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FRAÇÃO LÍQUIDA DO SOLO
A fração líquida do solo é uma solução aquosa de sais minerais e
substâncias orgânicas, sendo os sais minerais de maior importância.
A descrição da concentração da solução do solo torna-se difícil e
apenas valores médios e aproximados podem ser obtidos devido a
interação complexa entre fração sólida e líquida.
Composição da solução do solo (mmolc/L), segundo Malavolta (1976).
" "Concentração (mmolc/L) "
"Nutriente "Todos os solos "Solos ácidos "
"N "0,16 -55 "12,1 "
"P "0,0001 – 1 "0,007 "
"K "0,2 – 10 "0,7 "
"Mg "0,7 – 100 "1,9 "
"Ca "0,5 – 38 "3,4 "
"S "0,1 – 150 "0,5 "
"Cl "0,2 – 230 "1,1 "
"Na "0,4 - 150 "1,0 "
Pressão osmótica de uma solução expressa a diferença de potencial da
água na solução em relação a água pura.
Esquema de osmômetro
UMIDADE DO SOLO
A determinação quantitativa da fração líquida, que não leva em conta os
solutos, ou simplesmente da água do solo é feita de várias formas,
dependendo da finalidade da medida:
1) Umidade à base de peso u
U = ml = mt – ms
ms ms
A unidade u é adimensional (kg.kg-1) mas suas unidades devem ser
mantidas para não confundir com a umidade á base de volume, que também é
adimensional, mas numericamente diferente.
A umidade u também é, com freqüência, apresentada em porcentagem.
Sua medida é bastante simples: a amostra é pesada úmida um (= mt) e, sem
seguida, deixada em estufa a 105°C, até peso cosntante ms (24 a 48 h ou até
peso constante), sendo a diferença entre essas massas a massa de água ml.
A amostra pode ter qualquer tamanho, desde que não seja muito pequena,
nem muito grande (ideal de 0,050 a 0,500 kg) e pode ter a estrutura
deformada. Para a determinação servem, portanto, amostras retiradas no
campo com qualquer instrumento devendo-se ter o cuidado de não deixar a
água evaporar antes da pesagem úmida.
2) umidade a base do volume ө
Ө = Vl = ml = mu – ms
Vt Vt Vt
Onde:
Ө = umidade na base de volume (% ou cm3.cm-3)
ml = massa de água (g)
Vt = volume total da amostra (cm3)
A unidade ө é adimensional (m3.m-3) e com freqüência é apresentada em
porcentagem.
Sua medida é mais difícil porque envolve Vt e, por isso a amostra não
pode ser deformada.
Normalmente toma-se Vl = ml considerando a densidade da solução do
solo como 1000 kg.m-3 (1g.cm-3) ou ainda
Ө = u.ds
Onde:
Ө = umidade na base de volume (% ou cm3 de H2O.cm-3 de solo
u = umidade na base de peso ou umidade gravimétrica (%)
ds = densidade dolo solo (g. cm-3)
ds precisa ser conhecido, mas a densidade do solo não varia muito no
tempo, a não ser quando são praticadas operações de manejo com aração,
gradagem e subsolagem: mas as maiores variações de ds ocorrem nos primeiros
30 cm.
Para maiores profundidades considera-se ds constante.
Além de u e Ө, utiliza-se ainda o Grau de Saturação S definido por:
S = Ө
α
O grau de saturação será 100% quando Ө = α, indicando que o espaço
poroso α está cheio de água.
Um solo nessas condições é denominado saturado.
O grau de saturação será 0 quando Ө = 0, isto é, quando o solo estiver
seco (peso constante em estufa 105°C).
Assim, S indica a fração do espaço poroso ocupado pela água.
É adimensional. Varia de 0 a 1.
Exemplo: Coletou-se uma amostra de solo com Volume de 150 cm3, cuja massa
úmida é 258g e a massa seca é 206g. Dessa forma:
u = ml = mt – ms = 258 - 206 = 0,252 g.g-1 ou 25,2%
ms ms 206
Ө = Vl = ml = mu – ms = 258 – 206 = 0,347 cm3.cm-3 ou m3.m-3
Vt Vt Vt 150
ou 34,7% ou
Ө = u.ds = 0,252 . 1373 = 0,346 m3.m-3
1000
ds = ms = 206 = 1,373 g. cm-3 ou 1373 kg.m-3
Vt 150
OBS: Só para o caso particular de ds = 1,0, Ө = u, que é o caso de solo bem
fofo.
Exemplo: Ainda usando o valor médio de 2650 kg.m-3 para a densidade de
partículas temos:
α = 1 – ds = 1 – 1373 = 0,482 ou 48,2%
dp 2650
S = Ө = 0,347 = 0,72 ou 72%
α 0,482
Do ponto de vista agronômico é de fundamental importância conhecer a
quantidade de água armazenada em um perfil de solo em dado instante.
Dados os valores de umidade do solo, que são pontuais, como se
determina a quantidade de água armazenada em uma camada de solo?
Tradicionalmente quantidades de água são medidas pela altura. Assim,
diz-se que em Piracicaba chove em média 1200 mm por ano. O que representa
isso?
A água da chuva é medida por pluviômetros, recipientes coletores de
água expostos ao tempo.
Eles tem uma área de captação S (m2) (seção transversal de sua boca) e
coletam um volume V (m3) de água durante a chuva. A altura de chuva
h (m) = V
S
Que pode ser convertida em mm.
QUANTIDADE DE ÁGUA ARMAZENADA EM UM PERFIL DE SOLO
A altura de chuva é h (m) = V ,
S
Esquema de pluviômetro
Que pode ser convertida em mm. O interessante é que h independe do
tamanho da boca do pluviômetro, pois um pluviômetro de boca 2S coletará o
dobro do volume, isto é 2V, resultando no mesmo h. O significado de h pode,
então ser mais bem visualizado para o caso de S=1, isto é, h igual ao
volume de água que cai sobre a superfície unitária.
Se jogarmos 1 L de água sobre uma superfície plana e impermeável de 1
m2, obteremos uma altura de 1 mm. Assim, 1 mm de chuva corresponde a 1 L/m2
e, portanto, 1200 mm a 1200 L/m2. Então se toda a água que precipita em
Piracicaba não infiltrasse, nem escorresse ou evaporasse, ao final de um
ano teríamos 1,2 m de água distribuídos por toda a área. Água fornecida por
irrigação, água perdida por evaporação etc, são todas medidas em mm.
Seria interessante, portanto, medir também a água do solo em mm. Esse
é o armazenamento ou armazenagem de água.
Assim como no caso da chuva, a altura de água armazenada pelo solo
independe da área e, para o caso de uma superfície unitária, h = V.
Exemplo: Se 1 cm3 de solo tem Ө = 0,35 cm3.cm-3, isso significa que naqule
cubo de solo cuja base é 1 cm2 temos 0,35 cm3 de água. Portanto a altura de
água é 0,35 cm ou 3,5 mm.
Nesse raciocínio assumi-se que a umidade solo não varia na horizontal,
apenas em profundidade.
Exemplo: Um solo no qual a umidade varia com a profundidade de acordo com o
quadro abaixo:
"Profundidade Z (cm) "Umidade Ө (cm3.cm-3) "
"0-1 "0,101 "
"1-2 "0,132 "
"2-3 "0,154 "
"3-4 "0,186 "
"4-5 "0,201 "
"5-6 "0,222 "
"6-7 "0,263 "
"7-8 "0,300 "
"8-9 "0,358 "
"9-10 "0,399 "
Pelo que foi visto, cada camada possui uma altura de água em cm igual
a Ө. Dessa forma, a água armazenada de 0 a 5 cm é:
0,101 + 0,132 + 0,154 + 0,186 + 0,201 = 0,774 cm ou
7,74 mm de água.
FRAÇÃO GASOSA DO SOLO
A fração gasosa do solo constitui-se do ar do solo ou da atmosfera do
solo. Sua composição química é semelhante a da atmosfera livre, junto à
superfície do solo, apresentando, porém, diferenças nos teores de O2 e CO2.
O oxigênio é consumido por microrganismos e pelo sistema radicular das
plantas superiores, de tal forma que sua concentração radicular é menor que
na atmosfera livre. Ao contrário, o CO2 é liberado nos processos
metabólicos que ocorrem no solo e, por isso, seu teor em geral é mais alto.
Em casos de adubação com uréia, sulfato de amônia etc, os teores de NH3 na
atmosfera do solo podem aumentar de modo significativo. Outros gases
orgânicos e inorgânicos também podem ter suas composições alteradas
dependendo das atividades biológicas do solo. Do ponto de vista do vapor de
água do solo, o ar do solo encontra-se quase sempre muito próximo à
saturação.
O ar do solo ocupa o espaço não ocupado pela água. Para um solo seco,
todo espaço vazio dado pela porosidade α é ocupado pelo ar. Quando um solo
possui umidade Ө, apenas a diferença entre α e Ө pode ser ocupada pelo ar.
Essa diferença é denominada porosidade livre de água β, sendo β = (α - Ө)
m3 de ar.m-3 de solo.
Para um solo seco β = α.
A aeração do solo é processo dinâmico de variações de β. Solos
inundados ou após longos períodos de chuva ou irrigação intensas são mal
aerados e a falta de oxigênio para as atividades biológicas prejudica o
crescimento e o desenvolvimento das culturas. Em solos bem secos a aeração
é muito boa, mas falta água para as plantas.
Segundo Kiehl (1979), um solo ideal possui uma fração sólida que ocupa
50% do volume, sendo α = 50%, ocupada meio a meio pela água (Ө = 0,25 m3.m-
3), e pelo ar (β = 0,25 m3.m-3).
A concentração de gás no solo pode ser feita com base no volume
ocupado pelo fluido (ar do solo) ou com base no volume do solo.
Assim:
C = quantidade de gás
Volume de ar
Como m3O2/m3 ar ou mg/L de ar. O importante é que a base é o volume de
ar, que para 1 cm3 de solo é β.
C' = quantidade de gás
Volume de solo
E, logicamente,
C' = β . C
Exemplo: Seja um solo cujo ar contém 20% de O2 á base de volume, cuja
porosidade é 45% e cuja umidade é 0,23 m3.m-3. Neste caso:
Β = (α - Ө) = 0,45 – 0,23 = 0,22 m3 de ar . m-3 de solo
C = 20% = 0,20 m3O2 = 0,20 m3O2 . m-3 de ar
1 m3 ar
C' = β . C
C' = 0,22 . 0,20 = 0,044 m3 de ar . m-3 de solo
O processo de aeração do solo é de grande importância na produtividade
do solo para a maioria das plantas (com exceção daquelas especializadas,
como o arroz), a transferência do oxigênio da atmosfera para as raízes
precisa ser em proporções suficientes para suprir suas necessidades.
Crescimento adequado de raízes requer oxigênio (aeração) de tal forma que
as trocas de gás entre atmosfera e solo se dêem com velocidade suficiente
para não se permitir deficiências de O2 (ou excesso de CO2), na zona ativa
das raízes microrganismos também requerem condições ideais para seu
desenvolvimento. Medidas de consumo de oxigênio por raízes de plantas
mostram que são necessários aproximadamente 10 litros de O2 por m2 de
cultura por dia.
Troca de gases e movimento de gases no solo podem se dar:
1) Na fase gasosa (difusão ou transporte de massa), em poros não ocupados
por água, interconectados e em comunicação com a atmosfera; e
2) Dissolvidos em água. Como a difusão dos gases no geralmente é maior
que na fase líquida, a porosidade livre de água (α - Ө) torna-se
bastante importante na aeração.
3) A composição do ar do solo depende das condições de aeração. Em solo
com boa aeração ele não difere significativamente do ar atmosférico,
exceto por uma umidade relativa que, quase sempre, é próxima à
saturação (em um solo seco ao ar, a umidade relativa do ar é de cerca
de 95%) e uma concentração mais alta de CO2, isto é, 0,2 – 1 % em
comparação com o ar atmosférico que é 0,03%. Em condições de aeração
limitada, a concentração de CO2 pode aumentar e a concentração de O2
diminuir, ambas drasticamente.
A concentração de gases na água em geral aumenta com a pressão e decresce
com a temperatura. De acordo com a Lei de Henry, a concentração de gás
dissolvido é proporcional à pressão parcial Pi do referido gás, assim:
C = s Pi
P0
em que s é o coeficiente de solubilidade do gás na água e P0 a pressão da
atmosfera.
"T (°C) "N2 "O2 "CO2 "ar sem CO2 "
"0 "0,0235 "0,0489 "1,713 "0,0292 "
"10 "0,0186 "0,0380 "1,194 "0,0228 "
"20 "0,0154 "0,0310 "0,878 "0,0187 "
"30 "0,0134 "0,0261 "0,665 "0,0156 "
"40 "0,0118 "0,0231 "0,530 "- "
Exemplo: Uma superfície de água está em equilíbrio com a atmosfera (20°C e
1 atm) cuja pressão parcial do oxigênio é de 0,2 atm. Qual a concentração
de O2 na água?
Obs: Coef. De solubilidade do O2 a 20°C é 0,031 g/L.
C = s Pi
P0
C = 0,0310 . 0,20 = 0,0062 g.L-1 ou 6,2 mg.L-1
1,0
Esses gases dissolvidos na água movem-se de acordo com o movimento da
água. Assim, fluxos de água podem se importantes no transporte de gases.
Com a chuva, a água se infiltra no solo e ocupa os espaços ocupados por
gases. Com a evaporação e a absorção de água pelas raízes, os gases voltam
a ocupar o volume ocupado pela água. Esses fenômenos são importantes nas
trocas gasosas no solo.
PROPRIEDADES TÉRMICAS DO SOLO
De importância no estudo termodinâmico e agronômico do solo são suas
propriedades térmicas, sobretudo o calor específico do solo e a
condutibilidades térmica do solo. A primeira se refere ao solo como
reservatório de calor e a segunda, como transmissor de calor.
Calor específico é, por definição, a quantidade de calor sensível
cedida ou recebida pela unidade de massa ou de volume de solo, quando sua
temperatura varia de 1°C. Como a umidade do solo é variável, o calor
específico do solo, em seu estado natural, não é uma característica só do
solo, mas sim do conjunto solo-água. Para solos secos ele pode ser
considerado constante das proporções de matéria mineral e orgânica.
