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Fertilidade do Solo

Módulo I

Autores:

Dr. Marcos André Piedade Gama (Prof. Fertilidade do Solo, UFRA – ICA Belém)

Dr. Gilson Sergio Bastos de Matos (Prof. Fertilidade do Solo, UFRA – ICA Belém)

Gabriel Pinheiro Silva (UFRA-Belém)

MSc. Antônio Anízio Leal Macedo Neto

Belém - Pará 2020

Esp

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Solo

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2

Sumário 1. FERTILIDADE DO SOLO: CONSIDERAÇÕES INICIAIS ...................... 3

1.1. DEFINIÇÃO DE SOLO ..................................................................................... 3

1.2. FERTILIDADE DO SOLO COMO CIÊNCIA .................................................. 3

1.3. IMPORTÂNCIA DA FERTILIDADE DO SOLO ............................................. 5

1.4. FERTILIDADE DO SOLO, PRODUTIVIDADE, EFICIÊNCIA DE CALAGEM E

ADUBAÇÃO .................................................................................................................... 6

2. LEIS OU PRINCÍPIOS GERAIS DA ADUBAÇÃO..................................... 8

2.1. FORMAS DOS ELEMENTOS NO SOLO ...................................................... 10

3. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 11

4. FATORES DO SOLO .................................................................................... 11

4.1. NATUREZA FÍSICA ....................................................................................... 11

4.2. NATUREZA QUÍMICA .................................................................................. 13

4.3. NATUREZA BIOLÓGICA: ............................................................................. 14

5. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 15

6. SUBSTÂNCIAS TROCADORAS DE ÍONS ................................................ 17

6.1. ARGILAS ......................................................................................................... 17

6.2. ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS DE FE E AL ........................................................ 18

6.3. MATÉRIA ORGÂNICA .................................................................................. 18

7. CARGAS DO SOLO ...................................................................................... 19

7.1. CARGAS NEGATIVAS .................................................................................. 19

7.2. CARGAS POSITIVAS ..................................................................................... 21

7.3. RETENÇÃO E TROCA IÔNICA .................................................................... 21

7.4. CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC) ......................................... 22

7.5. COMPONENTES DA CTC DO SOLO ........................................................... 25

7.6. DUPLA CAMADA DIFUSA ........................................................................... 26

7.7. PONTO DE CARGA ZERO ............................................................................ 26

7.8. FATORES QUE AFETAM A CTC DO SOLO ............................................... 27

3

1. FERTILIDADE DO SOLO: CONSIDERAÇÕES INICIAIS

1.1. DEFINIÇÃO DE SOLO

O solo é o principal meio para o crescimento e desenvolvimento de diversas espécies

cultivadas nas áreas agrícolas e florestais. Alguns autores definem solo como a porção superficial

intemperizada da crosta terrestre, não consolidada, contendo matéria orgânica e organismos vivos,

como principais diferenciais do regolito, onde os vegetais obtêm água e nutrientes, a partir das raízes

(Raij, 1993; Raij, 2011). Outros definem solo como uma coleção de corpos naturais, constituídos por

três fases (sólido, líquido e gasoso) tridimensionais, dinâmicos, formado por minerais e material

orgânico, que podem ter sido modificados por interferências antrópicas (Santos et al., 2018).

Solo fértil e Solo Produtivo

Solo fértil é aquele que contém todos os nutrientes essenciais em quantidades

adequadas e balanceadas para um bom desenvolvimento das plantas cultivadas e que apresenta ainda

boas características físicas e biológicas, está livre de elementos tóxicos e disponibiliza boas condições

hídrica (Lopes e Guilherme, 2007).

O solo produtivo é um solo fértil localizado em região com quantidade de água e luz

satisfatórias e ausência de pragas, doenças ou qualquer outro impedimento ao crescimento vegetal.

Dessa forma, podemos observar que um solo com quantidades de elementos ideais, mas com alguma

outra restrição (hídrica, por exemplo), não será um solo produtivo para as plantas.

1.2. FERTILIDADE DO SOLO COMO CIÊNCIA

A fertilidade do solo como disciplina envolve uma série de condições e conceitos,

incluindo propriedades físicas e químicas e suas interações. Além disso, fornece também o

conhecimento necessário para entender e aplicar as interações entre nutrientes e como controlar os

nutrientes em diferentes sistemas de produção, buscando sempre maior produtividade agrícola sem

negligenciar a sustentabilidade.

Porém, existem algumas limitações no que diz respeito a fertilidade do solo, que

podem interferir no processo de fornecimento de nutrientes do solo para as plantas, como:

a) Tipos de solo

O cultivo de uma determinada espécie em diferentes tipos de solos pode resultar em

respostas de crescimento distintas, mesmo com a aplicação de doses iguais de nutrientes (Figura 1).

4

Figura 1 - Produção de matéria seca de capim jaraguá em resposta à aplicação de cinco doses de enxofre em Latossolo e Neossolo.

Fonte: Adaptado de Casagrande & Souza (1982).

OBSERVAÇÃO Os Latossolos são mais produtivos que o Neossolos, principalmente por possuírem, maior teor de argila e maior capacidade de armazenar água e “reter” os nutrientes aplicados.

b) Material genético

Espécies diferentes podem proporcionar produções diferentes no mesmo solo, com a mesma

condição de fertilidade (Figura 2).

Figura 2 - Número de perfilhos por planta de duas espécies de gramíneas forrageiras (Brachiaria brizantha e Brachiaria decumbens) adubadas com nitrogênio.

Fonte: Adaptado de da Silva et al. (2009)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40

Mté

ria

Sec

a d

a p

lan

ta (

g)

Doses de P (kg ha-1)

Latossolo

Neossolo

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250

B. decumbens

B. brizantha

Doses de Nitrogênio (mg/dm³)

NP

P

Doses de S (kg ha-1)

5

1.3. IMPORTÂNCIA DA FERTILIDADE DO SOLO

O investimento na construção ou recuperação da fertilidade do solo por meio do uso

efetivo de corretivos e fertilizantes ou remineralizadores é de extrema importância nos ganhos de

produtividade, além de contribuir com as questões ambientais, pois possibilita o melhor

aproveitamento de áreas já desmatadas ou degradadas. Segundo Lopes e Guilherme (2007), o manejo

efetivo da fertilidade do solo é responsável por 50 % ou mais dos aumentos de produção e

produtividade das culturas. Para ilustrar isso é interessante observar os resultados obtidos por Farinelli

e Lemos, 2010 (Figura 3); Jesus et al, 2012 (Figura 4); Rezende et al., 2011(Figura 5).

Figura 3 - Produtividade de grãos da cultura do milho, em função de doses de nitrogênio em cobertura, Botucatu, SP, 2004/2005.

Fonte: Adaptado de Farinelli e Lemos, 2010.

Figura 4 - Volume do tronco de eucalipto em doses de N aplicado como sulfato de amônio e na dose de 120 kg ha-1.

Fonte: adaptado de Jesus et al, 2012.

7000

8000

9000

10000

11000

12000

0 40 80 120 160

Pro

du

tiv

idad

e d

e grã

os

(kg

ha

-1)

Doses de N (kg ha-1)

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 50 100 150 200 250 300

Doses de N (kg ha-1)

Vo

lum

e d

o t

ron

co (

m³

ha

-1)

6

Figura 5 - Produtividade de matéria seca da Brachiaria brizantha cv. Marandu, em função da adubação fosfatada.

Fonte: adaptado de Rezende et al, 2011.

1.4. FERTILIDADE DO SOLO, PRODUTIVIDADE, EFICIÊNCIA DE CALAGEM E

ADUBAÇÃO

A baixa fertilidade dos solos brasileiros está quase sempre relacionada a acidez do solo e

toxidez por Al elevadas, além de alta capacidade de retenção de P, dependendo dos tipos de solos

predominantes e da sua localização na região tropical. A tabela 1, obtido a partir de Scheid e

Guilherme (2007) demonstra os diversos aspectos ligados à baixa fertilidade dos solos no mundo,

com destaque para acidez elevada, e as baixas reservas de K.

Tabela 1 - Áreas agrícolas (valores relativos) afetadas por adversidades em diferentes regiões agroclimáticas do mundo.

Região agroclimática

Característica Trópico

árido e semiarido

Trópico

subúmido e úmido

Subtrópic

o árido e semiárido

Subtrópico

subúmido e úmido

Temperad

o árido e semiárido

Temperado

subúmido e úmido

Boreal Total

%

Percentual da área total 14,4 23,5 9,4 13,8 20,1 18,0 0,8 100,

0

Livre de adversidades 8,4 5,5 24,1 14,6 25,5 23,1 31,6 16,2

Drenagem pobre 7,9 13,1 5,6 14,7 13,1 24,3 33,9 14,0

Baixa CTC 11,8 8,9 3,2 0,2 0,1 0,6 0,0 4,2

Toxidez de Al 7,2 41,5 1,1 25,3 1,1 14,3 13,9 17,2

Acidez 29,6 25,5 13,6 25,2 9,6 39,5 38,4 24,6

Alta capacidade de fixação de

P

1,2 13,0 0,0 14,3 0,0 0,3 0,0 5,2

Aspecto vértico 16,5 2,9 4,3 5,3 0,1 0,5 0,0 4,3

Baixa reserva de K 11,9 52,0 1,3 25,6 0,1 5,7 0,0 18,6

Alcalino 4,1 1,0 25,3 3,8 23,9 6,7 0,0 9,5

Salinidade 2,6 0,6 11,8 0,9 5,5 0,9 0,0 3,0

Aspecto nátrico 3,9 0,9 7,6 3,3 14,9 1,3 0,0 5,1

Raso ou pedregoso 13,3 7,1 15,6 14,3 9,8 5,1 9,2 10,0

Baixa capacidade de retenção

de umidade

20,8 12,8 13,9 4,5 5,0 13,4 13,4 11,3

Fonte: Adaptado de Scheid e Guilherme (2007)

0

1,2

2,4

3,6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110(%) de P2O5 utilizado no plantio

Ton

elad

as p

or

Hec

tare

(1

º co

rte)

7

A boa produtividade depende também boa fertilidade do solo, no entanto, algumas condições

desfavoráveis ocorrem no Brasil, sendo a acidez excessiva a mais comum (Raij, 1981). Diante disso,

medidas para a correção desse problema são postas em prática, como a calagem, que tem a função de

neutralizar a acidez do solo. Essa pratica é importante devido ao fato dos atributos químicos do solo,

estarem diretamente ligados à fertilidade do solo, consequentemente ao desempenho produtivo das

culturas, como pode ser observado no trabalho de calagem para plantio de milho na Amazônia (Figura

6) obtido por Cravo et al. (2012).

Figura 6 - Produtividade (kg ha-1) de grãos de milho obtida em 2007 e 2008 em função de doses de calcário, em um Latossolo Amarelo textura média de Tracuateua (PA).

Fonte: Adaptado de Cravo, Smyth e Brasil, 2012.

No Brasil, as condições da fertilidade do solo nos estados brasileiros é geralmente baixa

(Figura 7), decorrente principalmente de excesso de acidez e alumínio trocável.

Figura 7 - Condições da Fertilidade dos solos brasileiros.

Fonte: Embrapa, 1980.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 1 2 3 4

Pro

du

tivi

dad

e d

e g

rão

s (k

g h

a-1

)

Calcário (Mg ha-1)

200

200

8

2. LEIS OU PRINCÍPIOS GERAIS DA ADUBAÇÃO

A adubação tem como objetivo fornecer ou melhorar os teores de nutrientes do solo, para

que estes sejam disponíveis e adequados ao desenvolvimento vegetal.

As práticas de adubação são decorrentes ou seguem algumas leis ou princípios fundamentais,

que na verdade servem mais como norteadoras de ações, como: lei da restituição, lei do mínimo, lei

dos incrementos decrescentes, curva de resposta, porcentagem relativa.

Lei da Restituição

Pela lei da restituição, enunciada por Voisin (1993), todos os nutrientes exportados pela

exploração vegetal que não retornam ao solo e aqueles perdidos no solo devem ser repostos pela

prática da adubação.

Do ponto de vista prático significa que a não reposição dos nutrientes proporciona a exaustão

do solo com consequente diminuição dos rendimentos dos plantios. Na região Amazônica, por

exemplo, vários produtores não praticam a reposição dos nutrientes exportados, o que diminui a

fertilidade do solo ao longo do tempo.

Lei do Mínimo

A lei do mínimo ou lei de Liebig, foi enunciada em 1843 por Justus von Liebig, e considera

que todo crescimento vegetal será afetado pelo nutriente que ocorre em menores proporções. Essa lei,

no entanto, tem aplicação limitada quantos vários nutrientes estão deficientes (figura 8).

Figura 8 - Representação esquemática da lei do mínimo (Liebig).

Fonte: Adaptado de Gilmar R. Nachtigall (2014)

Lei dos Incrementos Decrescentes – derivação da lei do mínimo

O aumento crescente de doses de nutrientes no solo pobre em nutrição, faz com que a

produtividade aumente rapidamente no início, e com o posterior aumento dessas doses os ganhos de

9

produtividades são reduzidos (figura 9). Chegando à um limite de aumento da produtividade. Essa lei

é importante pelas questões econômicas da prática de adubação.

Figura 9 - Curva de resposta de algodão a nitrogênio.

Fonte: Adaptado de Silva (1971)

Lei da Interação – Derivação da lei do mínimo

Essa lei considera o aspecto qualitativo da lei do mínimo, pois ela diz que cada fator de

produção é mais eficaz quando os outros fatores estão mais perto do seu estado ótimo. Ou seja, essa

lei indica que é errôneo estudar fatores de produção de forma isolada, pois cada fator pode influenciar

positivamente ou negativamente nos resultados, pois eles se interagem.

Como exemplificação dessa lei, temos as interações entre os nutrientes, as quais podem ser

sinérgicas ou antagônicas.

Sinérgico: Um nutriente pode ser afetado positivamente pela disponibilidade de outro fator.

Exemplo: N x P; N x K; P x Ca; P x S; P; P x H2O do solo

Antagônico: Um nutriente pode ser afetado negativamente pela disponibilidade de outro

fator.

Exemplo: Al x P; Al x Ca; P x Zn; P x Fe; S x Mo; Ca x B

Lei do Máximo

Raij (2011) define a lei do máximo como “curva de resposta”, onde percebe-se um forte

aumento de produção com o incremento de um nutriente em um solo com deficiência, que atinge o

máximo de produção com a quantidade suficiente, e tem-se a redução de produção com doses

excessivas do nutriente.

André Voisin (1973) enunciou a lei do máximo, da seguinte forma:

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60

Au

me

nto

de

pro

du

ção

(kg

/ha)

Nitrogênio Aplicado (kg/ha)

+ 67

+ 47

+ 31+ 22

+ 98

+147

10

- O excesso de um nutriente no solo reduz a eficácia de outros e, por conseguinte, pode

diminuir o rendimento das colheitas.

Figura 10 - Representação gráfica da lei do máximo, onde o decréscimo de produção ocorre com o excesso de nutrientes.

Fonte: Raij (1981)

2.1. FORMAS DOS ELEMENTOS NO SOLO

Reconhecer as formas em que os nutrientes ocorrem no solo, que são absorvidas e que

estão presentes nos fertilizantes é importante principalmente nas práticas de interpretação dos

resultados da análise de solo, recomendação de adubação e aquisição dos fertilizantes. Para isso, na

tabela 2 estão apresentadas as principais formas em que nutrientes são absorvidos pelas plantas e que

estão presentes nos fertilizantes.

Tabela 2 - Principais formas dos elementos absorvidos pelas plantas e presentes nos fertilizantes. Elemento Forma absorvida pela planta Principais formas presentes nos fertilizantes

N NO-3 / NH+

4 N / NO-3 / NH+

4

P H2PO-4 / HPO-

4 P2O5

K K+ K2O

Ca Ca2+ Ca / CaO

Mg Mg2+ Mg / MgO

S SO42- S

B H3BO3 / (B(OH)4-) B

Cl Cl- Cl

Fe Fe2+ / Fe3+ / Fe-quelato Fe

Fonte: Dechen e Nachtigall, 2007.

11

Unidade II – Fatores que afetam o desenvolvimento de plantas

3. INTRODUÇÃO

Além da fertilidade, são diversos os fatores relacionados ao solo, planta, manejo e

clima que afetam positivamente ou negativamente o desempenho vegetal. Alguns desses podem ser

controlados, como é o caso dos fatores de manejo, porém, outros são incontroláveis, como é o caso

dos climáticos (Meurer, 2007).

Ao longo do tempo vários trabalhos têm demonstrado que esses fatores contribuem ou

limitam a produção e produtividade das culturas. Meurer (2007), a, relacionou os principais deles

(Tabela 3).

Tabela 3 - Fatores que influenciam o crescimento e desenvolvimento das plantas e seu potencial produtivo.

Fatores climáticos Fatores de Solo Fatores de planta

Precipitação pluvial Material de origem Espécies, cultivares

- quantidade Estutura Fatores genéticos

- distribuição Textura Qualidade da semente

Temperatura do ar Profundidade Nutrição

Umidade Relativa Declividade e topografia Eficiência da absorção

Luz Temperatura Disponibilidade de água

- quantidade Reação (pH) Evapotranspiração

- intensidade Matéria orgânica Moléstias

- duração Atividade de microrganismos - insetos

Altitude/latitude Capacidade de troca de cátions - bactérias

Ventos Saturação por bases - fungos

- velocidade Sistemas de plantio - vírus

- distribuição Sistemas de manejo Plantas invasoras

Fonte: Adaptado de Tisdale et al (1993) In: Meurer (2007)

Para quem trabalha com avaliação da fertilidade do solo, além de recomendações de

corretivos e fertilizantes, é sempre importante considerar a diversidade de fatores que envolvem o

desempenho das plantas, o que evita erros de interpretações e análises. Alguns desses fatores serão

abordados a seguir, com foco principal nos relacionados ao solo.

4. FATORES DO SOLO

Os fatores de solo que influenciam no desempenho vegetal são classificados quanto à

sua natureza em físicos, químicos e biológicos (Meurer, 2007).

4.1. NATUREZA FÍSICA

12

Estrutura e textura do solo se destacam como atributos físicos, e possuem estreita

relação com atributos como densidade, espaço poroso, umidade, taxa de infiltração de água e

erodibilidade, que podem inibir ou favorecer o crescimento vegetal, principalmente no que diz

respeito ao crescimento radicular em solos mais compactados (Tabela 4).

Tabela 4 - Comparação entre o comprimento de raízes de seis espécies de plantas crescendo em vasos com Latossolo, submetidos a quatro níveis de compactação.

Nível de compactação Comprimento das raízes na camada compactada

Cevada Colza Tremoço Trigo Soja

kg cm-2 m

0 308,7 a 439,4 a 78,2 a 228,0 a 84,6 a

6 215,4 a 332,8 b 56,5 b 218,6 a 73,7 ab

11 134,0 c 136,5 c 45,4 b 91,8 b 41,6 bc

18 50,7 d 75,9 d 25,0 c 43,6 b 8,8 c

Fonte: Adaptado de Cintra (1980) In: Meurer. (2007)

OBSERVAÇÃO Na tabela acima vemos que quanto maior a compactação do solo, que pode ser ocasionado pelo excesso de tráfego de máquinas, menor é o crescimento das raízes das plantas (nível de compressão 18 kg cm-2).

Outro ponto importante, é em relação à umidade do solo, pois, está relacionada diretamente

com práticas de manejo, da irrigação e das previsões pluviométricas, e que, portanto, definem a

seleção das culturas mais adaptadas à cada região (Figura 11 e 12).

Figura 11 - Efeito dos tratamentos de lâmina de irrigação sobre o diâmetro do caule do cafeeiro

(Coffea arabica L.) Acaiá MG-1474

Fonte: Alves, et al. (2000)

40

42

44

46

0 20 40 60 80 100

Diâ

met

ro d

o C

au

le (

mm

)

Lâmina de Irrigação (%ECA)

13

Figura 12 - Efeito dos tratamentos de lâmina de irrigação sobre o diâmetro da copa do cafeeiro (Coffea arabica L.) Acaiá MG-1474.

Fonte: Alves, et al. (2000)

4.2. NATUREZA QUÍMICA

Os fatores de natureza química estão relacionados com a composição mineralógica,

disponibilidade de nutrientes, presença de elementos tóxicos e metais pesados, teor de matéria

orgânica, reações de sorção, precipitação, redução e oxidação, e salinidade (Meurer, 2007).

A composição mineralógica está intimamente relacionada com o material de origem

dos solos, que contribuem na definição dos tipos de solos, minerais predominantes e elementos

disponíveis às plantas, ou seja, influenciam a alta/baixa fertilidade natural. Outro importante aspecto

advindo da composição mineralógica é a ocorrência de cargas positivas e negativas do solo, que a

partir dos argilominerais predominantes, conferem ao solo uma maior capacidade de atração de

cátions e ânions para sua superfície, promovendo assim maior ou menor disponibilidade de nutrientes

às plantas.

Os solos brasileiros de um modo geral são ricos em óxidos de Fe e Al, associados aos

minerais de argila, o que prejudica a disponibilidade de nutrientes no solo, pois, esses óxidos também

produzem cargas e acabam complexando os nutrientes, atrapalhando assim a absorção pelas plantas.

A matéria orgânica do solo, tem fundamental importância na influência sobre o

desempenho das plantas, pois confere diversas funções benéficas ao solo, além de ser fonte de

nutrientes como nitrogênio, enxofre e boro (Raij, 2011), bem como contribuindo no aumento da

capacidade de troca de cátions (CTC) do solo (Tabela 5), o que é importante em solos da região

tropical.

150

160

170

180

190

0 20 40 60 80 100

Diâ

met

ro d

a C

op

a (

mm

)

Lâmina de Irrigação (%ECA)

14

Tabela 5 - Capacidade de troca de cátions (CTC) total da matéria orgânica e fração da CTC devida à matéria orgânica de amostras superficiais de alguns Argissolos e Latossolos do estado de São Paulo.

Solo Teor no solo

CTC

Argila MO Total MO Devido a MO

g kg-1

cmolc kg-1 %

Argissolo 50 7,8

3,2 2,2 69

Argissolo 60 6

3,3 2,1 64

Argissolo 120 25,2

10 8,2 82

Argissolo 190 24

7,4 6 81

Argissolo 130 14

3,7 2,7 73

Latossolo 640 45,1

24,4 15 61

Latossolo 560 44,6

35,8 32,2 90

Latossolo 590 45,1

28,9 16,1 56

Latossolo 240 12,1

3,9 2,9 74

Fonte: Adaptado de Raij (1969) In: Novais et al. (2007)

4.3. NATUREZA BIOLÓGICA:

Os fatores de natureza biológica sobre o crescimento vegetal, está intimamente relacionado

com a atividade dos microrganismos do solo (Meurer, 2007) e com os compostos orgânicos presentes

no solo.

A interação entre microrganismos e plantas, por exemplo, são benéficas em casos como das

bactérias do gênero Bradyrhizobium em simbiose com as plantas leguminosas, facilitando a fixação

de N2 atmosférico (Rufini et al. 2014). Ou ainda com fungos micorrízicos que que podem contribuir

na solubilidade de fontes fosfatadas pouco solúveis.

Abaixo vemos a resposta de batata ao uso de microorganismos promotores de crescimento

de plantas (MPCPs) (Figura 13), como fator importante que, aliado por exemplo a “remineralizarão

do solo”, pode favorecer a produtividade dos vegetais.

Figura 13 - Representação da qualidade da batata e crescimento do sistema radicular em planta controle - sem inoculação de (MPCPs) e com diferentes tipos de bactérias (MPCP).

Fonte: NAQQASH, et al. (2016)

15

Unidade III – Fração coloidal do solo

5. INTRODUÇÃO

O solo como organismo vivo, é parte ou meio de incontáveis reações e interações, que

ocorrem em minúsculas partículas, os chamados colóides do solo, que podem ser inorgânicos

(minerais de argila) e orgânicos (húmus). Nessas partículas ocorrem as reações químicas, físico-

químicas e microbiológicas importantes aos estudos de solos e que conferem maior área superficial

reativa (Brady e Weil, 2009).

Composição do Solo:

Um solo em condições físicas ótimas pode dividida em três fases: 50 % de espaço

poroso, ocupados por partes iguais de ar e de água, 45-48 % de sólidos minerais e 2-5 % de matéria

orgânica (Novais e Mello, 2007), conforme Figura 14.

Figura 14 - Composição volumétrica média de um solo com boa estrutura.

Fonte: Adaptado de Novais e Mello, 2007

Fase Sólida e Sistema Coloidal

A fase sólida do solo é constituída por agregados, que são formados de partículas

unitárias, que são cimentadas entre sí por matéria orgânica (MO), óxidos de Fe e Al, sílica etc). As

partículas são classificadas em diferentes frações granulométricas, conforme figura 15 abaixo.

16

Figura 15 - Frações granulométricas importantes da fase sólida do solo.

Fonte: Lepsch (2010)

Em termos práticos conhecer as frações predominantes da fase sólida é importante na

definição da textura do solo. E com isso é possível determinar se um solo é argiloso, arenoso, ou

mesmo de textura média, que por consequência afetam, entre outras coisas, a disponibilidade de

nutrientes, as reações que ocorrem no solo, a época e forma de aplicação de fertilizantes.

Um sistema coloidal é uma associação heterogênea com no mínimo duas fases

diferentes, constituída por uma fase com material finamente subdividido, denominado fase dispersa,

misturado a outra fase contínua, denominado meio de dispersão. A fase mais fina é composta por

colóides, que são partículas minerais (argila) ou orgânica (húmus) representando a fase dispersa, e a

solução do solo, é meio de dispersão.

Para ser considerado um colóide, o material (mineral ou orgânico) deve possuir as

seguintes características:

a) Grande superfície específica. A superfície específica refere-se à área pela unidade de peso do

material considerado (solo como um todo, fração argila apenas, matéria orgânica, etc.) e é

expressa em m2 g-1. Partículas coloidais devem possuir dimensões entre 1 a 1000 nanômetros

(1 nm = 10-9 m), que unidas são capazes de formar uma grande superfície específica (figura

16). Existem variações entre solos quanto às suas superfícies específicas, devido alguns

fatores responsáveis, como, textura, tipos de minerais de argila e teor de matéria orgânica.

b) Cargas elétricas. As partículas coloidais do solo, são eletronegativas em maior expressão,

embora possam, também, conter cargas positivas. Essas cargas elétricas proporcionam a

atração de íons de cargas opostas, retendo-os no solo. Isso na manutenção da disponibilidade

de nutrientes no solos, evitando maiores perdas.. Em geral quanto maior a superfície específica

maior é a densidade de cargas do material.

17

c) Cinética. Como as partículas estão em um meio dispersante, ou seja, em meio líquido

geralmente, as mesmas apresentam movimentos. Esse movimento é denominado de

movimento browniano, e possui características de movimento brusco, irregular e em zigue-

zague, isso ocorre devido à energia cinética presente nas partículas (Novais e Mello, 2007).

Figura 16 - Segmentação do cubo aumentando a área superficial.

Fonte: Adaptado de Brady e Weil (2009)

6. SUBSTÂNCIAS TROCADORAS DE ÍONS

6.1. ARGILAS

Dentre os colóides do solo, as argilas são as mais representativas, conferindo ao solo

características determinantes, tanto de natureza física como química. A fração argila atinge tamanho

máximo de 0,02 mm, e são classificadas como silicatadas e não silicatadas (amorfas), de acordo com

a composição e arranjo das unidades cristalográficas.

As silicatadas em função do arranjo do arranjo das unidades cristalográficas compostas por

lâminas de tetraedro e octaedros, são divididas em (Figura 17):

a) Argilas do tipo 1:1 - formadas a partir de uma unidade cristalográfica composta por uma

camada de tetraedro de sílica e uma de octaedro de alumina. As unidades cristalográficas

nessas argilas são ligadas com rigidez por pontes de hidrogênio, o que não permite expansão

ou contração.

Um mineral importante desse tipo argila é a caulinita, que ocorre em grande parte dos solos

da região amazônica. São minerais com área de superfície específica baixa e que conferem aos solos

uma baixa capacidade de retenção de cátion.

b) Argilas do tipo 2:1 - formadas a partir de uma unidade cristalográfica composta por duas

camadas de tetraedro de sílica e uma de octaedro de alumina). As unidades cristalográficas

nessas argilas são ligadas com H2O + íons (ex.: K+), o que permite expansão ou contração.

São minerais com alta superfície específica, e os mais importantes desse tipo argila são a

18

montmorilonita, ilita e vermiculita, que ocorrem em grande parte dos solos de regiões

temperadas.

Nos solos de regiões temperadas, as argilas silicatadas são mais comuns, pois esses,

geralmente, ainda não foram sujeitos a estádios avançados de intemperismo (Novais e Mello, 2007).

Figura 17 - Representação esquemática de argilominerias do tipo 1:1 e 2:1, respectivamente.

Fonte: Adaptado de Novais e Mello (2007)

6.2. ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS DE FE E AL

Esse material coloidal, também constituinte da fração argila, é predominante em solos

de regiões tropicais altamente intemperizados, como é o caso da Amazônia. A este grupo (argilas

amorfas) pertencem os minerais como a hematita (Fe2O3), goetita (Fe2O3.H2O) e a gibsita

(Al3O3.3H2O). Esses materiais possuem baixa capacidade de adsorção de cátions e elevada

capacidade de adsorção de ânions, o que prejudica a disponibilidade de fosfato para as plantas.

6.3. MATÉRIA ORGÂNICA

Além dos colóides inorgânicos, existem também os orgânicos, os quais exercem papel

fundamental nas características físicas e químicas do solo. A formação da matéria orgânica ocorre

através da decomposição química e biológica dos materiais orgânicos adicionados ao solo, e com essa

decomposição tem-se o produto final, húmus, que apresenta coloração escura e uma alta quantidade

de cargas negativas devido a sua composição de grupos fenólicos e carboxílicos. Vale lembrar que a

matéria orgânica possui superfície específica maior que a maioria das argilas silicatadas, como mostra

a tabela 6.

Tabela 6 - Superfície específica de constituintes coloidais do solo.

Constituinte da fração argila Superfície específica m2 g-1

19

Gibbsita 1-2,5

Anatásio 10

Caulinita 10-30

Goethita 30

Mica hidratada 100-200

Clorita 100-175

Óxidos de ferro 100-400

Sílica amorfa 100-600

Sílica-alumina amorfa 200-500

Vermiculita 300-500

Alofana 400-700

Montmorilonita 700-800

Matéria orgânica ± 700

Fonte: Adaptado de Novais et al, 2007

Fatos Importantes quanto a superfície específica (SE), fração argila e matéria orgânica

do solo

Textura ou granulometria – (argila, silte, areia) – quanto mais argila, maior a SE;

Tipos de minerais de argila – (argila 1:1 ou 2:1) - quanto mais argila 2:1, maior a SE;

Em geral, solos de regiões temperadas (predomínio de argila 2:1 e outras silicatadas)

têm maior SE que solos da região tropical (predomínio dos óxido-hidróxidos de Fe e

Al;

Matéria orgânica (MO) – (agente cimentante) - quanto mais MO, maior a SE.

7. CARGAS DO SOLO

7.1. CARGAS NEGATIVAS

A predominância de cargas negativas sobre cargas positivas ocorre geralmente em

solos onde há concentração de argilas silicatadas, ou seja, em solos pouco intemperizados das regiões

temperadas. Nos solos de regiões tropicais, mais intemperizados, a quantidade de cargas negativas

tende a ser mais baixa, com casos até de predomínio de cargas positivas. Por isso, nessas condições,

a matéria orgânica atua como principal “fornecedora” de cargas negativas nos solos tropicais.

As cargas eletronegativas do solo possuem diferentes origens:

a) Dissociação de grupos OH nas arestas das argilas silicatadas

A fragmentação das unidades cristalográficas das argilas silicatadas, pode dissociar os

grupos OH das terminações tetraedrais ou octaedrais, gerando uma carga negativa (figura 18).

20

Figura 18 - Formação de carga negativa, com a dissociação do grupo OH das argilas silicatadas.

Fonte: Adaptado de Novais et al, 2007

b) Substituição Isomórfica

Na formação das argilas do tipo 2:1, algumas substituições podem acontecer. Como é

o caso da substituição do Si dos tetraedros por Al, bem como o Al dos octaedros por Mg ou por outros

cátions de valência menor que a do Al3+ (figura 19). A substituição do Si4+, que se encontrava,

inicialmente, neutralizando quatro cargas negativas, pelo Al+3, irá condicionar a sobra de uma carga

negativa. Da mesma forma ocorre com o octaedro, pois, com a substituição do Al3+ por um

cátion divalente, como o Mg2+, proporcionará sobra de uma carga negativa. (Novais e Mello, 2007)

Figura 19 - Representação esquemática da substituição isomórfica.

Fonte: Adaptado de Raij (2011)

c) Matéria orgânica

Neste caso, as cargas negativas são originadas a partir da dissociação dos grupos

carboxílicos e fenólicos, como mostra as equações químicas (figura 20). Entretanto, essas cargas

negativas são mais abundantes quanto maior for o pH do meio, denominada cargas dependentes do

pH do solo. Os grupos carboxílicos contribuem com maior proporção de cargas negativas

21

Figura 20 - Equação química demonstrando a dissociação dos grupos carboxílicos e fenólicos

Fonte: Adaptado de Novais et al, 2007

7.2. CARGAS POSITIVAS

As cargas eletropositivas do solo possuem origem nos óxidos e hidróxidos de Fe e Al,

preferencialmente. Em condições de maior acidez maior a proporção dessas cargas positivas,

dificultando, por exemplo, a capacidade do solo em reter nutrientes catiônicos. Daí a importância de

práticas corretivas de acidez do solo. A formação das cargas do solo é demonstrada na figura 21

abaixo:

Figura 21 - Formação de cargas positivas e negativas em hidróxido de Al com a redução e aumento do pH, respectivamente.

Fonte: Adaptado de Novais et al, 2007

7.3. RETENÇÃO E TROCA IÔNICA

Em decorrência das cargas que são geradas nos colóides do solo (argila, húmus, óxidos

e hidróxidos), positivas e negativas, ocorre a atração de íons de cargas contrárias àqueles presentes

na sua superfície, ocasionando assim a retenção dos mesmos (figura 22).

Esses íons retidos nos colóides podem ser trocados por outros íons de mesma carga da

solução do solo. Essa reação no solo de troca de íons de mesma carga é chamada de troca iônica

(figura 23), que pode ser troca de íons aniônicos e troca de íons catiônicos.

Os íons envolvidos neste processo de retenção, ligam-se por eletrovalência às

partículas coloidais do solo. Os cátions mais envolvidos quantitativamente nesse processo são: Ca2+,

22

Mg2+, Al3+, H+, K+, Na+ e NH4+. O Ca2+ comumente é muito abundante em alguns solos, enquanto

que em solos tropicais o Al3+ é o mais abundante (Novais e Mello, 2007).

Figura 22- Superfície solida carregadas eletronegativamente e os cátions nelas adsorvidos.

Fonte: Raij, 2011

Figura 23 - Processo de troca catiônica (a) e aniônica (b).

Fonte: Novais et al. 2007

7.4. CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA (CTC)

A CTC é a capacidade que o solo possui para realizar a retenção e liberação de cátions

para a solução do solo, que, portanto, também pode regular a disponibilidade de nutrientes às plantas.

Existem dois tipos de CTC, a diferenciação é determinada pelas cargas quantificadas

no meio de troca ou meio “sortivo”. São a CTCefetiva e a CTC total ou a pH 7 (Novais e Mello, 2007;

Raij, 2011).

23

a) CTC efetiva ou real.

É determinada no pH que se encontra o solo, no qual são obtidas as cargas permanentes + as

cargas dependentes que não estão bloqueadas por H+. Pode ser obtida indiretamente pela soma a

seguir:

CTCefetiva = Ca + Mg + K + Na + Al

Ou

CTCefetiva = SB + Al

Os cátions trocáveis, representados pela soma de bases (SB), são determinados a partir de

uma solução não tamponada, como por exemplo com KCl 1 mol L-1.

b) CTC a pH 7 ou CTC potencial.

É determinada a partir do uso de uma solução tamponada a pH 7, permitindo a neutralização

total dos íons H ligados covalentemente às cargas dependentes, quantificando, portanto, a CTC

permanente + CTC dependente de pH. Pode ser obtida indiretamente através da soma:

CTCpH7 = SB + (Al3+ + Ho)

Na qual: SB = Ca + Mg + K + Na

(Al3+ + Ho) = acidez potencial

As bases trocáveis que dão origem a SB são determinadas conforme citado para CTCefetiva;

E a acidez potencial é determinada em laboratório com uso de solução tamponada a pH 7, geralmente

utilizando o acetado de Ca, como método padrão.

A representação gráfica dos componentes da CTC está representada na figura 24, na qual é

possível se observar que solo, de maneira geral, é um reservatório de cátions que em condição natural

(pH atual), possui uma pequena quantidade de sítios de trocas (CTC efetiva), principalmente em solos

ácidos e intemperizados. Com o aumento do pH os cátions H que estavam ocupando os sítios,

começam a se dissociar e a oferta de cargas negativas aumenta, tendo uma elevação máxima com pH

= 7,0, tendo como resposta a CTC potencial, que varia de acordo com o mineral predominante (tabela

7).

24

Figura 24 - Representação esquemática dos componentes da CTC do solo

Fonte: Raij, 1981

A unidade da CTC é o cmolc dm-3, que significa a quantidade de matéria medida em

mol por unidade de volume de solo.

Alguns princípios básicos que caracterizam a CTC (Novais e Mello (2007).

a) O fenômeno de troca é reversível. Os cátions adsorvidos podem ser deslocados por

outros, e, assim, sucessivamente;

b) O fenômeno de troca é uma reação estequiométrica. Portanto um molc de um cátion

é trocado (substituído) por um molc de outro cátion;

c) É um processo rápido. Na determinação da CTC o tempo de agitação do solo e

solução varia de 5 a 15 min.

Tabela 7 - Capacidade de troca catiônica, a pH 7,0, de alguns constituintes do solo. Material CTC

cmolc kg-1

Matéria orgânica

150-400

Vermiculita

100-150

Montomorilonita

80-120

Ilita

20-50

Clorita

14-40

Halosita.4H2O

40-50

Halosita.2H2O

50-10

Caulinita

3-15

Óxidos de Fe e Al 4-10

Fonte: Adaptado de Wutke e Camargo (1975). Fassbender (1978) In: Novais et al, 2007.

25

7.5. COMPONENTES DA CTC DO SOLO

A partir da determinação da CTC do solo, é possível identificar diversos parâmetros

que auxiliam na interpretação de análise de solo e recomendação de corretivos e fertilizantes, como

a saturação por bases (V) e a saturação por alumínio (m) do solo essas características variam de acordo

com solos, região, mineralogia do solo. Um exemplo trabalho que classifica esses parâmetros pode

ser observado no trabalho de Alvarez et al. (1999) para o Estado de Minas Gerais, no Brasil (tabela

8).

Tabela 8 - Características relacionadas a CTC do solo do estado de Minas Gerais. Características Classe

Muito Baixa Baixa Média Alta Muito

alta

SB cmolc dm-3 ≤ 0,60 0,61 - 1,80 1,81 - 3,60 3,61 - 6,00 > 6,00

Al3+ cmolc dm-3 ≤ 0,20 0,21 - 0,50 0,51 - 1,00 1,01 - 2,00 > 2,00

CTCefetiva cmolc dm-3 ≤ 0,80 0,81 - 2,30 2,31 - 4,60 4,61 - 8,00 > 8,00

H + Al cmolc dm-3 ≤ 1,0 1,01 - 2,50 2,51 - 5,00 5,01 - 9,00 > 9,00

CTCpH7 cmolc dm-3 ≤ 1,60 1,61 - 4,30 4,31 - 8,60 8,61 - 15,0 > 15,0

V % ≤ 20,0 20,1 - 40,0 40,1 - 60,0 60,1 - 80,0 > 80,0

m % ≤ 15,0 15,1 - 30,0 30,1 - 50,0 50,1 -75,0 > 75,0

Fonte: Adaptado de Alvarez et al, 1999

a) Soma de Bases (SB)

É a soma de Ca2+, Mg2+, K+ e quando disponíveis mais Na+ e NH4+

b) Saturação por bases (V %)

É a participação das bases em termos de % dentro da CTC total do solo. Para cálculo dessa

característica utiliza-se a fórmula:

𝑉 = 𝑆𝐵 𝑥 100

𝐶𝑇𝐶 𝑝𝐻 7,0

Solos com valor de V% superior ou igual a 50% são considerados solos eutróficos, e quando

inferiores a 50 % são considerados solos distróficos.

c) Acidez trocável (Al3+)

Representa o Al3+ trocável no solo, e outros cátions de hidrolise ácida, Mn2+, Fe2+ e Fe3+

mais o H+ que faz parte da CTC efetiva com menor participação. É considerado como acidez trocável,

pois, em solução, por hidrólise, geram acidez, como mostra a equação simplificada a seguir:

𝐴𝑙3+ + 3𝐻2𝑂 ↔ 𝐴𝑙[𝑂𝐻]3 + 3𝐻+

26

d) Acidez potencial

Essa acidez inclui H + Al (H+ trocável, H de ligações covalentes, Al3+ trocável e outras

formas de Al).

e) Saturação por alumínio (m %)

É a percentagem de Al trocável (Al3+) na CTC efetiva do solo. É calculado através da

expressão:

𝑚 = 𝐴𝑙3+

𝐶𝑇𝐶𝑒𝑓𝑒𝑡𝑖𝑣𝑎𝑥 100

7.6. DUPLA CAMADA DIFUSA

A dupla camada difusa, é a forma pela qual ocorre a distribuição dos íons na solução

do solo, em relação a uma superfície coloidal (argila e MO) eletrostaticamente carregada. Devido as

características dos íons presentes na solução, esses podem ser mais facilmente atraídos pela superfície

coloidal carregada (figura 25). Três fatores condicionam a maior ou menor atração aos colóides,

valência e raio iônico hidratado dos cátions, além das concentrações desses íons. Em geral, maior

valência e menor o raio iônico hidratado possibilitam maior atração do íon pela superfície coloidal.

Figura 25 - Distribuição de íons a partir da superfície de colóide eletronegativo.

Fonte: Mitchell (1976) In: Novais et al, 2007

7.7. PONTO DE CARGA ZERO

Ponto de carga zero (PCZ) é o valor de pH do meio em que as quantidades de cargas

positivas e negativas são iguais. Quando o pH do solo está abaixo do pH onde ocorre o PCZ a

predominância de cargas no colóide é positiva; quando o pH do solo está acima do pH onde ocorre o

PCZ a predominância de cargas é negativa. Como os solos em geral apresentam heterogeneidade nos

27

tipos de colóides, o PCZ dos solos pode variar muito, até mesmo no mesmo solo, a PCZ pode ser

diferente em função das profundidades (figura 26), o que implica na escolha de práticas, como a

calagem e gessagem. Entre os fatores que influenciam o PCZ estão mineralogia e matéria orgânica.

Figura 26 - Representação da PCZ de um Latossolo Roxo ácrico em dois horizontes (Ap e B2).

Fonte: Raij (2011)

7.8. FATORES QUE AFETAM A CTC DO SOLO

A CTC do solo é influenciada, como já observado anteriormente, pela valência do íons, pelo

raio iônico hidratado e pela concentração desses íons na solução do solo. Além disso, outros fatores

podem afetar a CTC, como:

Matéria orgânica

Como já enfatizado, a matéria orgânica influencia no desenvolvimento de cargas negativas

do solo, portanto, afeta diretamente a CTC do solo. Em função disso, o manejo da matéria orgânica,

principalmente em solos tropicas, onde há predomínio de óxidos e hidróxidos de Fe e Al, é prática

importante na capacidade do solo em reter nutrientes importantes às plantas.

Sistema de plantio

O sistema de plantio influencia a CTC porque tem relação com o conteúdo de matéria

orgânica (MO) do solo. No Brasil são dois os principais sistemas: plantio direto e plantio

convencional. No plantio direto não há revolvimento de camadas do solo, há preservação da palhada

sobre o solo e há a rotação de culturas, proporcionando conservação ou aumento da MO. No plantio

convencional predomina o revolvimento e exposição do solo. O trabalho de Rheinheimer et al., 1998

mostra a superioridade de carbono orgânico no sistema plantio direto quando comparado com plantio

convencional (tabela 9).

28

Tabela 9 - Carbono orgânico do solo, em quatro profundidades comparado em campo nativo (CN), sistema plantio direto (SPD) e sistema de cultivo convencional (SCC).

Manejo/uso Carbono orgânico

Total Fúlvicos Húmicos Huminas

g kg-1

0-5 cm

CN 9,81 a 3,52 aA 1,16 aA 5,13 aA

SPD 8,95 b 2,83 bA 0,99 aA 5,13 aA

SCC 7,17 c 1,91 cA 0,36 bB 4,90 aA

5-10 cm

CN 7,98 a 1,88 aB 1,00 aA 5,10 aA

SPD 7,71 ab 1,82 aB 0,99 aA 4,90 aA

SCC 7,21 b 1,85 aA 0,56 bB 4,80 aA

10-20 cm

CN 6,19 a 1,29 aC 1,05 aA 3,85 aB

SPD 4,70 b 0,78 bC 0,92 abA 3,00 bB

SCC 6,10 a 1,35 aB 0,75 bAB 4,00 aB

20-40 cm

CN 5,52 a 1,08 aC 0,88 aA 3,56 aC

SPD 3,84 b 0,28 bD 0,96 aA 2,60 bC

SCC 5,07 a 0,78 aC 0,94 aA 3,35 aC

Fonte: adaptado de Rheinheimer et al., 1998

Classe e textura do solo

A classe de solo influencia diretamente na CTC do solo em função do tipo de minerais

predominantes. Solos com predominância de minerais do tipo 2:1 possuem maior CTC. Solos com

predominância de minerais 1:1 e óxidos de Fe e Al apresentam CTC reduzida.

29

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