Importância da Água para as Plantas

Prévia do material em texto

MORFOLOGIA E 
GÊNESE DO SOLO
Natalia de Souza Pelinson
Água no solo
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Explicar qual a importância da água para as plantas, sua distribuição 
no planeta e a porcentagem consumida pela agricultura.
 � Descrever tensão superficial, ascensão capilar, conteúdo de água no 
solo e como o conteúdo pode ser determinado.
 � Analisar a energia da água no solo, como ela se movimenta e qual 
sua relação com o potencial da água no solo.
Introdução
A água circula entre os compartimentos ambientais e é distribuída con-
forme as condições e propriedades dos solos, considerando as condições 
para infiltração, retenção e transmissão da massa aquosa nesse impor-
tante reservatório. O movimento da água entre a biosfera, a hidrosfera, 
a atmosfera e, finalmente, a litosfera pode ser estudado considerando 
inúmeras variáveis. As forças e os potenciais presentes no meio poroso 
dos corpos naturais de distintos tipos de solos regem as muitas dinâmicas 
possíveis e viabilizam a concentração e o uso de água pelos organismos 
que vivem na litosfera, em especial às plantas. 
Neste capítulo, você vai estudar a importância da água para as plantas 
e a quantidade desse recurso destinado às áreas agricultáveis. Vai ver, 
entre outros temas, a distribuição da água na Terra, seus fluxos, movi-
mentos e como os potenciais são observados na natureza. Por fim, vai 
ler sobre o armazenamento de água no meio poroso do solo e as forças 
que atuam nesses processos.
1 A importância da água: distribuição e 
usos em produção agrícola
A água é um recurso natural valioso, e a água doce, de maneira geral, é escassa 
(OSMAN, 2003). A água é necessária para animais e plantas para inúmeras 
funções fisiológicas e, devido à sua importância, precisa de um gerenciamento 
cauteloso e responsável. A Política Nacional de Recursos Hídricos (BRASIL, 
1997) já abarcava os diversos usos múltiplos para a água e a priorização da 
água para consumo humano. 
As sociedades humanas têm explorado e utilizado a água seja pela esca-
vação de poços ou pelo armazenamento da água que flui superficialmente 
(GROTZINGER; JORDAN, 2013), e esse uso requer quantidade e qualidade 
adequadas. Há evidência direta do movimento da água sob a superfície com 
a disponibilidade desse recurso para a utilização. 
Em um contexto de distribuição dos componentes da superfície da Terra, 
a água ocupa, aproximadamente, 75% da superfície da Terra e pode ser consi-
derada o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva, integrando 
também cerca de dois terços do corpo humano e podendo atingir até 98% da 
constituição corpórea de alguns animais aquáticos e/ou vegetais (LIBÂNIO, 
2010). Libânio (2010) apresenta ainda que a distribuição de água superficial 
nos continentes ocorre da seguinte forma: 46% nas Américas, 32% na Ásia, 
9% na África, 7% na Europa e 28% na Oceania.
A quantidade total de água na Terra, cerca de 1,4 bilhão de quilômetros 
cúbicos (km3), é distribuída entre vários reservatórios; apesar de haver fluxo 
entre os diferentes armazenamentos, há uma variação nas proporções de 
volume, porém com o total constante (GROTZINGER; JORDAN, 2013). 
Observe, na Figura 1, uma estimativa das proporções da distribuição de água. 
Em intervalos de tempo geologicamente curtos (dias, meses ou mesmo anos), 
não é observado aumento ou perda líquida de água entre as diferentes geosferas 
terrestres.
Água no solo2
Figura 1. Volume de água e sua distribuição na Terra.
Fonte: Grotzinger e Jordan (2013, p. 476).
Grotzinger e Jordan (2013) explicam que os principais reservatórios para 
a água que flui em uma bacia hidrográfica são os poros, fraturas no solo e no 
substrato rochoso, mesmo em solos com baixa porosidade — ou seja, o solo 
apresenta a importante função de drenar e armazenar água. A quantidade de 
espaço poroso nas rochas, nos solos ou em sedimentos compõe o parâmetro que 
chamamos de porosidade, e esse volume total pode ser ocupado por água e/ou ar. 
A água subterrânea é formada quando a porção de água precipitada se 
infiltra no solo (precipitação efetiva) até atingir camadas que funcionam 
como reservatórios, podendo transferir ou não as massas de água, formando 
aquíferos ou aquitardes, respectivamente (FREEZE; CHERRY, 1979). 
Segundo Bear (1972), um aquífero é uma formação geológica que contém 
água e permite que a água se mova através de seu meio poroso em condições 
de campo (BEAR, 1972). Grotzinger e Jordan (2013) destacam que as águas 
superficiais formadas a partir de precipitação atmosférica mais recente são 
conhecidas como águas meteóricas (do grego metéoron, em referência aos 
fenômenos que ocorrem “no céu”). Os processos básicos desse ciclo natural 
da água podem ser observados na Figura 2.
3Água no solo
Figura 2. Ciclo natural da água na crosta terrestre, atmosfera e hidrosfera (em milhões de 
quilômetros cúbicos por ano). 
Fonte: Grotzinger e Jordan (2013, p. 477).
A água subsuperficial pode ser dividida verticalmente em zonas, depen-
dendo da proporção relativa do espaço poroso ocupado pela água, uma zona 
de saturação em que todos os poros são preenchidos com água e uma zona 
de aeração na qual os poros contêm ar, vapor de água e água (BEAR, 1972). 
A zona geológica entre a superfície da terra e as águas subterrâneas consiste 
em um material insaturado que delimita a zona insaturada, vadosa, vadose 
ou ainda zona de aeração (BEAR, 1972; FETTER; BOVING; KREAMER, 
2017). Na zona não saturada, a água se infiltra verticalmente ao longo do 
gradiente do potencial máximo de umidade do solo quando o relevo é suave 
(APPELO; POSTMA, 2005). A zona de saturação pode se estender a certa 
distância acima do lençol freático, onde pode ocorrer variação da pressão, 
dependendo do tipo de solo.
A disponibilidade, qualidade e sustentabilidade no uso de água são assuntos 
de grande importância e devem ser levados em consideração na gestão dos 
recursos hídricos, no uso e na ocupação da terra. A Política Nacional de Recur-
sos Hídricos (BRASIL, 1997) define que a gestão da água deve proporcionar 
o uso múltiplo das águas, sendo organizada em unidades territoriais (bacias 
hidrográficas) de forma descentralizada e conta com a participação do poder 
público, dos usuários e das comunidades.
Água no solo4
Você sabe como é delimitada a unidade territorial para gerenciamento dos recursos 
hídricos no Brasil? A bacia hidrográfica (Figura 3) é a área definida topograficamente 
por divisores d’água, drenada por um curso d’água ou um sistema conectado de 
cursos d’água tal que toda a vazão efluente seja descarregada por uma simples 
saída (delta ou exutório). A cobertura do solo e o relevo da área podem ser fatores 
que interferem na velocidade da água drenada superficialmente em uma bacia.
Figura 3. Bacia hidrográfica e seus componentes formativos.
Fonte: Adaptada de stihii/Shutterstock.com.
Sobre os usos da água, diversos consumos precisam ser considerados para 
que haja a compatibilidade na disponibilidade de água. Os usos múltiplos 
podem ser consuntivos ou não consuntivos, e isso é definido pelo coeficiente 
de retorno da água ao meio ambiente. A Agência Nacional de Águas (ANA) 
(BRASIL, 2017) define que um uso consuntivo ocorre quando a água reti-
rada é consumida, parcial ou totalmente. O consumo pode ser direto, pela 
evaporação, evapotranspiração, transpiração, ou indireto, por incorporação 
a produtos, entre muitos outros. 
Dos principais usos consuntivos da água no Brasil, os principais irrigação, 
agropecuária, consumo humano (rural e urbano), indústria, produção de energia 
(termelétrica) e mineração, como mostra a Figura 4. Outros usos humanos, 
como geração de energia hidrelétrica e navegação, são exemplos de usos não 
consuntivos, ou seja, em que não há perda de água no processo.
5Água no solo
Os coeficientes de consumo correspondem à diferença entre o volume 
captado para uso e o volume que retorna aos corpos hídricos. Alguns usos,como o abastecimento humano, apresenta cerca de 80% de água retornado 
(em sua maioria, na forma de esgoto), enquanto a irrigação apresenta menos 
de 25% de retorno. Além de uma maior incorporação de água nos produtos 
agrícolas e da ocorrência da evapotranspiração das plantas, há ainda uma 
fração perdida por desperdício durante a irrigação, quando não realizado o 
manejo adequado dos sistemas (BRASIL, 2016). 
Figura 4. Vazões de usos múltiplos da água: vazões de retirada, consumo e fração de 
retorno do ano de 2017 no Brasil. 
Fonte: Brasil (2019a, documento on-line).
Água no solo6
O rendimento de muitas culturas pode ser reduzido significativamente 
devido ao estresse hídrico (OSMAN, 2013; BRASIL, 2017). O excesso de 
água, aplicada ou natural, deve ser removido por drenagem artificial para o 
cultivo da maioria das culturas (OSMAN, 2013). Portanto, a irrigação deve 
ser aplicada bem antes da possibilidade de ocorrer estresse hídrico e nos 
estágios de crescimento (Figura 5), quando a água é urgentemente necessária 
(BRASIL, 2016). Osman (2013) observa que, às vezes, a irrigação excessiva 
também pode afetar adversamente o rendimento das culturas.
Figura 5. Necessidade hídrica de vegetais ao longo dos estágios de desenvolvimento. 
Fonte: Brasil (2019b, documento on-line). 
Observando a Figura 5, você pode perceber que uma mesma cultura pode 
apresentar demandas diferentes ao longo do ciclo do vegetal, e essa sazonalidade 
pode interferir nos processos que ocorrem no solo. Portanto, o manejo da irriga-
ção deve ter um monitoramento contínuo durante todo o cronograma agrícola. 
Weil e Brady (2017) reiteram que a nutrição das plantas também está associada à 
7Água no solo
disponibilidade de água, os compostos inorgânicos mineralizados estão contidos 
na solução aquosa e são biodisponibilizados para a nutrição das plantas.
Como delimitar o que é água no solo e o que é água subterrânea? Os fluxos subsuperfi-
ciais de água no solo são divididos em movimentos na zona não saturada (ou vadosa) e 
armazenamento e/ou transmissão na zona saturada (águas subterrâneas). Basicamente, 
as zonas de um solo (Figura 6) são divididas a partir da ocupação da porosidade do 
meio: os poros da zona vadosa são ocupados com ar e água, englobando a camada de 
horizonte O (mais fértil) e, geralmente, a zona radicular; por outro lado, a zona saturada 
apresenta uma região com saturação, ou seja, ocupação completa dos poros por água.
Figura 6. A divisão de um perfil de solo em zonas permite que sejam entendidos os 
comportamentos das complexas dinâmicas que podem ocorrer na subsuperfície terrestre. 
Fonte: Adaptado de Collischon e Dornelles (2013). 
Água no solo8
Diante da difícil gestão da água, respeitando os múltiplos usos demandados 
por uma sociedade, é necessário que desperdícios como os relacionados à 
irrigação sejam reduzidos. Isso se torna mais viável à medida que o produtor 
rural conhece as capacidades de retenção e fornecimento de água de seu solo 
de cultivo, podendo então estabelecer uma gestão mais adequada, essencial 
para o uso racional de água sem perdas por percolação profunda, por exemplo. 
2 Água no solo: tensão superficial, capilaridade 
e armazenamento
No solo, a água é mantida nos poros e nas partículas de várias formas e sob di-
ferentes forças (OSMAN, 2013). O solo armazena e fornece água com nutrientes 
às plantas por meio, basicamente, dos processos de adsorção e capilaridade. 
A potencialidade de extração (maior ou menor facilidade) para atender às 
necessidades das plantas varia conforme a disponibilidade hídrica no meio, 
uma vez que, à medida que o solo seca, a força de retenção é intensificada 
e há diminuição da disponibilidade hídrica no solo. Sendo assim, nem toda 
água armazenada no solo está disponível para as plantas.
Collischon e Dornelles (2013) explica que, para quantificar a teor de umi-
dade do solo, pode ser utilizada a relação entre o volume da amostra e o volume 
de água contido na amostra, como mostra a Equação 1:
(1)
onde:
 � VA: volume de água (cm3). 
 � VT: volume total de solo (cm3). 
Assim, θ é o conteúdo de água no solo e é um parâmetro adimensional. 
No caso de solos em ponto de saturação, os meios têm poros ocupados por 
água, então, o teor de umidade é correspondente à porosidade total do material.
9Água no solo
A capacidade da água de interferir em tantos processos do solo é deter-
minada, principalmente, pelas propriedades estruturais da molécula de água, 
apesar da simplicidade do composto com suas moléculas individuais, contendo 
apenas um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, relativamente muito 
menores (WEIL; BRADY, 2017). Os elementos estão ligados covalentemente, 
e cada átomo de hidrogênio compartilha seu único elétron com o oxigênio. 
A molécula de água apresenta polaridade, alinhando simetricamente os átomos 
de oxigênio em um arranjo em 105°, como pode ser observado na Figura 7. 
Figura 7. Polaridade da molécula de água determinada pela 
sua configuração: eletronegativa em sua região com os átomos 
de oxigênio e eletropositiva nas extremidades de hidrogênio. 
Fonte: VectorWeb/Shutterstock.com.
A polaridade das moléculas de água faz com que o lado em que os átomos de 
hidrogênio estão localizados seja mais eletropositivo e o lado oposto seja mais 
eletronegativo (WEIL; BRADY, 2013). Há possibilidade de haver polimerização 
da água, com junção de diversas moléculas devido à polaridade apresentada. 
A polaridade explica ainda como a água é atraída por íons carregados ou 
superfícies coloidais: cátions como hidrogênio (H+), sódio (Na+), potássio (K+) e 
cálcio (Ca2+) podem ser hidratados por sua atração pela extremidade (negativa) 
de oxigênio das moléculas de água. De forma análoga, as superfícies de argila 
carregadas negativamente podem atrair a água, por interação com a extremidade 
(positiva) de hidrogênio da molécula (OSMAN, 2013; WEIL, BRADY, 2017). 
Água no solo10
As forças de adesão e coesão permitem que determinado solo retenha 
água e possa controlar sua movimentação e utilização. Weil e Brady (2013) 
enfatiza que as duas forças básicas de retenção e movimentação da água no 
solo podem ser definidas pelas pontes de hidrogênio que são estabelecidas: 
a coesão em que diferentes moléculas de água estabelecem uma atração umas 
pelas outras (forças moleculares de London-van der Waals de coesão) e a adesão 
(ou adsorção) das moléculas de água atraídas pelas superfícies sólidas do solo. 
As forças que atuam nas superfícies de contorno dos líquidos são diretamente 
responsáveis pelos fenômenos capilares e têm sua origem nas atrações coesivas 
e adesivas exercidas entre as moléculas (RICHARDS, 1931). Matematicamente, 
uma densidade superficial uniforme de energia livre é equivalente a uma tensão 
uniforme na superfície, e, para alguns propósitos, é mais conveniente expressar 
as propriedades físicas de uma superfície ar–líquido em termos de tensão 
superficial. A interação entre essas forças (ligações de hidrogênio, adsorção e 
coesão) pode ser representada como mostrado na Figura 8.
Figura 8. Forças de coesão e adesão agindo no meio poroso do solo. 
Fonte: Adaptada de Weil e Brady (2017).
11Água no solo
A tensão superficial pode colaborar para o fenômeno da capilaridade e 
determinar o movimento e a retenção de água no solo. O termo capilaridade 
se referia, inicialmente, à ação de líquidos em tubos finos, mas passou a ser 
utilizado em conexão com uma ampla variedade de fenômenos, incluindo, 
sob certas condições, o fluxo de líquidos através de meios porosos do solo 
(RICHARDS, 1931). 
Segundo Weil e Brady (2017), a tensão superficial evidenciada nas interfaces 
ar–líquido poderia gerar uma maior atração das moléculas de água umas pelas 
outras (coesão). A atração relativamente alta das moléculas de água uma pela 
outra seria a justificativa para a água apresentar uma tensão superficial alta, 
comparando-a com outros líquidos (RICHARDS, 1931; WEIL; BRADY, 2017). 
A região do espaço poroso emsolos, independentemente da predominância 
de areia ou argila, forma um sistema complexo com configuração distinta, 
que atua quando apenas parte desse espaço é preenchida com um líquido. Se a 
condição de umedecimento é cumprida, o líquido se espalha sobre a superfície 
sólida e forma uma configuração contínua e conectada (RICHARDS, 1931). 
Richard (1931) explica que, por causa da ação da tensão superficial, 
o líquido tende a se acumular em pequenos corpos no interior dos microporos 
ou onde as partículas do meio estão próximas umas das outras. O tamanho 
desses corpos e a espessura que os conectam depende da quantidade de líquido 
presente no meio. É a partir dessa configuração conectada, delimitada de um 
lado pelos filmes adsorvidos em contato com o sólido e de outro pela interface 
curva ar–líquido, que ocorre o fluxo capilar. O líquido que ocupa essa região 
será chamado de líquido capilar (RICHARDS, 1931).
A altura de elevação em um tubo capilar é inversamente proporcional ao 
raio do tubo (WEIL; BRADY, 2017). A elevação capilar também é inversa-
mente proporcional à densidade do líquido e é diretamente proporcional à 
tensão superficial do líquido e ao grau de sua atração adesiva à superfície do 
solo (Figura 9). 
Para que a água capilar atinja a pressão correta de equilíbrio em deter-
minada altura, o teor de umidade do meio muda até que a curvatura tenha o 
valor correto (RICHARDS, 1931). Se a densidade da água for considerada 
constante e igual à unidade, o potencial se torna numericamente igual à pres-
são. E quando a pressão é determinada pela tensão superficial e curvatura 
da interface ar–líquido, será chamada de potencial capilar. Richards (1931) 
define que, para dado valor da pressão ou potencial capilar, a quantidade de 
umidade presente em um meio depende da ocupação dos espaços porosos.
Água no solo12
Figura 9. Capilaridade do solo: a pressão aumenta conforme diminui a umidade no solo. 
(a) A equação da capilaridade representada graficamente da ascensão em relação ao raio 
interno do tubo. (b) A elevação da água no solo é variável conforme o tamanho e a variação 
dos poros do solo. (c) A textura do solo tem o comportamento da elevação total da água 
acima de um lençol freático livre. 
Fonte: Adaptada de Weil e Brady (2017). 
A Figura 9 ilustra como a capilaridade é consideravelmente maior quando 
há microporosidade. Nesse sentido, solos com menores tamanhos de partículas 
sólidas desempenham maior força de retenção de água, visto que têm maiores 
áreas superficiais ativas.
De forma complementar, existem quatro constantes de umidade no solo: 
o coeficiente higroscópico, a capacidade máxima de retenção de água, a capa-
cidade de campo e o ponto de murcha permanente. Embora sejam chamados 
de “constantes”, tais parâmetros são altamente variáveis de solo para solo e 
no mesmo solo sob diferentes manejos. Esses parâmetros definem o conteúdo 
de água do solo em situações específicas e podem ser afetados por textura do 
solo, estrutura do arranjo do solo, porosidade do meio, distribuição do tamanho 
dos poros, coloides orgânicos e inorgânicos, declividade e manejo, incluindo 
lavoura, drenagem, cobertura superficial e irrigação (LUSK; TOOR, 2017). 
A quantidade de água retida entre a capacidade de campo e o ponto de 
murcha permanente é a quantidade de água disponível da planta no solo 
(OSMAN, 2013). A quantidade de água retida no solo quando todos os poros, 
pequenos e grandes, são preenchidos com água é chamada de capacidade 
máxima de retenção de água (WEIL; BRADY, 2017; LUSK; TOOR, 2017) 
— é a quantidade de água a 100% de saturação.
13Água no solo
Quando um solo saturado é permitido drenar livremente sob a força da 
gravidade, e se não houver perda de evaporação, o teor de umidade do solo 
atingirá um nível de equilíbrio após um tempo (WEIL; BRADY, 2017). 
A quantidade de água retida no solo após a drenagem livre pela gravidade 
é denominada capacidade de campo, ou seja, a umidade de campo natural. 
A capacidade de campo é o limite superior da disponibilidade de água no solo 
equivalente entre a percolação gravitacional (sem aplicação de pressões) e a 
capacidade de retenção máxima de água sob tais condições. 
Caso não ocorra mais entradas de água no solo, o conteúdo de água gradu-
almente diminui, podendo haver drenagem (percolação profunda), absorção 
de plantas e ainda evapotranspiração (LUSK; TOOR, 2017). No momento em 
que o teor de água fica menor do que a força de retenção no solo e a sucção 
pelas raízes, haverá dificuldade de a planta extrair água presente no solo; esse 
teor de umidade é o ponto de murcha permanente. Observe, na Figura 10, 
como a produtividade pode ser diretamente afetada pela presença de água no 
meio poroso.
Figura 10. Relação entre a tensão da água no solo e a produtividade. A capacidade de 
campo (CC), a tensão crítica (Tc) e o ponto de murcha (Pm) são observados em duas con-
dições: (a) com plantas que não lidam bem com o solo encharcado; (b) com plantas que 
se desenvolvem bem em solo encharcado.
Fonte: Adaptada de Calbo (2005, documento on-line). 
Água no solo14
Você sabe como mensurar a água presente no solo? Uma forma simples de aferir 
a umidade de um material qualquer é coletar uma amostra indeformada, com um 
recipiente de volume conhecido. Você pesa o recipiente antes da coleta, após a coleta (a 
diferença do valor das pesagens indica a massa da amostra coletada) e depois de seco 
em estufa. Entretanto, a umidade indica a quantidade de água, e não o comportamento 
e a capacidade do solo. Por este método gravimétrico de medição de conteúdo de 
água (Equação 2), a diferença de peso encontrada define a umidade:
(2)
onde: 
 � Θ: teor de água no solo (adimensional).
 � Mu: massa do solo úmido (g).
 � Ms: massa da amostra de solo seca (g).
 � VT: volume total da amostra (cm3).
 � ρ: massa específica do líquido.
Para melhor conhecer a capacidade de armazenamento de água em um solo, você 
pode obter uma curva de retenção de água desse material. Tal curva pode ser construída 
a partir de medidas diretas de campo ou de ensaios laboratoriais. 
Um dos métodos de laboratório é o das curvas a partir das câmaras de pressão de 
Richards. No método de Richards (Figura 11a), a amostra de solo indeformada é seca 
em estufa e depois completamente saturada. Após saturação, são aplicadas diferentes 
tensões para que o comportamento seja observado: máxima capacidade de retenção, 
tensão crítica e ponto de murcha. 
Metodologias em campo podem ser mais ou menos precisas, a depender dos 
equipamentos utilizados, como psicrômetros (Figura 11c) e sensores de umidade de 
diversos tipos, como os TDR (time domain reflectometry ou reflectometria no domínio 
do tempo), que mensuram a constante dielétrica “global” do solo. Equipamentos sim-
plificados, como o Irrigas, patenteado pela Embrapa, não geram uma curva de retenção 
de água, mas auxiliam no manejo de irrigação. O medidor tipo Irrigas (Figura 11b) 
tem uma cápsula porosa, e o sistema passa a ser composto: um equipamento é inserido 
na zona de raízes e outro em profundidades maiores, para verificar se há perdas por 
percolação.
15Água no solo
(a) (b)
(c)
Figura 11. Métodos de mensuração de água no solo com (a) câmaras de Richards; 
(b) medidores de pressão (tipo Irrigas); e (c) sensores de umidade de campo. 
Fonte: Adaptada de (a) Andrade Júnior et al. (2007); b) Albuquerque (2010, documento on-line); 
(c) studiomirage/Shutterstock.com.
O teor de água saturada (θs) e o teor de água residual (θr) podem ser medidos 
experimentalmente (Figura 12). Por exemplo, o teor de água em solo muito seco é 
facilmente obtido, apesar de a porcentagem de água no ponto de saturação ser o 
mais facilmente e frequentemente obtido (VAN GENUCHTEN, 1980). 
Figura 12. Curva de retenção: relação entre a tensão da água no solo e a produtividade 
Fonte: Van Genuchten (1980, documento on-line).
Água no solo16
Na Figura 12, pode ser destacado que as plantas mais tolerantes ou não às 
altasumidades estão sujeitas às tensões críticas e com risco de atingir o ponto 
de murcha permanente, sem recuperação mesmo após a reinserção de água 
no sistema. As curvas de umidade, a capacidade e o ponto de murcha variam 
conforme a textura, como você pode observar na Figura 13.
Figura 13. Curvas de umidade versus sucção: uma perspectiva de comportamentos distintos 
conforme a textura predominante do solo.
Fonte: Adaptada de Collischon e Dornelles (2013).
Pela Figura 13, é possível perceber que solos mais argilosos têm maiores 
capacidades de retenção dos solos mais arenosos. Apesar dessas distintas 
observações de comportamento, sabemos que um solo pode apresentar uma 
combinação proporcional entre diferentes granulometrias, e, como já visto, a 
dinâmica entre as forças no solo não são simples e precisam ser mensuradas 
em cada solo específico. Essa observação corrobora para entendermos que 
cada solo é único e deve ser analisado separadamente.
A partir das noções de tensões (sucção) no solo, propriedades de ascensão 
capilar e o conteúdo de água no solo, podem ser conhecidos os comportamentos 
de diferentes solos quanto à movimentação e ao armazenamento da água nesse 
importante reservatório. À medida que a energia se transforma, diferentes 
potenciais podem influenciar na movimentação de massas de água no solo.
17Água no solo
3 A energia da água no solo: 
movimento e potencial
A água natural é um solvente que está em contato com vários materiais do solo 
e, como resultado, contém naturalmente cátions e ânions dissolvidos, além 
de algum material inorgânico não iônico (BEAR, 1972; FETTER; BOVING; 
KREAMER, 2017). Os componentes químicos presentes na água também 
podem indicar a qualidade da água e informações sobre a geologia local. 
A água se move continuamente entre a biosfera, a atmosfera, a litosfera e a 
hidrosfera da Terra; esse ciclo da água é chamado de ciclo hidrológico. O ciclo 
hidrológico envolve vários componentes de armazenamento de água e fluxos 
com diferentes velocidades. No entanto, a quantidade de água é considerada 
inalterada, não havendo perdas significativas nos processos, apenas variação 
proporcional em seus estados e compartimentos (OSMAN, 2013). 
O ciclo hidrológico ou ciclo natural da água engloba um conjunto de pro-
cessos que envolvem a circulação da água na superfície terrestre e atmosfera. 
Entre os componentes do ciclo hidrológico, podem ser destacados a precipita-
ção; a precipitação efetiva (porção da precipitação que efetivamente infiltra 
no solo); a interceptação vegetal; a infiltração; a evaporação (quando não 
há cobertura vegetal, no solo ou em corpos hídricos); a evapotranspiração; 
a percolação profunda; e os escoamentos superficial e subsuperficial (no 
interior do maciço e das águas subterrâneas). Observe, na Figura 14, alguns 
desses principais componentes do ciclo da água. Há elementos não naturais 
que têm interface com o ciclo natural: a irrigação, a criação de reservatórios, 
bacias de retenção superficial e ainda práticas de plantio, que contribuem para 
uma maior infiltração de água no solo, como o terraceamento.
Em geral, a precipitação, seja ela sólida (neve), seja líquida (chuva), 
é considerada como o início do ciclo hidrológico terrestre. A água infiltrada 
promove a umidificação do solo e, após atingir a capacidade de retenção do 
solo, continua a percolar profundamente, sendo possível haver recargas de 
águas subterrâneas, a depender das unidades hidrogeológicas regionais.
Água no solo18
O potencial da água no solo é a quantidade de energia livre que a água do 
solo tem e é a força motriz da água no solo (LUSK; TOOR, 2017). A água 
se move na direção do gradiente do potencial da água no solo, e a taxa de 
movimento é proporcional à diferença de potencial (Δy) entre os dois pontos 
e a condutividade hidráulica do solo. A água se move ao longo da via solo–
raiz–caule–folha–ar porque existe um gradiente de potencial hídrico ao longo 
da interface solo–planta–atmosfera. 
Figura 14. Os inúmeros processos que podem ser considerados no ciclo da água. 
Fonte: Adaptada de Brasil (2017).
Em um meio poroso é comum que sejam executados ensaios in situ para 
determinação de uma velocidade média de infiltração de água. Sabe-se que 
mesmo que haja uma média apresentada, a velocidade da água varia con-
forme a porosidade do material (Figura 15a), que pode tornar os caminhos 
mais curtos ou mais longos e, consequentemente, com maiores ou menores 
velocidade (FETTER; BOVING; KREAMER, 2017). Há uma observação 
geral de que os líquidos em um meio poroso não assumem uma única direção, 
sendo possível enfatizar múltiplos trajetos para o preenchimento dos espaços 
vazios (Figura 15b).
19Água no solo
Figura 15. Velocidade de líquidos em meios porosos. Em diferentes arranjos há uma 
combinação entre partículas que forma trajetórias múltiplas, que afetam a velocidade (a) 
e fazem com que o fluxo ocorra por múltiplos caminhos (b).
Fonte: Adaptada de Fetter, Boving e Kreamer (2017).
A tensão observada naturalmente nos poros do solo também é chamada 
de sucção ou potenciais. Tal energia se refere ao estado ativo da água, que 
propicia a retenção e o movimento da água no solo (LEPSCH, 2011). Lepsch 
(2011) destaca ainda que os potenciais no solo não saturado podem ter vários 
valores e dinâmicas distintas, entre eles os potenciais matriciais que apresentam 
valores negativos e são decorrentes das forças de atração pela matriz do solo. 
Dessa forma, a umidade se move pela zona vadosa (não saturada) devido a um 
potencial que é a soma do potencial de capilaridade (elevação) e do potencial 
matricial (FETTER; BOVING; KREAMER, 2017). Nesse caso, o potencial 
matricial é uma função do teor volumétrico de água e depende de o solo ter 
passado por umedecimento ou secagem.
O conceito de potencial matricial serve para classificar os diferentes 
estados da água do solo, expressando a energia que pode ser retida em termos 
quantitativos. Potencial hídrico é a quantidade de trabalho que uma quantidade 
unitária infinitesimal de água em equilíbrio é capaz de realizar quando se 
move (OSMAN, 2013). Alternativamente, o potencial da água é o potencial 
químico ou a energia livre específica da água. 
O potencial da água no solo se refere à energia potencial contida na 
água do solo. É uma medida da energia potencial relativa da água no solo 
em comparação com a da água livre. Teoricamente, esse potencial é obtido 
deduzindo-se a energia livre da água do solo (OSMAN, 2013). A água livre 
Água no solo20
tem o maior potencial hídrico e seu valor é 0, logo, toda a água natural de 
superfície tem um potencial hídrico negativo (OSMAN, 2013).
As forças primárias que atuam na água do solo mantidas em um solo rígido 
sob condições isotérmicas podem ser convenientemente agrupadas da seguinte 
forma (WEIL; BRADY, 2017; OSMAN, 2013): 
 � forças matriciais resultantes de interações da fase sólida com as fases 
líquida e gasosa; 
 � forças osmóticas devido a diferenças de composição química da solução 
do solo;
 � forças induzidas por campos de força gravitacionais e outros campos 
de força inerciais (centrífugas). 
Consequentemente, o potencial total, ψT, pode ser expresso como a soma 
algébrica dos potenciais componentes correspondentes aos diferentes campos 
que atuam na água do solo, como mostra a Equação 3 (OSMAN, 2013):
(3)
onde: 
 � ψm: potencial matricial resultante dos efeitos combinados da capilaridade 
e forças de adsorção na matriz do solo.
 � ψs: potencial osmótico resultante dos efeitos osmóticos dos sais 
dissolvidos.
 � ψp: potencial de pressão resultante da pressão externa na água.
 � ψg: potencial gravitacional.
O potencial matricial ou mátrico (ψm) é a parte do potencial hídrico que 
pode ser atribuída à atração da matriz do solo pela água. O potencial matricial 
costumava ser chamado apenas de potencial capilar (LEPSCH, 2011), uma vez 
que o potencial matricial ocorre em grande parte devido à ação capilar. No 
entanto, à medida queo conteúdo de água diminui em um material poroso, 
a água retida nos poros devido à capilaridade se torna insignificante quando 
comparada à água retida diretamente nas superfícies das partículas. O termo 
potencial matricial, portanto, abrange fenômenos além da capilaridade (OS-
MAN, 2013).
O potencial de pressão (ψp) é a energia potencial devido ao peso da água 
em um ponto considerado ou à pressão do gás, que é diferente da pressão exis-
21Água no solo
tente na posição de referência (WEIL; BRADY, 2017). Às vezes, essa energia 
potencial de pressão é dividida em dois componentes separados: o potencial 
de pressão do ar, que ocorre em condições insaturadas quando o solo tem uma 
fase do ar, e o potencial de pressão hidrostática, que ocorre quando o solo 
está saturado e existe uma pressão hidrostática (OSMAN, 2013). O potencial 
osmótico (ψs) varia conforme a cultura vegetal presente na unidade de solo. 
O potencial gravitacional (ψg) é o potencial associado à gravidade. 
A altura ou o dado de referência atribuído pode variar de acordo com a ne-
cessidade, e geralmente é baseado na utilidade. O nível de referência normal-
mente depende da direção do movimento, da infiltração ou da percolação da 
água. A diferença no potencial de água por unidade de distância do fluxo é o 
gradiente de potencial de água que determina a taxa de movimento da água 
no solo (OSMAN, 2013). 
Sob condições saturadas e não salinas, componentes importantes do poten-
cial da água no solo são o potencial de pressão e o potencial gravitacional. 
A diferença na soma desses dois potenciais, chamada de diferença da linha 
piezométrica, governa o fluxo de água no solo (OSMAN, 2013). 
A condutividade hidráulica é um parâmetro que é utilizando para ca-
racterizar o movimento de água em um meio poroso. O valor máximo de 
condutividade é observado quando o solo se encontra saturado (condutividade 
hidráulica do solo saturado; Ksat). Um solo saturado pode conduzir água pro-
porcionalmente à sua porosidade total, enquanto o solo não saturado transporta 
água utilizando parcialmente esse volume, por meio dos filmes de água que 
envolvem as partículas (COLLISCHONN; DORNELLES, 2013). Sendo assim, 
o solo não saturado conduz menos água do que um solo em estado de saturação. 
Collischon e Dornelles (2013) explica que, se o movimento da água em 
um meio poroso saturado for considerado, é possível descrevê-lo pela lei de 
Darcy — na Figura 16, mais adiante, é apresentado um modelo do experimento 
realizado para determinação dos princípios considerados. A equação de Darcy 
(Equações 4 e 5) representa a quantidade de água que é transmitida por unidade 
de tempo em uma área através de um meio poroso, sendo proporcional ao 
gradiente hidráulico do solo. O gradiente hidráulico representa a variação de 
carga hidráulica de um ponto para outro em função da unidade de distância 
que separa tais cotas.
Nesse experimento foi considerado um cilindro contendo um material 
poroso saturado e submetido a uma diferença de potencial (h1 − h2). A vazão 
é dependente da área do meio poroso transversal ao escoamento e da carac-
terística intrínseca do meio, denominada condutividade hidráulica.
Água no solo22
(4)
(5)
onde: 
 � Q: vazão (fluxo) de água (volume/tempo, como, por exemplo, cm3/s).
 � A: área que está sendo considerada para a análise (cm2).
 � q: vazão específica, ou seja, o fluxo de água por unidade de área que 
varia por unidade de tempo (cm/s).
 � K: condutividade hidráulica (cm/s).
 � h: carga hidráulica (cm).
 � x: distância considerada na análise (cm), sendo, no caso do experimento, 
a camada L.
Figura 16. Experimento da lei de Darcy para cálculo da água em meios porosos. 
Fonte: Adaptada de Collischon e Dornelles (2013).
23Água no solo
A lei de Darcy foi desenvolvida para meios porosos saturados, porém, como 
a situação mais comum é que os solos não estejam saturados, há uma adaptação 
da condutividade hidráulica em função do conteúdo de água no solo e com a 
carga hidráulica expressa de forma a combinar o potencial gravitacional com 
o potencial mátrico (LIBARDI, 2012; COLLISCHON, 2013). A Equação 6 
representa a equação de Darcy adaptada, que passou a ser conhecida por 
equação de Darcy-Buckingham (LIBARDI, 2012):
(6)
onde: 
 � q: vazão específica (cm/s).
 � K(θ): condutividade hidráulica em solos não saturados (cm/s), uma carac-
terística intrínseca ao material que varia conforme a umidade presente.
 � ψm: potencial mátrico do solo (cm).
 � ψz: potencial gravitacional, que considerada uma distância vertical z (cm).
Uma forma muito comum de apresentar a variação do conteúdo de água 
no solo é levando em conta a equação da continuidade para fluxos verticais 
(Equação 7), que resulta em uma versão simplificada unidimensional dessa 
interpretação em um solo (Equação 8), a equação de Richards (RICHARDS, 
1931; COLLISCHONN; DORNELLES, 2013):
(7)
(8)
onde: 
 � θ: conteúdo de água no solo (adimensional).
 � (θ): condutividade hidráulica em solos não saturados (cm/s).
 � ψm: potencial mátrico do solo (cm).
 � z: direção de análise vertical (cm).
Água no solo24
Vale observar que a função do solo atuando como reservatório, filtro de 
proteção e meio de disponibilização de água envolve dinâmicas complexas 
de retenção e movimentação de grandes massas de água no meio poros, em 
condições de saturação ou de não saturação. Há muitas variáveis a serem 
observadas, e cada tipo de solo, por apresentar características únicas, se 
comportará de uma forma. Entretanto, há análises e manejos que podem ser 
adaptados e executados para embasar as ações e tornar acessível e proteger 
esse recurso natural essencial à vida terrestre. 
ALBUQUERQUE, P. E. P. Manejo da irrigação. Informe Agropecuário, v. 31, n. 259, p. 18–28, 
2010. Disponível em: http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/handle/doc/875096. 
Acesso em: 23 jun. 2020.
APPELO, C. A. J.; POSTMA, D. Geochemistry, groundwater and pollution. 2. ed. Leiden: 
Balkema Publishers, 2005.
BEAR, J. Dynamics of fluids in porous media. New York: Elsevier; Prentice-Hall, 1972.
BRASIL. Agência Nacional de Águas. Atlas irrigação: uso da água na agricultura irrigada. 
Brasília, DF: ANA, 2017. Disponível em: http://arquivos.ana.gov.br/imprensa/publicacoes/
AtlasIrrigacao-UsodaAguanaAgriculturaIrrigada.pdf. Acesso em: 23 jun. 2020.
BRASIL. Agência Nacional de Águas. Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil 2019: 
informe anual. Agência Nacional de Águas. Brasília, DF: ANA, 2019a. Disponível em: 
http://conjuntura.ana.gov.br/. Acesso em: 23 jun. 2020.
BRASIL. Agência Nacional de Águas. Manejo da irrigação: como, quando e quanto 
irrigar? Fortaleza: INOVAGRI/IFCE, 2016. Disponível em: https://capacitacao.ana.gov.
br/conhecerh/handle/ana/275. Acesso em: 23 jun. 2020.
BRASIL. Agência Nacional de Águas. Manual de usos consuntivos da água no Brasil. Brasília, 
DF: ANA, 2019b. Disponível em: http://www.snirh.gov.br/portal/snirh/centrais-de-
-conteudos/central-de-publicacoes/ana_manual_de_usos_consuntivos_da_agua_
no_brasil.pdf. Acesso em: 23 jun. 2020.
CALBO, A. G. Sistema Irrigas para manejo de irrigação: fundamentos, aplicações e desen-
volvimentos. Brasília, DF: Embrapa Hortaliças, 2005. Disponível em: https://ainfo.cnptia.
embrapa.br/digital/bitstream/item/102925/1/sistema-irrigas.pdf. Acesso em: 1 jul. 2020.
COLLISCHONN, W.; DORNELLES, F. Hidrologia para engenharia e ciências ambientais. 
Porto Alegre: Associação Brasileira de Recursos Hídricos, 2013.
FETTER, C. W.; BOVING, T.; KREAMER, D. Contaminant hydrogeology. 3. ed. Illinois: 
Waveland Press, 2017.
25Água no solo
Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun-
cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a 
rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de 
local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade 
sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links.
FREEZE,R. A.; CHERRY, J. A. Groundwater. Nova Jersey: Prentice-Hall, 1979. 
GROTZINGER, J.; JORDAN, T. Para entender a Terra. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.
LEPSCH, I. F. 19 lições de pedologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2011.
LIBARDI, P. L. Dinâmica da água no solo. São Paulo: EDUSP, 2012. 
LUSK, M. G.; TOOR, G. S. Optimizing the hydrologic properties of urban soils. In: LAL, 
R.; STEWART, B. A. Urban soils: advances in soil science. Boca Raton: Taylor & Francis, 
2017. p. 197–209.
OSMAN, K. T. Soils: principles, properties and management. London: Springer, 2013.
RICHARDS, L. A. Capillary conduction of liquids through porous mediums. Journal of 
Applied Physics, v. 1, n. 5, p. 318–333, 1931. 
VAN GENUCHTEN, M. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity 
of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, v. 44, 1980. Disponível em: 
https://doi.org/10.2136/sssaj1980.03615995004400050002x. Acesso em: 23 jun. 2020.
VEIHMEYER, F. J.; HENDRICKSON, A. H. The moisture equivalent as a measure of the 
field capacity of soils. Soil Science, v. 32, n. 3, p. 181–194, 1931. DOI: 10.1097/00010694-
193109000-00003. Disponível em: https://journals.lww.com/soilsci/Citation/1931/09000/
THE_MOISTURE_EQUIVALENT_AS_A_MEASURE_OF_THE_FIELD.3.aspx. Acesso em: 
23 jun. 2020.
WEIL, R. R.; BRADY, N. C. The nature and properties of soils. 15. ed. London: Pearson 
Education Limited, 2017.
Água no solo26