2 Aula_2017-Água_no_solo

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Aula 2 - Água no solo 
Prof. Rogério Teixeira de Faria 
unesp 
 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA 
 
 CÂMPUS DE JABOTICABAL 
 
 Departamento de Engenharia Rural 
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias 
Via de Acesso Prof. Paulo Donato Castellane, s/n CEP 
14884-900 - Jaboticabal - SP – Brasil 
tel 16 3209 2600 fax 16 3202 4275 www.fcav.unesp.br 
1º Semestre 2017 
 
rtfaria@iapar.br 
Solo como reservatório de água 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
 
rtfaria@iapar.br 
Relação massa-volume 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l Mg 
Ma 
Ms 
Mt 
Vg 
Va 
Vs 
Vt 
Mg = massa de gases 
Ma = massa de água 
Ms = massa de solo 
Mt = massa total 
Vg = volume de gases 
Va = volume de água 
Vs = volume de solo 
Vt = volume total 
Relação massa-volume 
• Densidade de partículas 
A densidade de partículas expressa a relação entre a massa da 
fração sólida e o volume que esta massa ocupa 
 
 
 
 
 
 
 
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Unidade = g /cm3 
Valores típicos (granulometria) 
Fração mineral = 2,65 
Matéria orgânica = 1,3 – 1,5 
Ms = massa de solo 
Vs = volume de solo 
 Picnômetro 
Solo 
Exercicio 1 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 5 
Vt = 100 cm3 
Ms = 100 g 
Vs =Vt - Va 
 
Va = 62,26 cm3 
Calcular dp 
Relação massa-volume 
• Densidade do solo 
É a relação entre a massa de sólidos (ou massa de solo seco) e o 
volume total ocupado pela porção de solo considerado. 
Expressa compactação 
 
 
 
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Unidade = g /cm3 
Valores típicos (textura, estrutura, compactação) 
Solo arenoso = 1,3 – 1,8 g/cm3 
Solo argiloso = 1,0 – 1,4 g/cm3 
Solo orgânico = 0,2 – 0,6 g/cm3 
Ms = massa de solo 
Vt = volume total 
 
Porosidade 
Em função do tamanho dos poros pode-se distinguir dois tipos 
de porosidade 
Macroporosidade (> 6 a 10 μm) 
• Água se move rapidamente por gravidade 
• Ar ocupa lugar da água após a drenagem 
• Solos arenosos tem mais macroporos que argilosos 
• Solos estruturados têm mais macroporos que os 
compactados 
7 
Porosidade 
Microporosidade (< 6 a 
10 μm) 
• Água circula por capilaridade 
• Retém a maior parte da água 
disponível para as plantas, que a 
consome de acordo com suas 
necessidades 
• É condicionada pela textura e 
estrutura 
• Portanto, solos arenosos secam 
mais rapidamente que argilosos 
• Também solos compactado secam 
mais rapidamente 
 
8 
Porosidade 
 
 
9 
Vp = volume de poros 
Vg = volume de gases 
Va = volume de água 
Vt = volume total 
dp = densidade de partícula 
ds = densidade do solo 
Expressa a relação entre o volume de poros 
de uma porção de solo e o seu volume total. 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Porosidade livre de água 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 10 
Vg = volume de gases 
Vt = volume total 
Vp=volume de poros 
Va = volume de água 
Ƞ = porosidade 
θ = umidade base em volume 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Grau de saturação 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 11 
Vp=volume de poros 
Va = volume de água 
Ƞ = porosidade 
θ= umidade base em volume 
Solo seco Θgs = 0 
Solo saturado = Θgs = 1 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Vp 
Va 
Relação massa-volume 
• Umidade com base em massa (g/g) 
 
 
rtfaria@iapar.br 
Exemplo 
Mt = 100 g 
Ms = 90 
Ma = 10g 
Va= 10 cm3 
U = 0,11 = 11% 
 
Ma = massa de água 
Ms = massa de solo (solo seco) 
Mt = massa total(solo úmido) 
 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Relação massa-volume 
• Umidade com base em volume 
 
 
rtfaria@iapar.br 
da = densidade da água 
Va = volume de água 
Ms = massa de solo (solo seco) 
Vt = volume total 
 
 
1 cm3 de água é igual a 1 g de água, ou seja 
Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Vt Va 
Va = Ma ( 1c3 = 1g) 
Exercício 2 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 14 
5 cm 
5 cm 
Uma amostra de solo foi coletada em um anel volumétrico de 5 
cm de diâmetro e 5 cm de altura. A massa do anel é de 82,5 g. 
A pesagem do conjunto anel e solo úmido originou a massa de 
224,85 g. Em seguida, o solo foi seco em estufa a 110 oC e o 
conjunto foi novamente pesado, obtendo-se a massa de 
193,55 g. Sabendo-se que a densidade de partículas é 2,65 
g/cm3, pergunta-se: 
• Qual a umidade do solo, em massa e em volume? 
• Qual a densidade do solo? 
• Qual a porosidade total? 
• Qual a porosidade livre de água? 
• Qual é o grau de saturação? 
Exercício 3 (fazer em casa) 
1.000 cm3 de solo tem massa úmida igual a 1.460 g e massa seca 
de 1.200 g. Sabendo-se que dp = 2,65 cm3/cm3, calcular: 
1) Umidade com base em massa seca; 
2) Densidade do solo; 
3) Umidade volumétrica; 
4) Porosidade do solo; 
5) Porosidade livre de água; 
6) Grau de saturação 
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Potencial de água do solo 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 16 
• Quantifica a quantidade de energia com que a água do solo está retida 
• Em termos práticos indica a dificuldade da planta em retirar água do solo 
Componentes do potencial total da água no solo 
Composto basicamente por quatro componentes, e 
representados pela letra grega Ψ (psi). 
 
Ψt = Ψg + Ψp + Ψm + Ψos + ... 
 
Ψt= Potencial total; 
Ψg= Potencial gravitacional; 
Ψp= Potencial de pressão; 
Ψm= Potencial matricial; 
Ψo= Potencial osmótico. 
 
760 mmHg = = 0,987 atm = 1 bar = 10 mca = 102 KPascal (kPa) 
10 cm c.a = 1 KPascal (kPa) 
Potencial matricial 
•Refere-se ao estado de energia da água devidos à suas interações 
com as partículas sólidas do solo, também chamadas de matrizes do 
solo; 
•Ocorre devido à capilaridade e adsorção (coesão + adesão) que 
propiciam à água um estado de energia menor que o estado da 
água “livre” à pressão atmosférica. 
A componente matricial será (m) será sempre negativa. 
Para um solo saturado, onde todos os poros estão cheios de 
água, a componente matricial é nula, m = 0. 
Tensão de água no solo é o valor do potencial 
matricial, mas com de sinal inverso . Portanto, 
TENSÂO é positiva 
Potencial matricial 
O componente matricial (m) de um solo é função de sua 
umidade (). 
 
A relação entre m e  é denominada de “curva 
característica da água no solo” ou, simplesmente “curva 
de retenção”. 
 
Na prática, m é medido e não calculado. 
 
Existem vários equipamentos para efetuar tal medição, como: 
tensiômetros (condições de campo), funis de placa porosa, 
câmara de pressão de Richards (laboratório). 
 
 
Potencial matricial 
Tensiômetros 
Tensiômetros 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 21 
Tensiômetros com tensímetros 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 22 
Potencial matricial 
Tensiômetros 
Quanto mais seco o solo, maior é a coluna de mercúrio e mais 
negativo é o valor de m. 
 
Ψm= -12,6 h + h1 +h2  (vacuômetro de mercúrio) 
 
Em que: Ψm= potencial matricial de água no solo (cm.c.a) 
h= altura da coluna de mercúrio (cm). 
h1= altura da cuba de mercúrio ate nível do solo (cm). 
h2= centro da cápsula ate o nível do solo (cm). 
 
Ψm= -13,6 h + h1 +h2  
(vacuômetro metálico e 
tensimetro) 
1 KPascal (kPa) = 0.1 cm c.a 
RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO 
 
•A umidade e o estado de energia da água são as características 
mais importantes da retenção de água do solo; 
•Define absorção de água pelas plantas e fluxo de água no solo. 
 
 
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Retenção de água no solo 







g
g
sólidosdeMassa
águadeMassa
U







3
3
cm
cm
totalVolume
águadeVolume

Gases 
Solução 
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
Curva de retenção de água 
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Anel volumétrico para determinar a umidade com base em volume 
Curva de retenção de água 
P U 
0 45 
10 36 
50 32 
Exercício 4 (Fazer em casa) 
• Fazer curva de retenção de água (usar Excel) e determinar CC, 
PMP, AD 
• Dados 
 
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Tensão 
(kPa) 
θ% 
(Argiloso) 
θ% 
(Arenoso)1 45,0 25,0 
6 40,0 20,0 
10 29,5 15,0 
30 22.5 10,0 
50 20.5 9,0 
100 19,2 8,0 
500 17.5 7,0 
1000 17.0 6,8 
1500 16.9 6,7 
1
10
100
1000
10000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Te
n
sa
o
 (
kP
a)
 
Umidade (%) 
Argiloso
Arenoso
CURVA CARACTERÍSTICA DA ÁGUA NO SOLO (CURVA DE 
RETENÇÃO) 
RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO 
Conceitos 
Capacidade de Campo (CC): é o limite superior de 
água disponivel no solo, sendo a máxima quantidade de 
água que o solo consegue reter sem a ocorrência de 
drenagem. 
 Ponto de Murcha Permanente (PMP): é o limite 
inferior de armazenamento de água disponível no solo. 
Neste ponto a água não está mais disponível para as 
plantas. 
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32 
Curva de retenção de água 
sat PMP crit CC 
Água não 
disponível 
Água disponível 
Água facilmente disponível 
Água 
gravitacional 
ψPMP = 
 1500 kPa 
ψSat = 
 0 kPa 
 
ψCC = 
 10 kPa 
 
ψcrit = 
x atm 
(depende da cultura) 
 
Umidade (cm3/cm3) 
 
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Curva de retenção de água 
para solo arenoso e argiloso 
0.1
1
10
100
1000
10000
0.05 0.08 0.1 0.13 0.15 0.18 0.2 0.23 0.25 0.28 0.3 0.33 0.35 0.38 0.4 0.43 0.45 0.48 0.5
Umidade (cm3/cm3)
T
e
n
s
a
o
 (
k
P
a
)
Água disponível Água disponível 
PMP
PMP
CC
CCSAT SAT
Latossolo Roxo
Latossolo Vermelho Escuro
textura média
Sólidos 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l Umidade de saturação 
Capacidade de campo 
Umidade crítica 
Ponto de murcha 
 permanente 
Umidade zero 
U
m
id
a
d
e
 d
o
 s
o
lo
T
e
n
s
ã
o
Solo 
saturado
CC (-0,05 a 
-0,33 atm)
PMP (-15 
atm)
Água de 
percolação
Água não 
disponível 
às plantas
f (fator de 
disponibilidade 
hídricaÁgua 
disponível
AFD
 
 
 
 
(Umidade crítica) 
Ponto de murcha permanente (1500 kPa) 
Capacidade de campo (10 kPa) 
Saturação (0 kPa) 
0 
1 
Retenção de água no solo 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 35 sat PMP i CC 
Água 
não 
disponív
el 
Água disponível 
Água facilmente 
disponível Água 
gravitacion
al 
ψPMP = 
 -15 atm 
 
ψSat = 
 0 atm 
 
ψCC = 
 -0,1 a 
 -0,33 atm 
 
ψi = 
 -x atm 
 
Umidade (cm3/cm3) 
sat PMP i CC 
Água 
não 
disponív
el 
Água disponível 
Água facilmente 
disponível Água 
gravitacion
al 
ψPMP = 
 -15 atm 
 
ψSat = 
 0 atm 
 
ψCC = 
 -0,1 a 
 -0,33 atm 
 
ψi = 
 -x atm 
 
Umidade (cm3/cm3) 
sat PMP i CC 
Água 
não 
disponív
el 
Água disponível 
Água facilmente 
disponível Água 
gravitacion
al 
ψPMP = 
 -15 atm 
 
ψSat = 
 0 atm 
 
ψCC = 
 -0,1 a 
 -0,33 atm 
 
ψi = 
 -x atm 
 
Umidade (cm3/cm3) 
Armazenamento de água no solo 
A quantidade de água armazenada no solo é dada por seu teor de 
água () 
 A água armazenada em um determinado volume de solo pode ser 
expressa pela lâmina de água (AL) 
AL =  L 10 
 θ= umidade base em volume, cm³/cm³; 
 L = é a profundidade de solo para a qual se deseja 
calcular a lâmina de água armazenada, cm; 
 AL é a lâmina de água armazenada no solo em mm 
 
L 
Armazenamento de água no solo 
Gases 
 
Po
ro
si
d
ad
e 
to
ta
l 
AL = 1 mm => V = 1 litro/m
2 
=> Transformando lâmina em volume 
ARMAZENAMENTO DE ÁGUA NO SOLO 
AL
0 cm³/cm³
L
Z
(cm)
?(Z)
Perfil 
de 
umidade
AL =  . L .10 
 
Exercício 5 
A densidade do solo é 1,3 g/cm3 e a umidade 
gravimétrica média na camada 0-50 cm é 20%. 
Calcular: 
a) Umidade volumétrica 
b) Armazenamento de água a 50 cm 
c) Armazenamento de água em cada cm 
d) Volume de água em 50 cm numa área de 50 
ha 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 38 
Exercício 6 
• Em uma área cultivada a umidade do solo foi determinada em duas épocas, cujos 
valores são: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Para as duas datas, determine o armazenamento para cada camada e para o perfil ; 
• Qual foi a variação de armazenamento entre as datas? 
• Qual foi o consumo diário? 
• Quantos litros teriam gastos se a área fosse 50 ha? 
 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 39 
 
Prof (cm) 
10/01/2012 17/01/2012 
cm3/cm3 
5 0,503 0,47 
15 0,486 0,425 
25 0,425 0,382 
35 0,395 0,342 
45 0,387 0,335 
Exercício 7 
• Em um solo Ɵcc = 0,33 cm3/cm3. De acordo com as 
determinações de umidade do solo realizadas, determine a 
profundidade de penetração de uma chuva de 80 mm. 
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Prof (cm) Ɵcc ds U 
(g/g) 
Ɵ 
(cm3/cm3) 
0-10 0,33 1,30 0,15 
10-20 0,33 1,27 0,19 
20-50 0,33 1,22 0,20 
50-100 0,33 1,15 0,18 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 
41 
Armazenamento de água disponível 
sat PMP crit CC 
Água não 
disponível 
Água disponível 
Água facilmente disponível 
Água 
gravitacional 
ψPMP = 
 1500 kPa 
 
ψSat = 
 0 kPa 
 
ψCC = 
10 kPa 
 
ψcrit = 
 -x kPa 
(depende da cultura) 
 
Umidade (cm3/cm3) 
L  
AL =  L 10 
 A água disponível no solo para utilização pelas plantas é 
aquela armazenada entre as umidades correspondentes à 
CAPACIDADE DE CAMPO e ao PONTO DE MURCHAMENTO 
PERMANENTE. 
a) Armazenamento na capacidade de campo 
Acc = cc L 10 
b) Armazenamento no ponto de murcha 
permanente 
Apmp= pmp L 10 
 
 Armazenamento da água disponível 
Acc e Apmp = mm; 
cc = cm3/cm3; 
L = profundidade do solo, cm. 
 
d) Capacidade de água disponível (CAD) 
É a quantidade de água armazenada entre a 
capacidade de campo e ponto de murcha 
permanente em uma dada profundidade de solo. 
 
 
 Armazenamento da água disponível 
CAD = mm; 
cc e pmp = cm3/cm3; 
L = profundidade do solo, cm. 
CAD = AD L 10 = (cc - pmp) L 10 
c) Água disponível (AD) 
É o teor de água entre a capacidade de campo e 
ponto de murcha permanente (cm3/cm3). 
 
AD = cc - pmp 
 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 44 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 45 
CAD = (Ɵcc – Ɵpmp) ZE 10 
Ɵcc e Ɵpmp = cm3/cm3 
ZE = cm 
cm 
30 
60 
e) Água Facilmente Disponível (AFD) 
Em culturas irrigadas a umidade do solo não decresce ao ponto de 
murcha permanente, isto é, deve-se irrigar quando o solo atinge a 
umidade crítica para cada cultivo. 
 
AFD = f CAD ou 
 
 
 
 
 
AFD = água facilmente disponível, mm; 
f = fração de disponibilidade hídrica (≤ 1). 
 
Exemplo  f = 0,4 para verduras e legumes; f = 0,5 para frutas e 
forrageiras e f = 0,6 para grãos e algodão. 
 
CAD
AFD
f 
pmpcc
critcc
f





crítica
pmp
cc100%AD 
0%AD 
f 
C
A
D
 
Água 
consumida 
Água 
remanescente 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 48 
Ɵsat 
ƟCC 
Água não 
 disponível 
f (fator de 
Água disponível 
 AFD 
Ɵcrit 
Ɵpmp 
100% AD 
0% AD 
f 
FRAÇÃO DE DISPONIBILIDADE DA ÁGUA DO SOLO (f) 
Método FAO 56 
• Definido para grupos de cultivos de acordo 
com sensibilidade ao estresse hídrico; 
• Depende também da taxa de 
evapotranspiração de referência (ETo). 
 
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FRAÇÃO DE DISPONIBILIDADE HÍDRICA DO SOLO (f) 
Grupos de culturas, de acordo com a susceptibilidade à perda de água do solo. 
GRUPO CULTURAS 
1 cebola, alho, arroz, folhosas 
2 feijão, trigo, ervilha 
3 milho, girassol, tomate, batata 
4 Algodão, amendoim, sorgo, soja 
 
Grupos 
ET0 (mm/dia) 
2 3 4 5 6 > 7 
1 0,50 0,425 0,35 0,30 0,25 0,225 
2 0,675 0,575 0,475 0,40 0,35 0,325 
3 0,80 0,70 0,60 0,50 0,45 0,425 
4 0,875 0,80 0,70 0,60 0,55 0,50 
Fração de disponibilidade hídrica do solo (f) para grupos de cultura e evapotranspiração de 
referência (ETo). 
O valor da umidade do solo quando se deve iniciar a 
irrigação é igual a: 
)( pmpccfcccrit  
θcrít = umidade crítica com base em volume, 
Θcc = umidade na CC com base em volume; 
f = fração de disponibilidade hídrica dos solo 
c) Umidade crítica do solo (θcrít) 
Quando irrigar? 
pmpcc
critcc
f





Ɵsat 
ƟCC 
Água não 
 disponível 
f (fator de 
Água disponível 
 AFD 
Ɵcrit 
Ɵpmp 
100% AD 
0% AD 
f 
O valor da lâmina líquida (Lliq) de água a ser reposta ao solo é igual a: 
10).( ZEL crítccLiq   AFDLLiq 
Quanto irrigar? 
Ea
L
L
Liq
Bruta 
Obs.: Ea – Eficiência de Irrigação 
 
•Irrigação por Superfície: Ea < 60%•Irrigação por Aspersão Convencional: Ea < 70% 
•Irrigação Localizada: 85% < Ea < 95% 
•Pivô Central: < 90% 
• Cultura de Feijão  
• Método de irrigação  Pivô central 
• Ɵcc = 0,4 cm3/cm3 
• Ɵpmp = 0,24 cm3/cm3 
• ETo = 5 mm/dia 
Calcular 
a) Ɵcrit 
b) Lâmina a ser reposta 
 
 
 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 54 
Exercício 8 
Exercicio 9 
Cultura = Milho 
Ucc = 24 % 
Upmp = 10% 
Densidade do solo = 1,4 g/cm³ 
Evapotranspiração (ETo) = 5 mm/dia 
Pede-se: 
a) Fator de disponibilidade (f) = ver tabela 
b) Profundidade efetiva raízes = ver tabela 
c) Armazenamento na CC e PMP 
d) CAD; 
f) AFD; 
g) Lâmina líquida de irrigação (Lliq); 
h) A umidade a base de volume na qual se deve proceder nova irrigação 
(umidade crítica = Θcrit ); 
j) Qual a lâmina bruta a ser aplicada supondo uma eficiência de 80%. 
Exercício 10 
Determinar 
• CC, PMP, AD e CAD, 
• AFD e LL assumindo f = 0,6 
• Umidade crítica 
• Tensão de água no momento de irrigar 
Dados 
• Usar a curva de retenção de água do exercício 4 (solo argiloso) e 
• ds 1,3 g/cm3 
• Cultura = feijão 
 
 
 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 56 
Literatura Método FAO 56 
• Para leitura complementar veja boletim FAO 
56 em: 
 
http://www.fao.org/docrep/X0490E/X0490E00.
htm 
 
 
rogeriofaria@fcav.unesp.br 57 
http://www.fao.org/docrep/X0490E/X0490E00.htm
http://www.fao.org/docrep/X0490E/X0490E00.htm