43591-Aula 01 Agua no solo - Introdução 06 08

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IRRIGAÇÃO E 
DRENAGEM AGRÍCOLA A
Curso: Agronomia
Código: 50-331
6º Semestre
Carga Horária: 60h Créditos: 04
Professor Responsável
◼ Prof. Mario Santos Nunes
nunes@san.uri.br
ÁGUA NO SOLO
O solo funciona como um reservatório natural
O volume de água do solo é variável e depende da recarga
Períodos secos → o solo funciona como reservatório
Chuvas em excesso→ escoamento superficial ou percolação
Manejo da água
Regiões áridas e semi-áridas→ economia de água
Regiões úmidas → drenagem e lixiviação (lixiviação é um
processo de deslocamento de minerais presentes na superfície do solo).
Problemas de distribuição → eficiência do uso da água
➢ A parte sólida do solo (matriz do solo) é constituída pelas partículas
minerais e orgânicas;
➢ A inter-relação das partículas do solo em função do tamanho, da
disposição e da forma dessas partículas, juntamente com a parte líquida
do solo, determina a retenção da água no solo e a composição do ar do
solo;
➢ A física do solo objetiva a máxima produtividade das culturas,
preservando o equilíbrio entre as fases sólida, líquida e gasosa.
O solo como um sistema trifásico
Figura . O solo como um sistema trifásico. Santa Maria, UFSM. 2000.
O solo como um sistema trifásico
Figura . Alterações no sistema trifásico em um solo cultivado: (A) após o preparo
do solo; (B) após a colheita do trigo e; (C) após a compactação pelos
equipamentos de cultivo do solo. Figura extraída de GLINSKI & LIPIEC
(1990).
O solo como um sistema trifásico
PARTE SÓLIDA DO SOLO
➢ As partícula do solo apresentam diferentes formas, tamanhos e
composições;
➢ A textura do solo é a separação das partículas quanto ao tamanho em
areia, silte e argila;
Fração Tamanho
Cascalho > 2.0 mm
Areia grossa 0.2 – 2.0 mm
Areia fina 0.02 – 0.2 mm
Silte 0.002 – 0.02 mm
Argila < 0.002 mm
Tabela. Classificação textural das partículas do solo de acordo com a
Sociedade Internacional de Ciência do Solo.
Estabilidade de agregados
Expressa a resistência à desagregação que os agregados apresentam
quando submetidos a forças externas (ação implementos agrícolas e
impacto gota chuva) ou forças internas (compressão de ar,
expansão/contração) que tendem a rompê-los.
Figura. Triângulo para determinação das classes texturais de solos, em função
das porcentagens de areia (0,05 a 2,0 mm), silte (0,002 a 0,05 mm) e
argila (<0,002 mm).
Parte sólida do solo
Figura. Curvas granulométricas para três tipos de solos.
Parte sólida do solo
➢ Dissolvidos na água
Sais minerais → forma iônica ou molecular
Substâncias orgânicas
Gases
➢ Fração sólida é o reservatório natural da maioria dos solutos
➢ Interação: solutos da solução  fração sólida do solo (O soluto
é um sólido contido numa solução líquida).
Fenômenos físico químicos de superfície
Parte sólida do solo
POROSIDADE DO SOLO (PTotal)
➢ É afetada pela compactação do solo
➢ A retenção da água no solo não depende da porosidade do solo,
mas sim, da distribuição do tamanho de poros.
➢ A distribuição depende da textura e estrutura do solo.
➢ O sistema radicular ocupa menos de 5% da porosidade total e em
poros maiores que 0,06mm de diâmetro.
➢ A porosidade total varia de 0,28 a 0,75 na maioria dos solos. Em
solos orgânicos varia de 0,50 a 0,90.
Parte sólida do solo
TV
SVTV = 
WVAVSV
WVAV = PT
−
++
+
Onde:
PT é a porosidade total do solo,
Va é o volume de ar, 
VT é o volume total, 
Vw é o volume de água e 
Vs é o volume de sólidos do solo.
Parte sólida do solo
ESPAÇO AÉREO (EA)
O espaço aéreo de um solo é também chamado de porosidade livre
de água.
 - P = V - P = E TwTA
Parte sólida do solo
DENSIDADE DE PARTÍCIULA (Dp)
➢ É definida como a relação entre a massa de sólidos (ms) de um solo
seco e o volume das partículas do solo (Vs)
➢ A importância direta da Dp é praticamente mínima sendo,
entretanto, utilizada para calcular a porosidade total do solo.
V
m
 = D
s
s
P
D
D - D
 = P
P
SP
T
Parte sólida do solo
DENSIDADE DO SOLO (Ds)
➢ A densidade do solo (Ds) é obtida pela relação entre a massa das
partículas secas do solo (ms) e o volume total do solo (Vt).
t
s
S
V
m
D =
Parte sólida do solo
FASE LÍQUIDA DO SOLO
➢A solução aquosa do solo (sais minerais, substâncias orgânicas e
gases) constitui a fase líquida do solo.
Figura . O solo como um sistema trifásico. Santa Maria, UFSM. 2000.
O solo como um sistema trifásico
Figura . Molécula de vapor de água, modificada de LIBARDI (1999).
Fase líquida do solo
ESTRUTURA DO GELO
➢ A estrutura do gelo é mantida pelas pontes de hidrogênio
➢ Em 3 dimensões a estrutura poderá ser considerada como folhas
de anéis hezagonais
➢ Vazios na estrutura são resultado do máximo número de pontes de
hidrogênio → gelo é mais leve que a água
➢Quando ocorre o degelo, devido a maior agitação térmica, ocorreo
rompimento de aproximadamente 15% das pontes de H e 8% das
moléculas escapam.
Fase líquida do solo
Figura. Arranjo tetraedral das moléculas
de água no gelo. Modificado de
LIBARDI (1999).
Figura. Estrutura esquemática de um
cristal de gelo. As pontes de
hidrogênio unem as moléculas
de água adjacentes. Os átomos
de oxigênio são representados
em escuro e os de hidrogênio
em branco, adaptada de
HILLEL (1970).
Fase líquida do solo
Figura. Representação esquemática dos aglomerados de moléculas de
água ligadas e não ligadas na água líquida, adaptada de LIBARDI
(1999).
Fase líquida do solo
PROPRIEDADES DA ÁGUA
➢ Solvência
➢ Propriedades térmicas
➢ Propriedades adesivas e coesivas
➢ Viscosidade
➢ Tensão de resistência
Fase líquida do solo
IMPORTANTES
CONTEÚDO DE ÁGUA NO SOLO
➢ É a quantidade de água retirada de uma amostra de solo submetida
a secagem em estufa a 105oC até massa constante
➢ Pode ser expresso pela relação a massa e ao volume de água
➢ O conteúdo gravimétrico da água no solo é definido pela expressão:
s
su
m
mm
U
−
=
Fase líquida do solo
➢ O conteúdo volumétrico de água no solo pode ser determinado
pelas seguintes relações:
ss
s
su
was
w
t
w
vol DUD
m
mm
VVV
V
V
V
=
−
=
++
==
Va é o volume de ar, VT é o volume total, Vw é o volume de água e 
Vs é o volume de sólidos do solo.
➢A densidade do solo relaciona o conteúdo gravimétrico e o
volumétrico da água no solo.
Fase líquida do solo
DETERMINAÇÃO DO CONTEÚDO DE ÁGUA NO SOLO
➢ Método gravimétrico
➢ Método das pesagens
➢ Sonda de nêutrons
➢Time Domain Reflectometry (TDR)
➢ Métodos indiretos: Tensiômetros.
Fase líquida do solo
➢ Método gravimétrico
➢ Método das Pesagens:
Este método é também conhecido como método do balão
volumétrico e foi desenvolvido por Papadakis (1941) e melhorado
posteriormente por Klar et al. (1966) e Bernardo (1968) apud Righes et al.
(2003). É um método que se baseia na saturação da amostra de solo,
contrariamente aos métodos anteriores, que promovem o secamento da
amostra. Fundamenta-se na obtenção de um padrão, que servirá de referência
às demais determinações.
É um método simples e, após obtenção do padrão e da densidade de
partículas do solo, necessita apenas de balança com sensibilidade de 1 g,
sendo, portanto, barato e, para fins práticos apresenta boa precisão
(KLAR,1984).
➢ Sonda de nêutrons
Este método foi desenvolvido 1940 e tem como princípio a
interação entre o conteúdo de água no solo e a radiação de
nêutrons. A técnica da moderação de nêutrons (figura 06)
pode ser utilizada para determinar o conteúdo de água
em
determinada profundidade no solo.
➢Time Domain Reflectometry (TDR)
A técnica do TDR de modo geral é mais comumente utilizada em
pesquisas, em virtude de sua facilidade de obtenção, aquisição e
armazenamento de dados para a estimativa do teor de água no solo
e condutividade elétrica. A técnica baseia-se na propagação de
ondas eletromagnéticas através de hastes condutoras envoltas pelo
solo. Este fenômeno se deve a diferença entre as constantes
dielétricas(K), da água,do ar e do solo.
➢Time Domain Reflectometry (TDR)
Métodos indiretos: Tensiômetros
Dentre os métodos indiretos temos o tensiômetro que é um aparelho
que mede a tensão de água ou potencial matricial do solo, que pode
ser convertido para teor de água no solo. Sendo assim, podemos,
com o auxílio deste aparelho, determinar o teor de água atual no
solo, na profundidade de interesse e, conseqüentemente, a
quantidade de água armazenada no perfil do solo
Tensiometria
Prof. do 
solo ou 
zona ativa 
das raízes 
Tensiômetro 
raso 
Tensiômetro 
profundo 
0,45 m 0,20 m 0,30 m
0,60 m 0,30 m 0,45 m
0,90 m 0,30 m 0,60 m
 1,20 m 0,45 m 0,90 m
Tabela. Profundidade recomendada para a
instalação de tensiômetros (MORETTI
FILHO).
Tensiometria
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Quando a camada do perfil de
solo está seca, a água de dentro do
tubo passa para o solo através da
cápsula porosa, criando vácuo dento
do tensiômetro, ou seja, como o
potencial de água no solo está menor
que o potencial na cápsula, a água
passa da cápsula para o solo,
procurando o equilíbrio de energia
potencial. Esse vácuo pode ser medido
com auxílio de vacuômetros e ou
tensímetros. Entretanto, se o potencial
de água no solo estiver alto, ou seja,
muito úmido, a água pode entrar no
tubo de PVC pela cápsula,
promovendo a redução do vácuo
existente.
DEFINIÇÃO DE QUANDO IRRIGAR
O uso de tensiômetros é
necessário para indicar o momento de
irrigar, que é definido pelo limite
mínimo de água disponível no solo e/ou
limite de tensão de água retida no solo
que, a partir deste, o rendimento da
cultura será afetado. Esse limite varia
entre e dentro das espécies cultivadas e
deve ser definido em pesquisa de
campo.
GUIA PARA INTERPRETAÇÃO DE LEITURAS DE TENSIÔMETROS
Valores críticos mínimos de tensão de água do solo para diversas
culturas em região com períodos de altas (valores a esquerda) e
baixas evapotranspiração (valores a direita).
DEFINIÇÃO DE QUANTO IRRIGA
MÉTODO DO TURNO DE REGA CALCULADO
Neste método o solo funciona como reservatório de água para as
plantas, devendo ser reabastecido toda vez que a umidade atingir níveis
predeterminados. A recarga desse “reservatório” dependerá da sua capacidade
de retenção de água, relacionada principalmente com a textura. Nos solos
arenosos a reposição de água deve ocorrer sempre que perderem 40% da sua
capacidade total de armazenamento. Nos argilosos esses valores podem atingir
60%. Normalmente empregam-se os seguintes fatores de recarga:
FASE GASOSA DO SOLO
➢ A quantidade de ar no solo determina a quantidade de oxigênio
presente no solo;
➢ o coeficiente de difusão do oxigênio que afeta diretamente a taxa de
difusão ou trocas gasosas do solo;
➢ A composição do ar no solo depende da taxa de difusão dos gases
e da taxa de respiração do solo;
Figura . O solo como um sistema trifásico. Santa Maria, UFSM. 2000.
O solo como um sistema trifásico
➢ O ar no solo, em comparação ao atmosférico, apresenta menor
conteúdo volumétrico de oxigênio e maior conteúdo de gás
carbônico
Tabela. Composição média do ar do solo e ar atmosférico.
Tipo de gás Ar do solo Ar atmosférico
Nitrogênio (N2) 79,20% 79,00%
Oxigênio (O2) 20,55% 20,97% 
Gás Carbônico (CO2) 0,25% 0,03%
Fase gasosa do solo
“Quantidade de energia (trabalho mecânico) necessária para 
transportar uma unidade de água de uma situação, tomada como 
padrão, para outra com potencial energético conhecido”
POTENCIAL DA ÁGUA NO SOLO
O potencial da água no 
interior do solo depende
Da elevação do ponto em relação ao plano de
referência;
Da pressão hidrostática;
Temperatura;
Concentração de solutos;
Campo elétrico ou térmico
POTENCIAL GRAVITACIONAL (g )
➢ A energia da gravidade causa o movimento descendente da água,
desde que não ocorra uma força oposta de igual magnitude.
g positivo
g negativo
Plano de referência
Potencial da água no solo
Depende diretamente da posição da partícula de água
dentro do campo gravitacional, em relação a um
referencial
Figura . Esquema prático para quantificação do potencial gravitacional da água
no solo e na planta, adaptado de REICHARDT (1978). A superfície do
solo representa o planto de referência.
Potencial da água no solo
Potencial da água no solo
POTENCIAL OSMÓTICO (os )
Decorrente de diferenças na composição química de água no solo (sais
minerais, matéria orgânica, etc).
➢O valor do potencial osmótico é sempre negativo.
RTCos −=
Onde: R é a constante geral dos gases (0,082 l atm / oK mol), T é a
temperatura absoluta (em oK) e C é a concentração salina da solução do
solo (mol l-1).
Potencial da água no solo
POTENCIAL DE PRESSÃO (p )
➢ Pode ser tanto negativo como positivo:
> pressão atmosférica → positivo → potencial de pressão (p)
Solo saturado: pressão que a coluna de fluidos exerce sobre um dado ponto
(poro-pressão positiva)
< pressão atmosférica → negativo → potencial matricial (m)
Solo não saturado: força de adesão de água nas partículas sólidas: potencial
métrico ou matricial.
Potencial da água no solo
POTENCIAL DE PRESSÃO (p )
➢O potencial de pressão ocorre em solos saturados.
➢ O turgor é causado por um potencial de pressão, também chamado
de turgecência.
Potencial da água no solo
Figura. Distribuição do potencial de pressão em diferentes situações de uma
cultura irrigada por inundação, adaptada de REICHARDT (1978).
Potencial da água no solo
POTENCIAL MATRICIAL (m)
“O potencial matricial representa a quantidade de pressão que
deve ser aplicada para remover uma unidade de água retida pela
matriz do solo”.
Os mecanismos responsáveis são as forças de adsorsão (envelopes de
hidratação) e de capilaridade.
➢O fluxo de água é determinado pela distribuição e tamanho dos poros
saturados com água e pela viscosidade da água.
➢ A água é movimentada, por fluxo de massa, em poros não capilares
devido à ação da força da gravidade.
➢ O movimento da água no solo depende da diferença de potencial
entre dois pontos.
➢ Na infiltração da água no solo ocorrem:
→ potencial gravitacional
→ potencial matricial (causa do movimento horizontal da água)
MOVIMENTO DA ÁGUA NO SOLO
Movimento da água no solo
➢ O movimento da água pode ocorrer por:
→ fluxo saturado → gradiente de potencial de pressão
→ fluxo não saturado → gradiente de potencial matricial
➢ Lei de Darcy:
Onde: q é o fluxo de água por unidade de área, Q é a vazão que
atravessa a área transversal do solo, A é a área transversal do
solo, K() é a condutividade hidráulica do solo e /Z é o
gradiente de potencial total da água.
Z
K
A
Q
q )(


−== 
➢ Infiltração é o processo pelo qual a água penetra no solo, através de
sua superfície.
➢ Esse processo ocorre porque a água da chuva ou da irrigação possui
um potencial total maior do que aquele verificado para a água do solo.
INFILTRAÇÃO DA ÁGUA NO SOLO
➢ Fatores que afetam 
a infiltração da água 
no solo
Conteúdo inicial da água no solo
Condutividade hidráulica do solo
Superfície do solo
Presença de camadas com baixa
permeabilidade
Duração da chuva ou irrigação
Infiltração da água no solo
DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO
➢ A capacidade de infiltração (CI) é definida como sendo a altura de
lâmina de água que um solo pode infiltrar na unidade de tempo.
➢ O infiltrômetro de anéis concêntricos ou de duplo anel é o
equipamento comumente utilizado para mensuração da infiltração
Infiltração da água no solo
Figura. Infiltrômetro de anéis concêntricos ou de duplo anel
Infiltração da água no solo
Tabela. Valores da infiltração da água em função do tempo. Santa
Maria, UFSM. 2000.
Observação Tempo 
(minutos) 
Infiltração (cm) 
1 1 0,32
2 5 0,77
3 10 1,14
4 15 1,42
5 20 1,66
6 15 1,88
7 30 2,08
8 45 2,60
9 60 3,04
10 90 3,80
11 120 4,45
12 150 5,04 
13 180 5,56
Infiltração da água no solo
➢ A infiltração acumulada (I) da água no solo, em cm, pode ser descrita
pela equação potencial do tipo:
naTI =
Onde: a e n são coeficientes que dependem do tipo de solo e T é o
tempo acumulado de infiltração em minutos.
➢ A infiltração de água no solo em um determinado tempo pode ser
obtida pela derivada desta equação, assim:
1nT.n.a.60VI −=
Infiltração da água no solo
➢ A capacidade de infiltração de água no solo (CI) pode ser
determinada pela seguinte expressão:
1n)n.600.(n.a.60CI −=
CI (mm/hora) Método de Irrigação recomendado 
<12 Superfície, aspersão, gotejamento
12 – 50 Aspersão, superfície, gotejamento, subirrigação
> 50 Aspersão, subirrigação, gotejamento
Tabela . Valores de capacidade de infiltração em função dos métodos de
irrigação recomendados.
Infiltração da água no solo
Figura. Taxa de infiltração e infiltração acumulada no perfil de um solo
Argissolo situado em Santa Maria, RS.
Tempo (minutos)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Ve
loc
id
ad
e 
de
 In
filt
ra
çã
o 
(c
m
 h
-1
)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
In
filt
ra
çã
o 
Ac
um
ul
ad
a 
(c
m
)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Velocidade de Infiltração (cm h
-1
)
Infiltração acumulada (cm)
Infiltração da água no solo
Figura. Velocidades de infiltração
típicas para vários solos.
Tempo (minutos)
0 30 60 90 120 150 180
V
e
lo
c
id
a
d
e
 d
e
 I
n
fi
lt
ra
ç
ã
o
 (
m
m
 h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
Solo arenoso
Solo siltoso
Solo argiloso
Velocidade Final
➢ A freqüência da irrigação depende da quantidade de água
armazenada no perfil do solo.
➢ Normalmente o armazenamento ou disponibilidade máxima é
associada com a quantidade de água retida entre a capacidade de
campo (CC) e o ponto de murcha permanente (PMP).
➢ Problemas com o PMP e a CC → água extraível
ARMAZENAMENTO DE ÁGUA NO SOLO
Armazenamento de água no solo
➢ O conceito clássico de água disponível serve para caracterizar os
solos do ponto de vista quantitativo.
Solos profundos > armazenamento → algumas vezes não necessita
irrigação
Solos arenosos < armazenamento→ irrigações mais freqüentes
Armazenamento de água no solo
DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE CAMPO
➢ A capacidade de campo é normalmente definida como a quantidade
de água que um solo pode reter após a ocorrência da drenagem natural
do perfil
Tempo
Co
nte
údo
 de
 ág
ua
Tempo
Co
nte
údo
 de
 ág
ua
Solo Arenoso
Solo Argiloso
CC
CC ??
Armazenamento de água no solo
Capacidade de Campo:
0,1 bar → solo arenoso
0,33 bar → solo argiloso e franco
DETERMINAÇÃO DO PONTO DE MURCHA PERMANENTE
➢ É determinado quando ocorre o murchamento irreversível da planta
➢ Não depende somente do solo, mas também, das plantas que nele
vegetam.
Armazenamento de água no solo
DETERMINAÇÃO DO ARMAZENAMENTO MÁXIMO
p*)PMPCC(CRmáx −=
Onde:
CRmáx é a capacidade de armazenamento máximo do solo em mm
CC é a capacidade de campo do solo em cm3cm-3
PMP é o ponto de murcha permanente do solo em cm3cm-3
p é a profundidade da camada de solo em mm
Armazenamento de água no solo
DISPONIBILIDADE DE ÁGUA AS PLANTAS
➢ Tradicionalmente
p*)PMPCC(AD −=
em laboratório
➢ Os valores de CC determinados a campo normalmente não coincidem
com aqueles determinados em laboratório
Armazenamento de água no solo
p*)LILS(CAD −=
ÁGUA EXTRAÍVEL OU DISPONÍVEL
➢ Tem sido mais utilizada
Onde:
CAD = capacidade de água total disponível no solo (mm de
água/cm de solo)
CC = conteúdo de água no solo na capacidade de campo (%peso)
PMP = conteúdo de água no solo no ponto de murcha permanente
(%peso)
d = densidade do solo (g de solo/cm³de solo)
EXEMPLO
EXEMPLO 02