para tomadas de decisão em níveis mais específicos. 3. Os solos variam de um lugar para outro e muitas são suas características. Quanto à GÊNESE: O solo pode ser pouco ou muito desenvolvido. 53 SOLO = f (clima, organismos, material de origem, relevo e tempo) 1. Os fatores ativos (clima e organismos) atuam de cima para baixo, isto é, os solos são mais intemperizados (velhos) à superfície do que em camadas mais profundas. 2. Formação de camadas mais ou menos paralelas à superfície. 3. Os processos de pedogênese estão ligados, é lógico, ao tempo que, por sua vez, é controlado pelos processos de erosão (relevo). Fluxo de energia e formação de solos O solo é um sistema aberto que troca matéria e energia (oxigênio, gás carbônico, água, vapor, metano, outros gases) com a atmosfera. Materiais solúveis (nitrato, matéria orgânica solúvel) são lixiviados do corpo do solo. Processos físicos, químicos e biológicos no solo resultam numa distribuição desuniforme de materiais nos horizontes e solos. Deposição e erosão de materiais causam redistribuição de partículas na paisagem. Esses mecanismos operam numa escala de tempo de centenas, milhares ou milhões de anos. As variações são condicionadas pelas condições ambientais. Em uma paisagem podemos observar uma variabilidade muito grande de solos e que podem ser identificados, caracterizados e serem alocados em mapas pelo levantamentos de solos. Alguns conceitos básicos Pedon: célula unitária ou a menor porção ou volume reconhecido como um solo. Polipedon: conjunto de pedons adjacentes com as mesmas características e representa a distribuição espacial de um determinado tipo ou classe de solo. Perfil de solo: superfície vertical do solo expondo os horizontes, ou seja, as camadas mais ou menos horizontais, desde a superfície da terra até o material subjacente inalterado. Catena: seqüência de solos encontrados em uma sucessão na superfície terrestre, compreendida entre o interflúvio (divisor de águas) e o sistema de drenagem. 54 Funções do solo 1. Adsorver e liberar nutrientes e outros compostos químicos; 2. Reter e liberar água para as plantas, rios e lençol freático; 3. Promover e sustentar o crescimento radicular; 4. Propiciar habitat favorável aos organismos; 5. Responder ao manejo e resistir à degradação; 6. Armazenar e deixar fluir calor e gases. Funções ambientais do solo 1. Filtro de partículas; 2. Reator de transformações; 3. Armazenamento e ciclagem de água; 4. Armazenamento e ciclagem de nutrientes; 5. Fonte de biodiversidade; 6. Uso antrópico; 7. Outras. Suporte para os vegetais Fornecimento de água Fornecimento de nutrientes essenciais Fornecimento de oxigênio para as raízes Agricultura Floresta Zootecnia: dependente da qualidade do solo, relevo, clima, manejo O solo pode purificar a água 1. O solo pode ser um filtro: O solo pode ser um filtro físico de partículas; O solo pode adsorver substâncias (elementos tóxicos, moléculas orgânicas) 2. O solo pode ser um reator de transformações: O solo pode transformar substâncias no seu caminho para os reservatórios subterrâneos. O solo pode “poluir” a água subterrânea Através da degradação da estrutura e/ou mudança das condições químicas do solo: 1. O solo pode ser fonte de partículas coloidais (vetor de solubilidade para substâncias tóxicas pouco solúveis). 2. O solo pode liberar substâncias tóxicas previamente capturadas. Solos e a cadeia alimentar 3. A litosfera é a fonte primária da maioria dos nutrientes; 4. Apenas alguns microrganismos conseguem obter nutrientes diretamente da litosfera; 5. Praticamente todos os nutrientes são disponibilizados e armazenados (CTC) na pedosfera. Solo como meio de descarte de resíduos 1. Inertização de resíduos provenientes de descartes urbanos e industriais 2. Propriedades físicas, químicas e biológicas do solo capacitam, em maior ou menor grau, a retenção e degradação dos compostos tóxicos. Lixo detritos gerados pelas atividades humanas domiciliares comerciais industriais agrícolas limpeza pública construção civil portos, aeroportos, terminais rodoviários hospitais, postos de saúde, laboratórios, consultórios 55 Utilização dos solos em áreas urbanas • suporte de casas, edifícios • suporte de ruas • parques, jardins • aterros sanitários • aeroportos • indústrias Falta de conhecimento e de planejamento do recurso solo provoca muitos danos Problemas • fossas sépticas • sistemas de esgotos • erosão do solo • deslizamentos • trincas e até desabamentos de muros, casas e prédios. Efeito estufa 1. Aumento de alguns gases na atmosfera impede que parte da radiação recebida do Sol retorne ao espaço. 2. Aumento da temperatura média no planeta. Classes de Solos doMundo A terra é o diferencial do Brasil 56 SOLO: GÊNESE A teoria dos fatores de formação do solo tem por idéias principais: O solo não é apenas o produto de alteração das rochas, tampouco um amontoado de partículas orgânicas e inorgânicas; O solo possui zonas de acumulação e de perdas chamadas de horizontes, que não existem no material de origem; O solo possui um perfil e um aumento de anisotropia comparado com o material de origem. Composição: COMPOSIÇÃO DE DIFERENTES SOLOS 45 50 35 61 5 2 7 1 34 24 32 4 16 24 26 34 0 10 20 30 40 50 60 70 IDEAL PVA LR REGOSSOLO PO RC EN TA GE M (% ) Minerais M. Orgânica Água Ar Microfotografia mostrando um arranjamento natural das partículas de solo. (Fonte:Troeh, F.R. & L.M. Thompson, Soils and Soil Fertility, 5th edition, Oxford University Press). 57 PEDOGÊNESE PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO SOLO São úteis para entender as feições do solo, identificá-los e classificá-los. O comportamento geral dos materiais que compõem o perfil e/ou horizonte é indicado por: 1. PROCESSOS GERAIS ou FATORES (vs 2. Processos específicos) Fatores de formação do solo TIPOS TRANSFORMAÇÃO: o material muda sua natureza química ou mineralógica. Ex: montmorilonita caulinita Ruptura da rede cristalina dos minerais primários Gênese dos minerais de argila Decomposição da matéria orgânica REMOÇÃO: o material é removido para fora do perfil. Ex: lixiviação Lixiviação de elementos para o lençol freático Erosão TRANSLOCAÇÃO: ocorre quando o material passa de um horizonte para outro, sem abandonar o perfil. Ex: eluviação/iluviação. Eluviação de matéria orgânica, argila silicatada e óxidos do horizonte A para o B Movimentação de material dentro do perfil em outras direções ADIÇÃO: aporte de material do exterior do perfil ou horizonte do solo. Ex: areia ou cinzas vulcânicas trazidas de outro local e depositados sobre o perfil. Incorporação de matéria orgânica ao solo Sedimentação ligeira FONTE: SIMONSON (1959) 58 1. Adição: • Matéria orgânica • Chuva • Vento • Sedimentação • Antropogênicos • Adubos • Biocidas • Resíduos • Aterros 2. Transformação: • Material orgânico em matéria orgânica • Minerais primários em secundários • Precipitação • Dissolução 3. Translocação: • Eluviação / iluviação: • Colóides orgânicos • Colóides inorgânicos • Íons vertical para baixo e para cima (crostas salinas: capilaridade + evaporação): • Animais: • Minhocas, cupins formigas; • Tatus, marmotas, coelhos. 4. Perdas (remoção) • Lixiviação • Erosão • Antropogênicas: • Erosão acelerada • Colheita • Empréstimo de material para construção 2. PROCESSOS ESPECÍFICOS 2.1. LATOLIZAÇÃO (ou FERRALITIZAÇÃO) Abundância de chuvas intenso intemperismo químico (clima tropical e subtropical úmido) LATOSSOLOS cauliníticos = Planalto RS LATOSSOLOS oxídicos = Brasil Central perfis de solos profundos e muito homogêneos sem gradiente textural coloração uniforme Formação do B latossólico • Predomínio: • Perdas (bases) • Transformação • Principais horizontes: • B latossólico • B nítico ??? • Principais solos: • Latossolos • Nitossolos?? • Características: • Enriquecidos em Fe, Al e seus respectivos óxidos 59 • Empobrecimento em sílica • Empobrecimento em bases • Áreas sem eventos tectônicos recentes (Brasil Central, África Central, Austrália) Processo 1: • Formação in situ • Intensa lixiviação (bases e sílica) Processo 2 (petroplintitas): • Aporte lateral de ferro em adição ao acumulado pelo intemperismo. Processo 3: Transporte e deposição de material pré-intemperizado, com subsequente pedogênese (poligenia). • Linhas de pedra ??? • Solos Solos com Solos com Solos com • Neossolos B incipiente B textural B latossólico • Mica Caulinita Gibsita • ENVELHECIMENTO • • AUMENTO EM • - Intemperização • - Profundidade • - Porosidade • - Lixiviação cátions básicos • - Fixação de P • DIMINUIÇÃO EM • - Fertilidade • - Atividade da fração argila (CTC) • - Minerais primários intemperizáveis • - Teor em silte • 60 2.2. LESSIVAGEM E PODZOLIZAÇÃO Transferência vertical de colóides e sua deposição em horizontes subsuperficiais. Pode produzir gradiente textural no perfil Horizonte de perda material = ELUVIAL (A ou E) cores claras e textura mais arenosa Horizonte de ganho material = ILUVIAL (Bt) mais argilosos e menos permeáveis Podzolização: é necessário material rico em quartzo. Com isso, há grande permeabilidade para a matéria orgânica descer na forma de organometal. Causas da “acumulação” nos horizontes inferiores pH mais elevado em profundidade pode favorecer a decomposição dos complexos; complexos metálicos podem flocular devido ao aumento da relação metal/ligante; complexos podem ser imobilizados por adsorção aos minerais. Formação de B textural – Bt • Predomínio: • Translocação (de colóides minerais: argila) • Principais horizontes: • B textural • B plânico • E álbico • Principais classes de solos: • Argissolos • Luvissolos • Planossolos • Processo 1: [Lessivagem (Eluviação-iluviação)] • Translocação de argila do A e/ou E para o B • Dispersão • Transporte • Deposição • Indicadores: • Filmes de argila • Razão argila fina / argila total • Composição do filme de argila • Micromorfologia • Processo 2: • Formação de argila a partir de elementos (Al, Si, Fe, etc.) vindos do intemperismo do A e/ou E. • Argilas se formam in situ, não foram transportadas • Processo 3: • Mais argila se forma no horizonte B que nos outros horizonte acima. • Não há contribuição de elementos vindos do A ou E • Diferenças no material de origem ou na taxa de intemperismo • Processo 4 (não pedogenético) • Deposição de material menos argiloso no topo, vindo a formar o A e/ou o E. • Processo 5: Ferrólise Produz Al3+ Quando o pH aumenta (no processo de redução) o Al se polimeriza. Al(OH)3 intercamadas em argilas expansivas causam a “cloritização” (comum no Pantanal); Diminui a CTC Diminui a capacidade de retenção de água. Ferrólise: Fe3+ + H20 FeOH2+ + H+ • A formação de H+ produz um decréscimo de pH na superfície das argilas. • Dentro de poucos dias, a ligação instável H-argila converte para uma argila com Al3+ trocável. • O Al3+ é dissolvido das posições octaedrais dos minerais argilosos, destruindo parcialmente os minerias argilosos (liberação da Si). 61 • Na próxima inundação, o ciclo se repete: • Fe3+ +1 e- → Fe2+ → pH aumenta → Al3+ pode hidrolizar e precipitar como Al(OH)3 → O que “sobra” no horizonte superficial é o material quartzoso, que não se dissolve. Estrutura dos minerais Pré-requisitos para a ferrólise: • Remoção dos produtos da reação; • Bastante Fe e Matéria Orgânica para sustentar o processo; • Repetiçao indeterminada dos ciclos. Ferrólise : Identificação no Campo Cerosidade Consiste numa fina película de argila depositada na superfície dos agregados conferindo-lhes aspecto lustroso e com brilho graxo. Resultante da migração de argila iluvial. Serve para identificar horizonte B textural e B nítico . 62 • Formação do B espódico Predomínio: • Translocação (de complexos organometálicos) Podzolização • Principal horizonte: • B espódico (Bh, Bs, Bhs) • E álbico • Principal classe de solo: • Espodossolos B Espódico2.3. GLEIZAÇÃO (antigo hidromorfismo) Ocorre em ambiente de solo com prolongada ou permanente saturação com água. O arejamento deficiente condiciona uma decomposição lenta da matéria orgânica, provocando seu acúmulo e um ambiente de redução (baixo potencial de oxirredução). A ausência de oxigênio favorece a atividade de microrganismos anaeróbios, que utilizam metais como aceptores finais dos elétrons (reação de oxi- redução). Desta maneira, Fe3+, Mn3+ e Mn4+ são reduzidos e liberados dos respectivos óxidos. A migração dos íons Fe2+ e Mn2+ na solução deixam (forma) zonas empobrecidas em óxidos e, por isso, descoloridas [cinzentas = gleizadas, às vezes esverdeado a azulado – A coloração esverdeada ou azulada quase sempre implica na presença de Fe (II)]. 63 Em locais com presença de oxigênio (poros, interior de agregados, raízes, zona de oscilação do lençol freático), há formação de concreções localizadas de óxidos. Solos: estão presentes nas depressões, isto é, mas partes mais baixas do terreno. Comuns em áreas de várzeas mal drenadas (drenagem lenta ou impedida). Horizonte com gleização intensa: glei (Bg ou Cg) Formação de horizontes associados à má drenagem • Predomínio: • Transformação (oxi-redução) • Perdas • Translocação (formação de concreções) • Principais horizontes: • Horizonte glei • Horizonte plíntico • Horizonte espódico? Clima tropical. • Principais solos • Plintossolos • Gleissolos • Planossolos • (Espodossolos) • (Organossolos) • Constantemente saturado: glei • Alternadamente saturado: mosqueados, plintitas Oxirredução: Nos solos de drenagem deficiente, encharcados, o oxigênio disponível esgota-se logo. Os próximos oxidantes, substituindo o oxigênio na recepção de elétrons, são nitratos e alguns compostos de manganês. Quando esses se esgotam, o ferro de valência 3 presente na goethita e hematita passa a ser o recepcionador de elétrons, passando de Fe(III), para Fe(II), dando a cor cinzenta das tabatingas. GLEIZAÇÃO • Fe3+ + 1e- → Fe2+ A redução é normalmente seguida pela oxidação do Fe2+ → Fe3+ → e precipitação dos óxidos de Fe (FeOOH) Baixo croma (cores acinzentadas) • A cor do solo fornece pistas importantes a respeito dos constituintes, como também do estado de oxirredução dos solos. • O arejamento deficiente condiciona uma decomposição lenta da matéria orgânica, provocando seu acúmulo e um ambiente de redução (baixo potencial de oxirredução), que transforma Fe e Mn em formas reduzidas (solúveis), facilitando sua migração ou a toxidez para as plantas. 1. os solos hidromóficos estão nas depressões, isto é, nas partes mais baixas do terreno; 2. quando são drenados, natural ou artificialmente, podem ter deficiência de Fe e Mn, que são levados para fora do alcance das raízes. O Mn é reduzido mais rapidamente que o Fe, porém é reoxidado mais lentamente. 3. O cobalto comporta-se de maneira semelhante ao Fe e Mn mas sua deficiência se reflete nos animais. 64 65 66 Cronossequência de um solo glei A-D:solos com horizonte B- textural. A: Bem drenado, B-D: com aumento expressivo da estagnação da água no solo (stagnic properties). E: solo glei com lençol freático. “A2 transformando-se em horizonte E.” 67 2.4. PLINTITIZAÇÃO e LATERIZAÇÃO Acumulação de óxidos de Fe e Al Ø plintita e laterita PLINTITA: acumulações localizadas de óxidos de Fe na forma de mosqueados e nódulos macios de cor avermelhada, capazes de endurecer e cimentar irreversivelmente através de ciclos de umedecimento e secagem. LATERITA: plintita endurecida. O Fe liberado nas porções mais elevadas da paisagem é transferido na forma Fe2+ por fluxos laterais subsuperficiais, oxidando e precipitando nas porções mais baixas. O material argiloso que fica incluso na massa pode ser removido por percolação, originando uma laterita vesicular (porosa). Ex: “pedra cupim” – Ruínas de São Miguel. Petroplintita 2.5. CARBONATAÇÃO Formação e acumulação de CaCO3 (calcita) no solo. Pode formar o horizonte A chernozêmico neste processo. Precipitação da calcita – favorecida por altas de Ca2+ e quantidades decrescentes de água (pluviosidade evapotranspiração) para a dissolução e lixiviação dos carbonatos. 68 A calcita não é adsorvida à superfície de óxidos, então, quando o solo seca os macroporos são os principais locais para a sua precipitação. Em Vertissolos do Uruguai e RS (Campanha), há indicação da dissolução da calcita, devido às atuais condições climáticas mais úmidas. HALOMORFISMO: FOI SUBDIVIDIDO EM SALINIZAÇÃO, SODIFICAÇÃO E SOLODIZAÇÃO O excesso de sais também imprime ao solo certas características peculiares. Os solos estão em depressões onde possa ocorrer excesso de sais e de água temporariamente. Os sais são trazidos das elevações circunvizinhas pela enxurrada ou pelo lençol freático ou muitas vezes o local é rico em sais por causa de depósitos marinhos. Nessas depressões, com excesso de água (pelo menos temporário) e de sais, são formados os Solos Salinos (1). Se o excesso de sais é removido, ficando muitos íons sódio (Na) adsorvidos nas argilas, tem-se um solo alcalino SOLONETZ (2). Se o Na é removido e substituído pelo H, tem-se o SOLODI (4). Quando a remoção do Na ocorre mais completamente no horizonte A do que no B, nessa fase intermediária, há formação do SOLONETZ-SOLODIZADO (3). A melhoria de drenagem (maior lixiviação) vai de SALINOS SOLONETZ SOLONETZ-SOLODIZADO SOLODI. (4) (1) (3) (2) Sais B Na H H H NapH > 1 0,0 Na Solonchak (1) Solonotez (2) Solonotez Solodizado (3) Solodi (4) Sais e H são floculantes, portanto, os solos Salinos e Solodi têm macroporosidade maior que o Solonetz. Há maior eluviação (translocação) de argila do horizonte A para o B no Solonetz, em razão que o Na é dispersante. O pH será máximo no Solonetz por causa do Na e mínimo no Solodi, em razão do H. O pH dos solos Salinos é alto, mas intermediário entre os outros dois. No Solonetz-solodizado, o pH é relativamente baixo no horizonte A e alto no horizonte B. 2.6. SALINIZAÇÃO (antigo Halomorfismo) Acúmulo de sais solúveis no perfil. O processo pode ser natural, ou artificial devido à irrigação mal conduzida. Salinização natural: em áreas litorâneas ou sob clima árido, onde a pluviosidade é menor que a evapotranspiração. Por solubilização de depósitos geológicos subsuperficiais pela água que penetra no perfil. No período seco a ascensão capilar da água transfere os sais à superfície onde precipitam na forma de crostas. Com as chuvas os sais são solubilizados e lixiviados para o subsolo, onde aguardam nova oportunidade para ascender. Principais sais: cloretos, sulfatos e carbonatos de Na, Ca e Mg. Solos com elevados teores de sais Solos SALINOS 2% da CTC saturada por sais condutividade elétrica CE 4 mS 69 2.7. SODIFICAÇÃO e SOLODIZAÇÃO (antigo Halomorfismo) SODIFICAÇÃO Saturação do complexo de troca pelo íon Na+, devido ao uso de águas onde predomina este íon em relação aos demais cátions. Enquanto sais solúveis estiverem presentes, seu efeito floculante mantém os agregados estruturados e permeabilidade adequada do solo. Com a lixiviação desses sais, o Na+ passa a predominar nos horizontes superficiais, causando a dispersão da argila e a destruição dos agregados estruturais. A argila dispersa é translocada horizonte B textural impermeável – B nátrico (Btn) Solos com alta saturação com Na+ Solos SÓDICOS ( 15%, CE 4 mS) SOLODIZAÇÃO O Na+ do horizonte superficial é substituído por H+, acidificando- Solo Solonetz-Solodizado.2.8. TURBAÇÃO Processo de mistura de material do solo, podendo originar horizontes mais uniformes ou menos uniformes. BIOTURBAÇÃO (homogeneidade atribuída à fauna do solo) é ativa tanto na mistura como na transferência de materiais finos à superfície do solo. HIDROTURBAÇÃO é significativa nos solos com argilominerais esmectíticos (Vertissolos), onde através da expansão e contração é promovido o revolvimento do solo e a formação de micro-relevo gilgai. No período seco o solo contrai e o material da superfície cai para as fendas. Quando umedece de novo, expande para a superfície. 70 2.9. PALUDIZAÇÃO: Acúmulo de matéria orgânica. Gênese de um solo orgânico (Couto et al., 1985)
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