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Propriedades físicas e biológicas do solo Apresentação O solo pode ser considerado o material inconsolidado que se origina a partir da rocha matriz que recobre a Terra. Para sua formação, são necessários centenas e até milhares de anos de atividade de intempérie do ambiente associada aos fatores biológicos. Basicamente, o solo é constituído por partículas sólidas, ar, água, matéria orgânica e uma quantidade e diversidade significativa de organismos. Esse ambiente é responsável por suporte e fonte nutricional para as plantas. Além disso, alguns fatores físicos interferem diretamente na produtividade vegetal, tais como a água, o oxigênio, a resistência mecânica e a temperatura. O solo pode ser considerado um ambiente muito heterogêneo em composição, distribuição e profundidade. Deve-se atentar ao fato de que cada espécie vegetal pode ter um comportamento distinto em cada solo, não só a espécie, mas também em relação ao estágio fenológico da cultura e zona climática. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer as principais propriedades físicas dos solos, as características desejáveis de um solo ideal e as atividades biológicas do solo responsáveis pelas modificações físico-químicas. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Descrever as principais propriedades físicas dos solos.• Identificar as características de um solo fisicamente ideal.• Explicar qual é o papel dos organismos presentes nos solos nas modificações físicas e químicas dos solos. • Desafio O aumento significativo da densidade do solo pode ser o indício de que está ocorrendo compactação. Nessa situação, o solo apresenta redução da porosidade que seria preenchida por ar e água. Pode apresentar também maior resistência mecânica para o desenvolvimento radicular, menor infiltração ou percolação da água da chuva, consequentemente, aumento do escoamento superficial e início do processo de erosão hídrica do solo. Na qualidade de profissional, imagine que você foi contratado para prestar uma consultoria. Acompanhe o caso: Diante do exposto, buscando auxiliar João, responda: Por que isso está acontecendo com as plantas do agricultor e o que deve ser feito para melhorar essa questão? Infográfico A textura do solo se refere à proporção de diferentes partículas. Essa compreensão é fundamental para melhor manejá-lo. A determinação precisa de tal textura normalmente é realizada em laboratórios de análises de solo com a análise granulométrica. Porém, às vezes, o agricultor não necessita de tanta precisão e não dispõe de tempo suficiente para análises laboratoriais. Nesse caso, pode-se recorrer à análise pelo tato. Veja o Infográfico a seguir para conhecer as etapas de análise da textura do solo por meio do tato. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/bedc6766-3b0f-478c-8569-f9865af47318/c441b45a-f144-48f4-a5e6-2c9cb21c0a70.png Conteúdo do livro O conhecimento dos atributos físicos e biológicos do solo interfere no manejo, sendo um processo vital para a sustentabilidade de campos agrícolas. Esse conhecimento é indispensável para o fornecimento adequado de nutrientes para as espécies cultivadas, além de possibilitar, por exemplo, o correto dimensionamento dos terraços para a minimização dos processos de degradação do solo. No capítulo Propriedades físicas e biológicas do solo, da obra Morfologia e gênese do solo, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar as principais propriedades físicas dos solos, as características físicas de um solo ideal e o papel dos organismos presentes no solo nas modificações físico-químicas. Boa leitura. MORFOLOGIA E GÊNESE DO SOLO Ricardo Marcelo Gonçalves Propriedades físicas e biológicas do solo Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Descrever as principais propriedades físicas dos solos. � Identificar as características de um solo fisicamente ideal. � Explicar qual é o papel dos organismos presentes nos solos nas mo- dificações físicas e químicas dos solos. Introdução O solo é um dos principais fatores que interferem na produtividade agrícola. A expressão do potencial genético de uma espécie vegetal se dá em função das interações com as condições edafoclimáticas, ou seja, as condições do clima e do solo. A compreensão da composição do solo reflete diretamente na forma de melhor manejá-lo e de otimizar o desenvolvimento vegetal. Neste capítulo, você estudará as propriedades físicas do solo, como a relação entre composição e comportamento das plantas cultivadas; o manejo para obtenção de maior produtividade; o método de avaliação da textura do solo; a determinação do momento correto para manejar o solo com maquinários; as diferenças entre os cultivos convencional e conservacionista com relação ao manejo do solo; e a influência dos or- ganismos desde a formação dos solos até a disponibilidade de nutrientes para as plantas. O capítulo iniciará com as principais propriedades físicas do solo; na sequência, discutirá as características físicas de um solo ideal e finalizará com o tópico sobre os principais organismos do solo e as modificações e influências que exercem na constituição físico-química do solo. 1 Principais propriedades físicas do solo A palavra “solo” se refere à camada superficial da Terra com material frouxo e distinto da rocha-matriz subterrânea. O solo é fruto das interações entre o material geológico-matriz, clima, topografia e atividade biológica por longo tempo, ou seja, resulta da interação de processos físico-químicos e biológicos. A composição do solo pode ser resumida em quatro componentes princi- pais: material mineral inorgânico (~ 40%); porosidade do solo que pode ser preenchida por ar e água (~ 50%); matéria orgânica (~ 5%) e organismos e microrganismos (MADIGAN et al., 2016). As propriedades físicas do solo interferem diretamente no modo de manejá- -lo. Assim, o sucesso de um projeto agronômico pode depender dessas pro- priedades. A presença de determinadas espécies de plantas em uma região tem relação direta com as propriedades físicas do solo, como também influenciam na dinâmica da água e dos solutos ou nutrientes para as plantas (BRADY; WEIL, 2013). Definir as características físicas de cada horizonte do solo, como, por exemplo, cor e textura, possibilita classificar os perfis e analisar a aptidão para cultivo agrícola. Neste capítulo, você vai ver as seguintes propriedades físicas do solo: coloração, textura, classes texturais, estrutura, densidade, compactação e porosidade. O conhecimento das propriedades físicas textura e estrutura do solo é de suma importância para conferir a sustentabilidade desse ambiente frente às ações antrópicas de manejo. Ambas propriedades estão relacionadas com a capacidade de retenção e percolação de água, ou seja, de acordo com a composição de um solo, diferentes estratégias de manejo podem ser adotadas visando à minimização da degradação por erosão (BRADY; WEIL, 2013). Coloração do solo Característica mais evidente a ser analisada, apesar de ter pouco efeito so- bre o uso e o comportamento dos solos. Sua análise fornece subsídios para a inferência de outras propriedades e condições. A correta classificação e interpretação dos solos depende da padronização das cores, como o uso da tabela de cores de Munsell, que você pode ver na Figura 1a. Os solos podem apresentar cores variadas, como vermelho, marrom, amarelo, branco, preto e verde (Figura 1b). As cores também podem variar ao longo da mesma área e em profundidade. Propriedades físicas e biológicas do solo2 A tabela de Munsell é organizada com base em três fatores: � Matriz: geralmente é vermelho ou amarelo em solos. � Valor: refere-se ao claro ou escuro, sendo o preto equivalente ao valor zero. � Croma: brilho ou intensidade,em que o cinza neutro se refere ao valor zero. As cores do solo são influenciadas por três fatores: � quantidade de matéria orgânica (MO) presente; � quantidade de água; � presença e estado de oxidação de ferro (Fe) e manganês (Mn). A MO confere cor escura ao solo por recobrir as partículas minerais pe- culiares (Figura 1c). Os solos também apresentam coloração mais escura quando úmidos (Figura 1d). A água é um fator que interfere indiretamente na coloração do solo, pois influi no teor de oxigênio no solo ou taxa de acúmulo de MO e no nível de oxidação do Fe e Mn. Solos com Fe oxidado apresentam coloração com tons vermelhos e marrons carac- terísticos, típicos de locais elevados e com boa drenagem. Quando o Fe é reduzido, solos apresentam colorações acinzentadas e azuladas, típicas de solos com pouca drenagem. Quando em anaerobiose por tempo prolongado, o Fe reduzido é mais solúvel e é lixiviado, conferindo coloração cinza-claro típico dos minerais silicatados, solo denominado gleizado (BRADY; WEIL, 2013). 3Propriedades físicas e biológicas do solo Figura 1. Diferentes colorações de solo devido a diversos fatores. (a) Tabela de cores de Munsell (matriz 10YR da tabela). (b) Cores avermelhadas na topossequência ou catena de solos no Zimbábue se referem à melhor drenagem interna (em destaque são torrões do horizonte B de cada solo da catena). (c) Coloração mais escura devido ao acúmulo de húmus e cores cinzentas devido à depleção do húmus. (d) Presença de umidade na alteração da coloração do solo (lado direito foi pulverizado com água). Fonte: Brady e Weil (2013, pranchas 1-111). (a) (b) (c) (d) Propriedades físicas e biológicas do solo4 Textura do solo A textura do solo se refere às proporções das diferentes partículas que cons- tituem o solo e é um ponto fundamental para a compreensão das melhores formas de manejá-lo. Ela é considerada uma propriedade permanente, pois não pode ser facilmente alterada. Devemos analisar a textura dos diferentes horizontes (BRADY; WEIL, 2013). As partículas são classificadas de acordo com seu tamanho, podendo variar de boulderes ou > 1 m até argilaspodem ocorrer em qualquer parte do perfil, geralmente herdada do material de origem do solo. Formação e estabilidade dos agregados do solo A formação dos agregados do solo é influenciada por processos físico-químicos (responsáveis pelos agregados menores) e biológicos (agregados maiores). As argilas são responsáveis pela formação dos agregados físico-químicos, enquanto, em solos arenosos, a agregação é realizada por processos biológicos. Os processos físico-químicos mais importantes são a floculação e a ex- pansão e contração das massas de argila. A floculação ocorre por ligações argila-argila, em que cátions situados ao redor atrairão as cargas negati- vas das duas partículas, sendo um intermediador para que ocorra a união. Cátions polivalentes (por exemplo, Fe2+ e Ca2+) podem se unir às moléculas de MO e possibilitar a formação de agregados entre argila e com partículas de silte fino (Figura 4a). Em regiões áridas e semiáridas em que predominam cátions monovalentes (por exemplo, Na+), as partículas de argila não têm força suficiente para a formação dos agregados, tendo baixa permeabilidade de ar e água e tornando o solo inadequado para o cultivo de plantas (Figura 4b) (BRADY; WEIL, 2013). 9Propriedades físicas e biológicas do solo Figura 4. Processo de floculação do solo: (a) participação de cátions divalentes na união de partículas de argila; (b) participação de íons monovalentes, podendo formar um processo de dispersão entre as partículas de argila. Fonte: Brady e Weil (2013, p. 120). A MO influencia na formação e estabilidade dos agregados e funciona como substrato para os processos biológicos, o que você vai ver mais adiante neste capítulo. A MO reveste minerais de silte e areia, sendo que esses polímeros orgânicos complexos interagem com partículas de argila silicatadas para formar agregados estáveis (BRADY; WEIL, 2013). Os tratos culturais para plantio podem favorecer ou desfavorecer a formação dos agregados. Se o solo está na condição friável, pode haver quebra dos torrões em agregados naturais e favorecer o crescimento radicular e a emergência das plântulas. Porém, a intensificação e a alta frequência das operações pode acelerar a perda da MO dos horizontes superficiais, tornando os agregados mais fracos (BRADY; WEIL, 2013). Propriedades físicas e biológicas do solo10 Solos sob chuvas pesadas ou irrigação podem ser suscetíveis ao encrosta- mento, em que as gotas d’água desfazem os agregados e partículas de argila percolam o perfil do solo. A superfície do solo fica então coberta por uma camada sem estrutura definida, processo denominado de selamento super- ficial, em que há menor infiltração de água e aumento de erosão (BRADY; WEIL, 2013). Visualize esse processo na Figura 5. Figura 5. Observação do processo de encrostamento superficial do solo sob diferentes simulações de pluviosidade sobre argissolo vermelho-amarelo. As imagens de (a) a (d) correspondem a 0, 27, 54 e 80 mm, respectivamente. Fonte: Rosa (2013, documento on-line). (a) (b) (c) (d) 11Propriedades físicas e biológicas do solo Densidade e compactação do solo Densidade do solo é definida como a massa por unidade de volume de solo seco (partículas sólidas + espaços porosos), enquanto a densidade de partículas se refere à massa das partículas sólidas em um volume conhecido de partículas. A densidade do solo pode ser determinada com anel de amostragem ou anel de Kopeck, em que o solo é coletado, seco em estufa e pesado e, então, calcula- -se a sua densidade com base no volume conhecido do anel de amostragem, como ilustra a Figura 6. Figura 6. Amostragem de solo com uso do anel de Kopeck para determinação da den- sidade do solo: (a) amostragem em um perfil de solo utilizando-se uma ferramenta que auxilia na penetração do anel no solo; (b) amostras de solo preparadas em laboratório para secagem em estufa. Fonte: Rodrigues (2015, documento on-line). Solos com maior quantidade de espaços porosos são mais suscetíveis à compactação. Em outras palavras, qualquer fator que afete a quantidade de espaços porosos influenciará na densidade do solo. Solos com textura fina (por exemplo, franco-argiloso e franco-siltoso) normalmente apresentam menor densidade do que os arenosos. Isso se deve à formação dos agregados e à maior porosidade. A densidade do solo tende a aumentar nos perfis mais profundos, provavelmente, devido à menor concentração de MO, fatores biológicos e maior compactação (BRADY; WEIL, 2013). Propriedades físicas e biológicas do solo12 Aumentos na densidade do solo se refletem em ambiente mais adverso para o cultivo de plantas, redução da porosidade e interferência negativa na dinâmica da água no solo (BRADY; WEIL, 2013). O cultivo convencional do solo, com várias operações de revolvimento, pode causar aumento da densidade em longo prazo (reduz a MO e há degra- dação estrutural do solo). Como medida de prevenção dessa adversidade, o agricultor pode implantar a adubação verde e rotações de culturas. O manejo mecanizado e com implementos pesados pode originar o pé de arado, ou seja, a compactação de camadas limítrofes em que os implementos penetram no solo. Nessas condições, o desenvolvimento radicular é comprometido (há aumento significativo da resistência à penetração, redução da dinâmica da água e de nutrientes e redução da porosidade) (BRADY; WEIL, 2013). Espaço poroso dos solos O cálculo da densidade pode ser utilizado para a determinação da porosidade. Em solos que apresentam a densidade de partículas iguais, quanto menor a densidade maior será o percentual de poros. A porosidade varia muito entre solos: os valores variam de 25 a 60% em camadas subsuperficiais compactadas e superficiais com alta agregação e MO, respectivamente. Os poros podem ser classificados da seguinte maneira: � Macrósporos: > 0,08 mm, possibilitam a livre circulação de ar e água. Em solo arenoso, por exemplo, prevalece este tipo. � Micrósporos:passíveis de serem manejadas, por meio, por exemplo, do processo de descompactação e agregação. Algumas propriedades físicas do solo necessitam de um longo período de tempo para correção, cabendo a você, agrônomo, detectar as deficiências e adotar as estratégias para melhoria. Os horizontes superficiais do solo precisam estar em boas condições físicas para o cultivo vegetal. São vários os fatores físicos que você deve levar em consideração para obter um solo desejável. Para que a planta expresse todo seu potencial genético, você deve se atentar, principalmente, para as seguintes propriedades físicas do solo: estrutura, capacidade de reter água, taxa de infiltração, densidade do solo, porosidade e drenagem. Tais condições são suscetíveis a mudanças bruscas. Por exemplo, sob condições de um solo com textura argilosa, o manejo do solo pode ser influenciado pelo teor de umidade presente, que pode chegar ao ponto de facilitar ou até de impossibilitar o manejo (BRADY; WEIL, 2013). As camadas superficiais variam nas proporções de areia, silte e argila, motivo pelo qual podem influenciar no desenvolvimento vegetal. Alguns nutrientes minerais podem ser lixiviados para horizontes mais profundos por meio da água da chuva ou de irrigação e ficarem inacessíveis para as raízes. Os nutrientes são mais facilmente lixiviados de solos arenosos devido ao fato de as partículas serem grandes e apresentarem baixa retenção hídrica. Por outro lado, solos argilosos retêm mais água e íons minerais, que podem ser absorvidos pelas raízes (SADAVA et al., 2019). O solo com textura ideal denomina-se marga e apresenta a mistura ótima das partículas argila, silte e areia. Esse tipo de solo se caracteriza por apre- sentar as proporções desejáveis de ar, água (relativos à porosidade do solo) e nutrientes disponíveis para as plantas (principalmente adsorvidos aos coloides do solo, como argila e MO). É comum esse solo estar presente nas camadas mais superficiais, ou seja, mais ser propício para o cultivo vegetal (SADAVA et al., 2019). Devido à sua plasticidade e coesão, os solos argilosos são mais suscetíveis à compactação e ao encharcamento. Geralmente, após secagem, esses solos se tornam duros e densos. Um dos fatores determinantes para o manejo com maquinário do solo é o teor de umidade. Solos com textura argilosa são mais complexos do que os com textura arenosa e podem levar mais tempo para secar 15Propriedades físicas e biológicas do solo e atingir o ponto de friabilidade. A MO do solo influencia a friabilidade do solo; por exemplo, um solo argiloso enriquecido com MO (~ 4%) estará menos suscetível a danos estruturais do solo mesmo sob condições de saturação, como mostra a Figura 7. Figura 7. Relação entre nível de água e MO e sua influência na suscetibi- lidade a danos estruturais em solo argiloso. Os extremos no gráfico são representados pelo manejo do solo quando ele se encontra em capaci- dade de campo e baixos teores de MO (maior índice de suscetibilidade aos danos) e quando se encontra seco e com alto teor de MO (baixa suscetibilidade aos danos). Fonte: Brady e Weil (2013, p. 123). O solo se encontra em condições ideais para o manejo quando está friável. Para saber se ele está friável, você verifica, a partir do “método do tato”, se o solo não está muito pegajoso ou duro, de modo que os torrões possam ser desfeitos dos agregados com facilidade. Nessas condições, o solo pode ser manejado de modo que os torrões maiores sejam desfeitos, porém os agregados menores são mantidos devido à sua estabilidade. De acordo com a textura do solo, cada tipo de solo apresenta um conteúdo máximo de água permitido para atingir a friabilidade ideal (BRADY; WEIL, 2013). Propriedades físicas e biológicas do solo16 Pela presença de óxidos e hidróxidos de alumínio e ferro, os solos argilosos de regiões tropicais úmidas são menos pegajosos e plásticos e mais fáceis de serem manejados do que os solos de regiões temperadas. Apesar de apresenta- rem alta capacidade de retenção de água, esses solos apresentam características físicas favoráveis, pois, mesmo após uma chuva, possibilitam seu preparo para o cultivo por conta da estabilidade dos agregados (BRADY; WEIL, 2013). No contexto dos melhores atributos físicos do solo, a agricultura conven- cional de cultivo e preparo do solo — operações de revolvimento do solo com aiveca, gradagens —, estabelecida desde a Idade Média, está migrando para o cultivo conservacionista. No plantio convencional, apesar da incorporação dos restos culturais, do revolvimento do solo e do controle das plantas daninhas, o que frequentemente ocorria era a formação do pé de arado. No cultivo conservacionista, preconiza-se minimizar as operações de movimentação do solo e aumentar a quantidade de resíduos vegetais remanescentes sobre a superfície do solo (pelo menos 30% da área permanece coberta). No chamado plantio direto, praticamente uma cultura é semeada sob os restos culturais da antecessora. Os restos culturais minimizam os efeitos das erosões eólica e hídrica (BRADY; WEIL, 2013). Pé de arado é a formação de solo compactado na região limítrofe, em que o aiveca ou os discos de gradagens penetram em profundidade. O gesso (sulfato de cálcio) ou calcário pode ser aplicado ao solo (pH ácidos) para melhorar as propriedades físicas. O gesso possibilita a substituição do sódio pelo cálcio adsorvido nas partículas de argila e, com isso, pode promover maior floculação e redução da perda dos agregados, reduzindo o encrostamento superficial do solo. Outras melhorias são o aumento da infiltração da água do solo e, consequentemente, redução da erosão hídrica e redução da resistência de camadas mais profundas, facilitando a penetração e o desenvolvimento dos sistemas radiculares. 17Propriedades físicas e biológicas do solo Os atributos físicos do solo podem ser divididos em dois grupos com relação à produção agrícola, acompanhe (LETEY, 1958): � Fatores que afetam diretamente a produtividade: ■ água; ■ oxigênio; ■ temperatura; ■ resistência mecânica. � Fatores que afetam indiretamente a produtividade: ■ textura; ■ estrutura; ■ densidade; ■ porosidade. Letey (1958) faz o seguinte questionamento e discussão: quais são os valores ideais de cada fator direto para otimizar a produção? Não há uma resposta simples. A dificuldade de resposta pode estar no fato de que os parâmetros físicos variam muito de acordo com o tempo e a posição no perfil do solo. Por exemplo, a quantidade de água é constantemente alterada pela evapotranspi- ração e precipitação, e diferentes tipos de solo apresentam quantidades distintas de água potencial. Os fatores devem ser analisados de modo integrado, e não independentemente, uma vez que, sob condições naturais, é quase impossível alterar um fator físico sem alterar os demais. Por exemplo, para o crescimento ideal de uma planta, a exigência pode ser de solo saturado em água, porém o teor de oxigênio pode ser limitante para o desenvolvimento radicular para a maioria das culturas nessa condição. É desejável o balanceamento entre as propriedades físicas do solo. As condições físicas do solo também são dependentes de muitas variáveis da própria planta — por exemplo, espécies de plantas respondem de modo diferente às propriedades físicas; há também o estágio fenológico de desen- volvimento em que a planta se encontra e as condições climáticas. Segundo Letey (1958), o fator físico de controle dominante é a água. A densidade aparente e o tamanho dos poros afeta a relação entre a água e a aeração e resistência mecânica. Aumento de água reduz a aeração (indesejável), porém reduz a resistência mecânica (desejável). O aumento da densidade aparente e a redução da aeração do solo reduzem o intervalo hídrico ótimo (IHO) para o desenvolvimento da planta (intervalo entre o ponto de murcha permanente e capacidade de campo). Propriedades físicas e biológicas do solo18 Em suma, deve-se atentar para manejarem uma faixa equilibrada a água potencial, a resistência mecânica, a aeração e a temperatura. Como o manejo e o clima são fatores integrais, não é possível correlacionar a textura, a densidade ou a estrutura do solo com a produtividade. Correlações entre as proprieda- des físicas ideais e o desenvolvimento de plantas podem ser estabelecidas para determinadas espécies de plantas para certa zona climática. Por fim, a determinação do IHO para o desenvolvimento da planta pode ser um método eficiente para caracterizar as propriedades físicas de um perfil de solo com relação à produção agrícola (LETEY, 1958). Como vimos, são muitas as propriedades físicas que o agrônomo deve considerar para obter um solo ideal, e elas devem ser analisadas de modo integrado, ou seja, quando uma propriedade é alterada outras também serão. Uma vez determinadas as espécies vegetais mais aptas para dada condição eda- foclimática, deve-se manejar o solo para fornecer todo suporte nutricional para o desenvolvimento da planta e se atentar para a conservação desse ambiente. Exemplos de atributos físicos passíveis de serem melhorados são a disponibilidade hídrica por meio da irrigação e o aumento da MO do solo ao longo do tempo pela adoção de estratégias como adubação verde, rotação de cultura, plantio direto. Com o tempo, isso melhorará a agregação do solo, a disponibilidade hídrica e nutricional para a planta e os organismos do solo. 3 Organismos do solo e modificações físico-químicas O solo é constituído por uma vibrante comunidade viva, como fungos, bac- térias, insetos, raízes e minhocas. Apenas um grama de solo pode conter um bilhão de bactérias e mais de um quilômetro linear de hifas fúngicas. Esses números podem estar subestimados, pois, para essa determinação, utiliza- -se contagem celular em meio de cultura e, dificilmente, os meios artificiais de cultivo atendem às necessidades nutricionais de toda a comunidade de microrganismos (TORTORA; CASE; FUNKE, 2017). 19Propriedades físicas e biológicas do solo Tortora, Case e Funke (2017) utilizam uma analogia para definir o solo como “fogo biológico”, ou seja, a matéria orgânica que ali for depositada logo será consumida pelo “fogo” que irá decompor essa matéria. Parte dos elementos irá constituir uma fração do solo e a outra parte participará dos ciclos biogeoquímicos. Principais organismos e atividades que realizam no solo A fauna (animais) do solo pode ser subdividida da seguinte forma: � Macrofauna: minhocas, centopeias e toupeiras, por exemplo. � Mesofauna: ácaros e colêmbolos. � Microfauna: protozoários e nematoides. A flora (plantas) inclui algas, diatomáceas e raízes de plantas superiores. Fungos e bactérias tendem a predominar no solo (BRADY; WEIL, 2013). Os organismos do solo podem contribuir com o processo de agregação das partículas, por meio de atividades de moldagem e escavação, associação e rede estabelecida entre raízes e hifas fúngicas e produção de gomas orgânicas ou exsudatos por fungos e bactérias. As raízes modificam as propriedades físicas de diversas maneiras. Elas estabilizam as ligações organominerais e propiciam o fendilhamento e a con- tração devido à perda de umidade, aumentando a estabilidade dos agregados. À medida que o solo seca, há contração do volume e fissuras são abertas. As raízes de plantas podem contribuir com a secagem por meio da absorção de água. A absorção de água pelas plantas, principalmente pelas gramíneas, potencializa o processo de agregação física, podendo causar a mudança de volume em materiais argilosos (BRADY; WEIL, 2013). Muitos microrganismos são atraídos pelos exsudados das raízes e estabe- lecem relações simbióticas. Quando as raízes morrem e são decompostas, irão constituir a MO até mesmo nos horizontes mais profundos do solo. O pH da rizosfera pode ser muito diferente do restante do solo. A rizosfera interfere no fornecimento de nutrientes, tanto pela absorção quanto pela solubilização a partir dos minerais no solo (BRADY; WEIL, 2013). Propriedades físicas e biológicas do solo20 Os procariotos heterotróficos do solo, junto com os fungos, são os respon- sáveis pela degradação da MO. Algumas bactérias apresentam grande impor- tância para a nutrição vegetal, como as que realizam a oxidação do nitrogênio (nitrificação), transformando o nitrogênio de uma forma mais estável (amônia) para uma forma mais móvel (nitrito), que as plantas podem absorver, além de fazerem a fixação do nitrogênio. De forma semelhante, as arqueias oxidam o enxofre, tornando-o disponível para as plantas. A redução de íons inorgânicos (por exemplo, Fe e Mn) e a oxidação dos procariotos influenciam nas cores do solo e na sua disponibilidade para outros organismos (BRADY; WEIL, 2013). As espécies de fungos mais comumente encontradas nos horizontes su- perficiais de solos ácidos são Penicillium, Fusarium, Aspergillus e Mucor. Os fungos são microrganismos decompositores da matéria orgânica do solo, portanto apresentam papel fundamental na ciclagem dos nutrientes. Eles melhoram os atributos físicos do solo com a estabilização dos agregados. As micorrizas (fungos que se desenvolvem na interface solo–raiz em simbiose com a planta) favorecem a absorção de alguns nutrientes, como o fósforo e outros nutrientes imóveis do solo. Tais fungos podem se disseminar para plantas vizinhas e torná-las interligadas, de modo a favorecer a transferência de nutrientes. Porém, nem todas as espécies fúngicas são benéficas para as plantas; por exemplo, algumas podem parasitar o sistema radicular e produzir micotoxinas, podendo levar a planta à morte (BRADY; WEIL, 2013). Animais maiores, como cupins e minhocas, revolvem o solo, ingerem partículas e formam pellets e coprólitos. Os fungos micorrízicos apresen- tam a capacidade de, em curto período de tempo, provocar a estabilidade de agregados maiores. As bactérias também exsudam substâncias similares aos fungos, que também contribuirão para a agregação. Polímeros orgânicos complexos provenientes do processo de decomposição podem interagir com partículas de argila silicatadas e óxido de alumínio (Al2O3) e ferro (Fe2O3) para formar a união de partículas individuais, sendo estáveis até em água (BRADY; WEIL, 2013). A análise de um fragmento mineral do solo pode revelar a presença e interação de organismos fototróficos, como algas, líquens e musgos. A presença desses organismos pode sustentar a sobrevivência de organismos quimiorganotróficos, como fungos e bactérias. Em estágio mais avançado da comunidade quimiorganotrófica, além das bactérias, também estão presentes arqueias e eucariotos. O produto da respiração desses organismos no solo é a produção de dióxido de carbono, o qual dissolve-se em água e origina o ácido carbônico (H2CO3), responsável pela lenta degradação das rochas, principalmente as constituídas por calcário. Outros organismos são capazes 21Propriedades físicas e biológicas do solo de excretar ácidos orgânicos, que também contribuem com a degradação das rochas (MADIGAN et al., 2016). A associação dos fatores bióticos que acabamos de ver com fatores abióticos (por exemplo, clima e água) pode causar rachaduras nas rochas e evoluir para a origem de partículas menores que podem se combinar com a MO. Plantas pio- neiras podem se desenvolver nesse micro-hábitat, como mostra a Figura 8a. Os sistemas radiculares podem se desenvolver nas rachaduras e acelerar o processo de degradação da rocha-matriz. A comunidade microbiológica é mais enriquecida na rizosfera (interface entre raiz e ambiente externo) devido, principalmente, às excreções que a planta produz, e há o estabelecimento de simbiose. Quando essas plantas morrem em sucessão com outras, esse micro-hábitat é enriquecido com MO, que poderá contribuir com o aumento em quantidade e diversidade de microrganismos. Solos mais profundos são enriquecidos com a solubilização de minerais e a percolação nos horizontes do solo (MADIGAN et al., 2016). Figura8. Micro-hábitat do solo e fotografias de microscopia eletrônica de varredura: (a) constituição das partículas minerais (areia, silte e argila), matéria orgânica, água, ar e microbiologia (bactérias) do solo; (b) Microcoleus associadas aos grãos de areia. Fonte: Adaptada de Madigan et al. (2016). (a) (b) Ao longo de centenas e até milhares de anos, esse micro-hábitat pode evoluir para um horizonte mais profundo e, dessa forma, suportar plantas maiores (exemplo de sucessão seria briófitas, pteridófitas e gimnospermas e/ou angiospermas). Animais maiores, como minhocas, podem viver neste ambiente e desempenhar importante papel, como revolvimento das camadas superficiais, aceleração do processo de decomposição de resíduos vegetais, aeração com a criação de galerias e melhoria da fertilidade do solo. Propriedades físicas e biológicas do solo22 As minhocas alteram as condições químicas principalmente na profundi- dade de 15 a 35 cm, sendo que as pelotas fecais apresentam muitas bactérias, MO e nutrientes para as plantas. As minhocas também auxiliam na incorpora- ção física de resíduos da superfície, minimizando as perdas de nutrientes, como o nitrogênio, por lixiviação e volatilização, como você pode ver no Quadro 3. As formigas podem melhorar a porosidade do solo, favorecer a infiltração de água e alterar o pH do solo. Os cupins auxiliam no revolvimento e incorpo- ração de resíduos ao solo, interferindo na formação do solo, na fertilidade e na produtividade (BRADY; WEIL, 2013). A percolação de partículas de solo pode originar outros horizontes e constituir um perfil (MADIGAN et al., 2016). A microbiologia do solo é influenciada por nutrientes inorgânicos como nitrogênio e fósforo e pela água. A quantidade de água presente está relacio- nada, principalmente, com a textura do solo. A água fica retida no solo por duas maneiras: adsorvida às partículas (principalmente de argila) ou como água livre em camadas finas na porosidade (Figura 8a). A água apresenta compostos dissolvidos, que constituirão a solução do solo, principal veículo de nutrição das plantas. Fonte: Adaptado de Brady e Weil (2013). Característica Pelota fecal Solo Argila e silte (%) 38,8 22,2 Densidade (Mg/m3) 1,11 1,28 Estabilidade dos agregados* 849 65 Capacidade de troca de cátions (cmol/Kg) 13,8 3,5 Ca2+ trocável (cmol/Kg) 8,9 2,0 K+ trocável (cmol/Kg) 0,6 0,2 P solúvel (ppm) 17,8 6,1 Nº total (%) 0,33 0,12 * N° de gotas de água necessário para desmanchar o agregado Quadro 3. Comparação entre as características de pelotas fecais de minhocas com uma amostragem de seis solos da Nigéria 23Propriedades físicas e biológicas do solo Na maioria dos solos com atividade biológica prevalece uma grande diver- sidade de espécies, as quais desempenham diferentes processos enzimáticos ou físicos diariamente. Observa-se a presença de uma redundância funcional, que origina a estabilidade e a resiliência do ecossistema. Quando há predominância da diversidade de espécies, a falta de uma não comprometerá o sistema como um todo. Entretanto, a carência de espécies-chave (por exemplo, bactérias nitrificantes e minhocas) pode comprometer a manutenção de processos impor- tantes, como oxidação da amônia e do metano ou constituição da porosidade do solo (BRADY; WEIL, 2013). Redundância funcional: várias espécies realizando as mesmas funções. Estabilidade: capacidade do solo de desempenhar funções importantes, como ciclagem de nutrientes, assimilação de resíduos orgânicos e agregação. Resiliência: recuperação da saúde funcional frente a uma adversidade. A atividade microbiológica é mais intensa no solo na região da rizosfera, nos detritos em decomposição, na MO dos orifícios realizados pelas minhocas, nas fezes de fauna, entre outros. Cerca de 80% da atividade do solo se deve ao metabolismo da microflora. Alguns representantes da microfauna, como nematoides e protozoários, apresentam destaque na ciclagem dos nutrientes como predadores de fungos e bactérias. Os microrganismos são responsáveis pelas transformações inorgânicas, como nitratos, sulfatos e fosfatos. Em condições de solos bem drenados, o ferro e o manganês são oxidados para o estado de maior valência, tornando-se formas de baixa solubilidade e não tóxicas para as plantas. A oxidação desses organismos também pode prevenir os efeitos deletérios do selênio ou cromo. A fixação do nitrogênio é considerada como um dos mais importantes pro- cessos, em termos nutricionais para as plantas, realizados por microrganismos. O nitrogênio gasoso é transformado em uma forma utilizável, principalmente por actinomicetos do gênero Frankia, cianobactérias em locais alagados (por exemplo, arrozais) e bactérias do tipo rizóbio, que realizam a fixação em solos agrícolas. A fixação normalmente ocorre em nódulos radiculares ou outras associações com as plantas (BRADY; WEIL, 2013). Propriedades físicas e biológicas do solo24 Alguns organismos são responsáveis por grandes alterações físicas no solo, que podem influenciar o habitat de outros organismos. Tais organismos são referidos como engenheiros do ecossistema. Como exemplo dessas espécies, temos os microrganismos responsáveis pela crosta superficial impermeável nos desertos (minimizam a perda de água). Formigas, cupins, minhocas e roedores criam orifícios que alteram o movimento da água e ar nos solos. Esses orifícios também facilitam o desenvolvimento radicular em horizontes densos. Besouros da família Scarabaeidae intensificam a ciclagem dos nutrientes ao enterrarem fezes de outros animais. Isso contribui para evitar a perda pelo escoamento superficial e pela volatilização dos nutrientes. Solos áridos A maior quantidade e diversidade de microrganismos situa-se no horizonte superficial, onde se concentra maior quantidade de MO e rizosferas. Entre- tanto, 35% da crosta terrestre é constituída por solos áridos, ou seja, solos que apresentam a relação entre precipitação e evapotranspiração menor do que 1 — ambientes em que a reposição de água é menor do que as perdas por evaporação e transpiração pelas plantas. Nesses locais, sobrevivem apenas microrganismos específicos. Apesar de esses locais não terem uma rica cobertura vegetal, sua comu- nidade de microrganismos desempenha papel fundamental, pois é capaz de sobreviver dentro e na superfície de rochas. Predominam microrganis- mos como fungos, bactérias, cianobactérias, algas verdes, líquens e musgos. As cianobactérias Microcoleus predominam nas crostas de solos, enquanto Chroococcidiopsis é uma espécie que pode sobreviver em poros, rachaduras e fissuras. Tais microrganismos desempenham importante papel na intempérie das rochas (MADIGAN et al., 2016). As crostas biológicas de solo (CBS) são importantes por conferir estabi- lidade ao ecossistema árido. Por apresentar lenta taxa de formação (menos de 1 cm/1000 anos), essa estabilidade é fundamental. Cianobactérias e fungos são responsáveis pela coesão, enquanto líquens e musgos conferem estabilidade posteriormente. Essas interações microbiológicas que se estabelecem previ- nem a erosão do solo (Figura 8b). As CBS são as principais responsáveis pelo estabelecimento dos ciclos hidrológicos e pela disponibilidade de água para a vegetação local. A destruição das CBS reduz a fertilidade e pode originar o processo de desertificação (MADIGAN et al., 2016). 25Propriedades físicas e biológicas do solo Como vimos, os organismos do solo desempenham papel fundamental em algumas propriedades físicas do solo, como, por exemplo, a agregação, e na ciclagem dos nutrientes para as plantas, principalmente contribuindo com a elevação da MO. Deve-se, de modo geral, propiciar um solo com grande diversidade de organismos, de micro a macro, para conferir melhoria de algumas propriedades físicas do solo, suporte nutricional para as plantas e sustentabilidade desse ambiente. BRADY, N. C.; WEIL, R. R. Elementos da natureza e propriedades dos solos. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.GONÇALVES, A. D. M. A.; LIBARDI, P. L. Análise da determinação da condutividade hi- dráulica do solo pelo método do perfil instantâneo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 37, n. 5, p. 1174–1184, 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/rbcs/v37n5/07. pdf. Acesso em: 2 jun. 2020. LETEY, J. Relationship between soil physical properties and crop production. In: STEWART, B. A. (ed.). Advances in soil science. NewYork: Springer, 1958. p. 277–294. MADIGAN, M. T. et al. Microbiologia de Brock. 14. ed. Porto Alegre: Artmed, 2016. RIBEIRO, K. D. et al. Soil physical properties, influenced by pores distribution, of six soil classes in the region of Lavras-MG. Ciência e Agrotecnologia, v. 31, n. 4, p. 1167–1175, 2007. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/cagro/v31n4/33.pdf. Acesso em: 2 jun. 2020. RODRIGUES, A. M. et al. Análises físico-químicas de solo de taludes degradados na bacia hidrográfica do Rio Maranduba, Ubatuba/SP. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA, 16., 2015, Teresina. Anais eletrônicos... Disponível em: https://www. researchgate.net/publication/282672841_ANALISES_FISICO-QUIMICAS_DE_SOLO_DE_ TALUDES_DEGRADADOS_NA_BACIA_HIDROGRAFICA_DO_RIO_MARANDUBA_UBA- TUBASP. Acesso em: 2 jun. 2020. ROSA, J. D. et al. Processo de formação de crostas superficiais em razão de sistemas de preparo do solo e chuva simulada. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 37, n. 2, p. 400–410, 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/rbcs/v37n2/a11v37n2.pdf. Acesso em: 2 jun. 2020. SADAVA, D. et al. Vida: a ciência da biologia: forma e função de plantas e animais. 11. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019. v. 3. TORTORA, G. J.; CASE, C. L.; FUNKE, B. R. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. Propriedades físicas e biológicas do solo26 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. Leituras recomendadas MALAVOLTA, E. Manual de nutrição mineral de plantas. São Paulo: Ceres, 2006. TORTORA, G. J.; CASE, C. L.; FUNKE, B. R. Microbiologia, 12 ed., Porto Alegre, Artmed, 2016. 27Propriedades físicas e biológicas do solo Dica do professor O solo é uma vibrante comunidade viva: em apenas um grama de solo pode conter um bilhão de bactérias e mais de um quilômetro linear de hifas fúngicas. Assim, pode ser considerado um dos principais reservatórios da biodiversidade do planeta. Os organismos do solo podem ser subdivididos em macro, meso e microfauna e flora. Os microrganismos apresentam papel fundamental na sustentabilidade desse ambiente. Assista à Dica do Professor para conhecer os principais fatores que interferem na quantidade e na diversidade dos microrganismos no solo. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/e4900de9b583c03f93f09881d480a4b4 Exercícios 1) A análise e a classificação de um perfil de solo possibilita a escolha das espécies vegetais com maior aptidão ao cultivo para determinada região. O conhecimento das propriedades físicas do solo, tais como a textura e a estrutura, auxilia na compreensão da capacidade de retenção de água, percolação e quantidade de ar presente. Nesse contexto, pode-se afirmar que a textura do solo se refere: A) ao modo como as partículas estão agregadas. B) à porosidade do solo. C) aos canais do solo. D) ao tamanho das partículas. E) ao horizonte do solo. 2) A textura do solo está relacionada às proporções entre as partículas de areia, silte e argila. Os intervalos de classificação dos tamanhos das partículas refletem no comportamento e nas propriedades físicas do solo. Portanto, um solo com textura arenosa é caracterizado por: A) produzir a sensação de maciez quando friccionado contra os dedos. B) ser constituído, basicamente, por quartzo e ter baixa retenção de água. C) ter grande superfície específica das partículas e alta retenção de água e nutrientes. D) ter pouca aeração e baixa fertilidade. E) ter drenagem lenta e pouca aeração. 3) O cultivo convencional de preparo do solo consiste em operações de revolvimento e nivelamento do solo com discos de aiveca e grade. Observa-se uma migração do cultivo convencional para o conservacionista ou plantio direto. Essa mudança de preparo do solo se deve principalmente ao fato de que: A) a movimentação do solo pode aumentar a densidade, reduzir o teor de matéria orgânica e favorecer a degradação da estrutura do solo a longo prazo. B) a movimentação do solo pode reduzir a densidade, aumentar o teor de matéria orgânica e favorecer a degradação da estrutura do solo a longo prazo. C) a movimentação do solo pode reduzir a densidade, reduzir o teor de matéria orgânica e favorecer a agregação da estrutura do solo a longo prazo. D) a movimentação do solo pode aumentar a densidade, aumentar o teor de matéria orgânica e favorecer a agregação da estrutura do solo a longo prazo. E) a movimentação do solo pode aumentar a densidade, reduzir o teor de matéria orgânica e favorecer a agregação da estrutura do solo a longo prazo. 4) São muitos os fatores físicos que podem interferir nas condições ideais de um solo. Assim, deve-se atentar para a formação e a estabilidade dos agregados, bem como para a capacidade de retenção de água, a infiltração no solo, a densidade, a porosidade, a drenagem, etc. Dentre os fatores físicos, quais interferem diretamente na produtividade agrícola? A) Água, densidade, porosidade e resistência mecânica. B) Água, densidade, estrutura e temperatura. C) Água, oxigênio, textura e estrutura. D) Textura, estrutura, temperatura e densidade. E) Água, oxigênio, temperatura e resistência mecânica. 5) A maior quantidade e diversidade de organismos do solo situa-se na camada superficial, região com maior quantidade de matéria orgânica e rizosfera. Estima-se que 35% da crosta terrestre seja constituída por solos áridos. Sobre as crostas biológicas de solo (CBS) em regiões áridas, analise as afirmativas a seguir assinalando V, para verdadeiro, ou F, para falso: ( ) As CBS são importantes por conferir estabilidade ao ecossistema. ( ) Cianobactérias e fungos são responsáveis pela coesão de partículas. ( ) As interações biológicas nas CBS favorecem a ocorrência de erosão. ( ) As CBS são responsáveis pelo ciclo do enxofre. ( ) A destruição das CBS aumenta a fertilidade. A ordem correta de preenchimento das lacunas, de cima para baixo, é: A) V – V – F – V – F. B) V – V – F – F – F. C) F – V – F – F – F. D) F – V – V – V – F. E) V – V – V – V – F. Na prática Um dos maiores desafios do agrônomo é fornecer todo o suporte necessário para que a planta desenvolva seu potencial genético. Um solo com boas propriedades físicas e rico em nutrientes é a base para sustentar essa premissa. Neste Na Prática, a partir de um caso fictício, acompanhe uma análise da interferência das ações antrópicas na qualidade física do solo por meio de indicadores. Compreender e quantificar os impactos é fundamental para o estabelecimento de sistemas agrícolas sustentáveis. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/6034a859-6e26-4c04-ba49-7fddf741de5d/b4adf499-5e2c-4308-aadd-0f8c48a9481c.png Saiba + Para ampliar seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Diagnóstico rápido da estrutura do solo (DRES) Assista ao depoimento do pesquisador Henrique Debiase, da Embrapa Soja, sobre o DRES, método de avaliação visual dos solos que apresenta um diagnóstico rápido e indica para a adoçãode práticas de manejo que podem melhorar a qualidade dos solos tropicais e subtropicais, com ênfase para áreas de plantio direto. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Tempo de adoção do sistema plantio direto e a relação com atributos do solo O objetivo deste trabalho foi avaliar alguns atributos do solo em propriedades rurais da região Oeste do Estado do Paraná com diferentes tempos de adoção do sistema de plantio direto. Aproveite a leitura. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Atributos físicos do solo sob diferentes manejos no Sul de Roraima Leia, neste artigo, sobre a influência das ações antrópicas nas propriedades físicas do solo em uma propriedade rural em Roraima. https://www.youtube.com/embed/DkEtT9Yr0_I http://ojs.ufgd.edu.br/index.php/agrarian/article/view/2743/0 Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://periodicos.uerr.edu.br/index.php/ambiente/article/view/153/67