2.3. A Água no Solo e a sua importância na Produção Vegetal
A água que não se infiltra contribui na formação de cursos de água, lagos e mares. Destes, do solo e das plantas, ela volta para a a atmosfera na fase de vapor, fechando assim ciclo.
A água dentro do solo não permanece estática: seu movimento principal é o descendente, mas ela pode se mover em todas as direções, geralmente de regiões mais úmidas para a regiões mais secas. Em condições especiais, pode haver movimento ascendente de água por processos capilares, o que acontece quando horizontes mais superficiais estão em condição mais seca do que horizontes mais profundos. Este movimento ascendente é, porém, muito lento e sua contribuição para as plantas é pequena. Na irrigação por sulcos, onde a aplicação de água é localizada, existe uma grande redistribuição da água em todas as direções. As plantas também retiram água de toda região do solo explorada por seu sistema radicular.
Tensão Superficial: é um fenômeno típico de uma interface líquido-gás. O líquido se comporta como se estivesse coberto por uma membrana elástica, sob tensão, com tendência permanente de se contrair (assumir área mínima). Isso acontece porque as forças coesivas atuantes sobre cada molécula de água são diferentes se a molécula encontra-se no seio do líquido ou na superfície.
A tensão superficial é então uma medida da resistência à deformação da membrana elástica que se forma em uma interface líquido-gás. Ela depende da temperatura: geralmente decresce com seu aumento. O decréscimo da tensão superficial é ainda acompanhado por um aumento de pressão de vapor.
Viscosidade: quando a água no solo se encontra em movimento, outras propriedades são ainda importantes. Um fluído ao se mover pode ser imaginado como constituído de lâminas sobrepostas que deslizam umas sobre as outras (escoamento laminar). Verificou-se que a força (F) necessária para o movimento das lâminas é proporcional ao gradiente de velocidade de deslizamento (dv/dx, perpendicular ao movimento do fluído e a área de contato entre as lâminas (A). O coeficiente de proporcionalidade (n) é denominado viscosidade. A viscosidade pode ser vista como a propriedade do fluído que mede sua resistência ao deslizamento ou fricção interna.
Assim:
F=nA dv
dx
O Solo como um Reservatório de Água:
O solo é um sistema complexo, constituído de materiais sólidos, líquidos e gasosos. As partículas sólidas formam um arranjo poroso tal que os espaços vazios, denominados poros, tem a capacidade de armazenar líquidos e gases.
A parte sólida é principalmente mineral e se constitui de partículas classificadas de acordo com o tamanho médio dos grãos, em areia, limo (ou silte) e argila. As proporções de areia, limo e argila determinam a textura do solo. O arranjo das diversas partículas, juntamente com os efeitos cimentantes de materiais orgânicos e inorgânicos, determinam a estrutura do solo. Os materiais orgânicos consistem de resíduos vegetais e animais, parte dos quais são vivos e o restante se apresentando em diversos estágios de decomposição, denominados húmus.
A parte líquida do solo constitui-se essencialmente de água, contendo minerais dissolvidos e materiais orgânicos solúveis. Ela ocupa parte (ou quase o todo) do espaço vazio entre as partículas sólidas, dependendo da unidade do solo. Esta água é absorvida pelas raízes das plantas ou é drenada para camadas de solo mais profundas e, por isso, precisa ser periodicamente repostas pela chuva ou pela irrigação, para garantir uma produção vegetal adequada.
A parte gasosa ocupa os espaços vazios não ocupados pela água. Esta é uma porção importante do sistema solo, pois a maioria das plantas exige certa aeração do sistema radicular, com a exceção de "plantas aquáticas, como o arroz. Na prática da irrigação, é importante manter-se certo balanço entre a porção dos poros ocupada pela água e ocupada pelo ar.
No solo, a água se desloca internamente em seu sistema poroso. Um solo bem estruturado facilita a mobilidade da água. Esta tem a tendência de ir enchendo os espaços de macroporos e microporos e e ir buscando as áreas vazias, ainda não saturadas. Desta forma, tendem a deslocar de áreas mais úmidas para menos úmidas.
Textura do solo: refere-se tão somente à distribuição das partículas em termos de tamanho. A escala de tamanho varia enormemente, desde cascalhos de diâmetros da ordem de centímetros, até partículas diminutas, como os coloides, que não podem ser vistos a olho nu. O tamanho das partículas é de grande importância, pois ele determina o número de partículas por unidade de volume ou de peso e a superfície que estas partículas expõem.
Este aumento pronunciado da superfície exposta com a diminuição do diâmetro a partícula é ponto-chave para a propriedade do solo. A superfície exposta vai determinar as propriedades de retenção de água e de retenção de nutrientes.
As proporções de partículas grosseiras, médias e finas que são denominadas de areia, limo e argila, determinam combinações que são utilizadas para classificar o solo segundo sua textura. A determinação do tamanho das partículas é feita em laboratório e é denominada de análise mecânica do solo. Denominaram-se de areia as partículas de diâmetro entre 2 e 0,02 mm; de silte ou limo as partículas de diâmetro entre 0,02 e 0,002 mm de diâmetro; e de argila as de diâmetro menor do que 0,002 mm. Os diferentes solos são classificados de acordo com as proporções destas três frações. Vejamos algumas classes texturais:
a) areia: solo solto em grãos individuais, que podem ser vistos e sentidos pelo tato, comprimido entre os dedos, quando seco, colapsa, perdendo a estrutura e , quando molhado, pode ser molhado, mas colapsa quando tocado. Apresenta teores maiores de 85% de areia.
b) areia barrenta ou areia franca: tem mais silte e argila que a areia, de tal forma que não colapsa com tanta facilidade quando seca e pode ser melhor moldada quando úmida. Material que contém de 70 a 85% de areia e a porcentagem de limo e argila é maior que 15%.
c) barro-arenoso ou franco-arenoso: solo com alto teor de areia, mas com a quantidade suficiente de silte e argila para apresentar-se mais coeso. Pode-se ver ou sentir a areia que contém. Quando seco, esboroa-se sobre pressão dos dedos e quando úmido pode ser moldado com facilidade. Possui teores de areia maiores que 52%, mas o teor de limo e argila é maior que 30%.
d) franco: essa classe textural apresenta três frações em proporções equilibradas. O solo quando úmido é macio e ligeiramente plástico e quando seco suporta manuseio suave. Possui menos que 52% de areia, 7 a 27% de argila e 28 a 50% de limo.
e) franco siltoso: material com pouca areia, pouca argila e predominância de limo. Quando seco forma torrões que se partem facilmente e pode ser moldado tanto seco quanto úmido. Ao tato dá sensação de talco. Contém mais de 50% de silte, 12 a 27% de argila e areia.
f) franco-argiloso: torrões mostram-se duros quando secos e quando molhados se apresentam plásticos, podendo ser manuseados sem se romper. Contém de 27 a 40% de argila, 20 a 45% de areia e a diferença de limo.
g) argila: forma torrões duros quando secos e molhados apresentam-se plásticos; moldagem perfeita quando úmidos. Material que contém mais de 40% de argila, menos de 45% de areia e menos de 40% de silte.
Estrutura do solo: refere-se ao arranjo das partículas e à adesão de partículas menores na formação de maiores denominadas agregados. Na proximidade da superfície, a estrutura do solo é afetada pelo preparo do solo e, nos horizontes mais profundos, ela é típica para cada solo. O conceito de estrutura é bastante qualitativo e descritivo, não havendo meio prático de se medir e dar um número à estrutura de um solo.
Fala-se, portanto, em solo bem estruturado ou solo mal estruturado, sendo considerada boa a estrutura com bastantes agregados, de forma granular, que esboroa (desfaz) com relativa facilidade quando úmida. Esta boa estrutura melhora a permeabilidade do solo e água, dá melhores condições de aeração e penetração de raízes. Solo sem estrutura é massivo, pesado para ser trabalhado, com problemas de penetração de água e raízes.
A estrutura do solo, ao contrário da textura, pode ser modificada. Ela pode ser mantida ou mesmo melhorada com práticas agrícolas adequadas, tais como a rotação de culturas, cultivos apropriados e incorporação de matéria orgânica (adubo verde e esterco). Ciclos de secamento e de molhamento melhoraram a estrutura do solo. A umidade do solo no momento do seu preparo (aração e gradagem) é importante, pois solos preparados quando muito úmidos e muito secos, perdem estrutura.
A salinização de um solo por prática de irrigação com água não adequada, acaba com a estrutura do solo. Os agregados se desmancham devido à dispersão das argilas causadas pela presença de altas concentrações de sais (principalmente sódio) e o solo torna-se massivo e impermeável à água.
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| Estrutura de um Latossolo Vermelho. |
Compactação do solo: está diretamente ligada à estrutura. Como o solo é um material poroso, por compressão, a mesma massa de material sólido pode ocupar um volume menor. Isso afeta sua estrutura, o arranjo de poros, o volume de poros e as características de retenção de água.
A origem da compactação do solo é bastante discutível. Em muitas condições, o perfil do solo apresenta um horizonte sensivelmente mais compactado e que se originou durante a própria gênese do solo. Em outras condições, aparece uma zona compactada na região da soleira do arado, devido à preparação do solo sempre repetida à mesma profundidade. O tráfego de equipamentos agrícolas sobre o solo também provoca compactação superficial.
Importância da Água na Produção Vegetal:
A água é fator fundamental na produção vegetal. Sua falta ou seu excesso afetam de maneira decisiva o desenvolvimento das plantas e, por isso, seu manejo racional é um imperativo na maximização da produção agrícola.
Qualquer cultura, durante seu ciclo de desenvolvimento, consome um enorme volume de água, sendo que cerca de 98% deste volume apenas passa pela planta, perdendo-se posteriormente na atmosfera pelo processo de transpiração. Este fluxo de água é, porém, necessário para o desenvolvimento vegetal e por esse motivo sua taxa deve ser mantida dentro de limites ótimos para cada cultura.
O reservatório desta água é o solo que, temporariamente, armazena água, podendo fornecê-la às plantas à medida de suas necessidades. Como a recarga natural deste reservatório (chuva) é descontínua, o volume às plantas é variável. Quando as chuvas são excessivas sua capacidade de armazenamento é superada e grandes perdas podem ocorrer. Essas perdas podem ser por escorrimento superficial, provocando ainda a erosão do solo ou por percolação profunda, indo se perder no lençol freático. Esta água percolada é perdida do ponto de vista da planta, mas é ganha do ponto de vistas dos aquíferos subterrâneos.
Quando a chuva é esparsa, o solo funciona como um reservatório de água imprescindível ao desenvolvimento vegetal. O esgotamento deste reservatório por uma cultura exige sua recarga artificial, que é o caso da irrigação.
Devido a estes fatores, o manejo correto da água é ponto fundamental em uma agricultura racional. Em regiões áridas e semi-áridas, o manejo correto implica práticas de economia de energia e cuidados com problemas de sanidade. Em regiões superúmidas, o problema fundamental é a lixiviação do solo e a drenagem. Em regiões onde a chuva é suficiente, geralmente existem problemas de sua distribuição que acarretam a existência de períodos de falta de água. Nestas áreas é de grande importância obter-se a maior eficiência possível no uso da água pelas culturas.
Umidade do Solo:
O conhecimento da umidade do solo é de fundamental importância, pois indica em que condições hídricas ele se encontra. Para a irrigação, a umidade do solo deve ser determinada e servirá de parâmetro para a quantidade de água a ser explicada pelo sistema.
Nos cálculos de irrigação, trabalha-se sempre a umidade do solo, em base seca, embora alguns equipamentos forneçam essa umidade em base úmida. Nesse caso, faz-se necessária a transformação desse valor, antes das determinações de lâmina de irrigação. Utiliza-se para essa transformação a relação a seguir descrita:
Porcentagem de umidade em base úmida:
%Ubu= Massa de água x 100
Massa de Solo Úmido
Porcentagem de umidade em base seca: "irrigação":
%Ubs= Massa de água x 100
Massa de Solo Seco
Transformação:
%Ubs= 100 x %Ubu
100 - %Ubu
Em irrigação, além de utilizar a umidade do solo em base seca, é desejável que a umidade do solo esteja em volume para que se possa trabalhar o resultado em lâmina (mm). Esse valor pode ser determinado da seguinte forma:
Porcentagem de umidade em volume:
%Uvol= Volume de água x 100
Volume de solo
O maior problema encontrado nesse caso é conhecer o volume da amostra do solo na hora da amostragem, isto é, o equipamento não pode deformar a amostra. Utilizam-se para essa amostragem trados especiais, constituídos por um anel de volume conhecido. Conhecendo o volume do anel, tem-se o volume da amostra e, com isso, a possibilidade da umidade por volume de solo. Essa amostragem, além de exigir equipamentos especiais, é muito mais demorada e exige muita perícia do amostrador.
A determinação de umidade em peso já é bem mais fácil, pois a amostra pode ser deformada e não é necessário o conhecimento do volume retirado, ou seja, a amostragem pode ser feita com um simples trado holandês e, ou, um enxadão. Contudo, essa forma de amostragem, embora muito fácil, não permite a obtenção do resultado da umidade em milímetros, necessitando-se de transformação.
Porcentagem de umidade em peso:
%Upeso= Massa de água x 100
Massa de Solo Seco
Para converter %Upeso em %Uvol, multiplica-se o seu valor pela densidade aparente do solo, que é um valor que apresenta certa estabilidade em determinado solo.
Densidade aparente:
Da (g/cm3) = Massa do solo seco
Volume do solo
Transformação:
%UVolume = %Upeso * Da
Parece um contrassenso utilizar a densidade aparente para transformar a %Upeso em %Uvolume, pois ela também necessita do volume da amostra. O que acontece é que a "Da" é um valor que não se altera momentaneamente em curtos períodos de tempo, sendo, assim, a determinação em um momento específico utilizada durante um longo período. Nos exemplos a seguir, esses conceitos serão mais bem explicitados.
Exemplo 1:
Determinando-se a umidade de um solo, foi encontrado o valor de 20% (peso). Considerando uma densidade aparente de 1,25 g/cm3 e sendo cultivado por uma cultura que apresenta uma profundidade efetiva do sistema radicular de 50 cm, determine a porcentagem de umidade em volume, bem como a água armazenada no solo, em mm e em m3/ha.
Resolução:
%Uvolume = 20% * 1,25 = 25%
Z=50cm = 500 mm = 25% de 500 mm = 125 mm de água
Considerando a relação: 1 mm = 1 L/m2 = 10 m3/ha, conclui-se que esse solo apresenta armazenamento de 1.250 m3 de água/ha.
Métodos para determinação da umidade do solo:
Vários são os métodos de determinação da umidade do solo, os quais, por sua vez, não diferem em relação à finalidade de quantificar essa umidade. Suas principais diferenças resumem-se à forma de medição, instalação, preço. tempo de resposta e, principalmente, operacionalidade no campo.
Há vários métodos e equipamentos disponíveis no mercado, sendo o método-referência para calibração de todos os outros o Método-Padrão de Estufa, que será discutido a seguir. Existem outros métodos que são utilizados conforme a necessidade do usuário, por exemplo: medida de tensão (tensiômetro e células eletrométricas), medida da dispersão de nêutrons (sonda de nêutrons) e sistemas alternativos (DUPEA e microondas), entre outros.
Atualmente, tem sido disponibilizados sistemas automáticos de medidas da umidade do solo, que registram a informação em um sistema de aquisição de dados e a enviam para ser visualizada, em tempo real, em computadores. Neles é utilizado o princípio de medida da capacitância, da constante dielétrica ou de outro fator. É importante considerar que, mesmo com todo o desenvolvimento científico desses equipamentos, bons resultados dependem de aspectos básicos, como tipo de solo e cuidados na instalação e calibração do campo.
A seguir, apresenta-se uma discussão mais detalhada sobre três desses métodos, ou seja, padrão de estufa, DUPEA e tensiômetro, além de um resumo dos demais, no final da discussão;
Método-Padrão de Estufa:
Este método é baseado na diferença de peso em uma amostra em que se deseja determinar a umidade antes e após uma secagem.
O equipamento utilizado para determinação é uma estufa comum, mantida e uma temperatura entre 105 e 110 ºC. A amostra é pesada e colocada na estufa por 24-48 horas. Após a secagem, pesa-se novamente a amostra e calcula-se a porcentagem da umidade do solo pela equação:
%Ubs= M1-M2 x100
M2-M3
Onde:
-M1: peso do solo + peso do recipiente;
-M2: peso do solo seco + peso do recipiente;e
-M3: peso do recipiente de amostragem.
 |
| Estufa de secagem; balança de precisão. |
É um método de elevada precisão e serve de referência (padrão) para calibração de outros métodos. Seu principal inconveniente é a demora no tempo de resposta (aprox. 24 - 48 horas). Este método tem-se tornado viável devido à redução nos custos dos equipamentos utilizados (estufa e balança de precisão).
Exemplo 2:
Na tabela a seguir, apresentam-se os resultados das pesagens de um solo determinado pelo método-padrão de estufa. Calcule a %Upeso, a densidade aparente e a %Uvolume:
|
Prof. (cm) |
M1 (g) |
M2 (g) |
M3 (g) |
Anel (cm) d h |
|
|
0-20 |
216,0 |
198,2 |
108,0 |
6,20 |
2,52 |
|
20-40 |
224,6 |
201,3 |
106,1 |
6,20 |
2,52 |
Obs.: M1
= peso da amostra de solo; M2 = peso da amostra após 48 horas na
estufa; M3 = peso do recipiente utilizado; d = diâmetro do anel; e h
= altura do anel.
Exemplo 3:
Na tabela a seguir, apresentam-se os resultados de um teste de determinação de umidade do solo. Calcule a %Upeso, a densidade aparente e a %Uvolume:
|
Prof. (cm) |
M1 (g) |
M2 (g) |
M3 (g) |
Anel (cm) d h |
|
|
0-15 |
132,8 |
111,6 |
30 |
6,0 |
2,5 |
|
15-30 |
142,9 |
110 |
29,73 |
6,0 |
2,5 |
*DUPEA (Determinador de Umidade por Equivalência de Água):
Teve sua criação no âmbito do Departamento de Engenharia Agrícola na Universidade Federal de Viçosa. Inicialmente era utilizado para determinação da umidade em grãos e, posteriormente, foi adaptado para determinação da umidade em solos também.
É um equipamento artesanal muito simples, e sua precisão depende dos cuidados na sua construção e operação. Fornece o valor da umidade na hora, sendo de grande potencial para trabalhos em fazendas onde não tenha sido implantado um programa de determinação da umidade do solo por outros métodos.
Trata-se de um equipamento que funciona por diferença de peso, em que, conhecendo o peso de uma amostra de solo, encontra-se a quantidade de água existente nessa amostra, utilizando o aquecimento, um termômetro para definir o final deste (180º) e seringa de injeção. Seu resultado é expresso em base úmida, sendo necessária a transformação para base seca para fins de irrigação.
Veja o detalhamento da realização de um teste de umidade com o Determinador de Umidade por Equivalência de Água (DUPEA):
1. Monta-se o aparelho sobre uma bancada, juntando-se as peças e os componentes.
2. Através do contrapeso, o braço é nivelado (ponteiro alinhado). Coloca-se agora (seta amarela) o peso padrão de 100g.
3. Para novo equilíbrio, coloca-se a amostra de solo (solo+água), que corresponderá a 100g.
4. Acrescenta-se óleo vegetal até cobrir a amostra (cerca de 150 ml) e mistura-se bem até formar uma massa homogênea.
5. Coloca-se um termômetro (0 a 260ºC) na massa do solo-óleo com cuidado, para não encostar o bulbo do termômetro no fundo do recipiente.
6. Nivela-se novamente o braço (contrapeso) devido a adição de óleo e do termômetro. Coloca-se fogo no recipiente abaixo do frasco com mistura, até que se atinja 180ºC. Nesse momento, o fogo é apagado (tampa abafadora).
7. Com a evaporação da água do solo, a balança pende para o lado esquerdo.
8. Acrescenta-se água (seringa de injeção) até novo equilíbrio. A quantidade de água acrescentada para o novo equilíbrio do sistema representa o teor de umidade do solo (base úmida).
Tensiômetro (Tensiométrico):
É um método direto para a determinação da tensão d'água no solo e indireto para determinação da % d'água no solo.
É constituído de uma cápsula de cerâmica, ligada por meio de um tubo a um manômetro, em que a tensão é lida.
O tensiômetro só tem capacidade para leituras de tensão até 0,75 atm. Para tensões maiores do que esta, entre ar nos poros na cápsula de cerâmica e o tensiômetro para de funcionar. Sendo assim, ele somente cobre uma parte da "água útil do solo". Em solos arenosos cobre mais ou menos 70% da "água útil" e, em solos argilosos, mais ou menos 40%.
O manômetro deve ser do tipo metálico ou de mercúrio, sendo este último mais preciso, exigindo, porém, mais cuidado no seu manuseio.
De modo geral, a determinação das tensões d'água no solo com tensiômetro tem uma precisão relativamente boa. Em países onde o nível técnico de irrigação é alto, este método é bastante usado, principalmente onde o controle da irrigação é automático.
Existem ainda outros medidores de umidade, como método de pesagem, método bouyoucos (eletrométrico), método de Colman, psychrometric, dispersor de Neutron, raios gama, técnica do domínio da reflectometria do tempo (TDR), medidores de capacitância, etc.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
- BERNARDO, S; MANTOVANI, E.C.; SILVA, D.D.; e SOARES, A.A. Manual de Irrigação. 9.ed. Viçosa: Editora UFV,2019. 545p.
- MANTOVANI, Everardo Chartuni; BERNARDO, Salassier; PALARETTI, Luiz Fabiano. Irrigação: Princípios e Métodos. 3ª ed. atual. Viçosa/MG: Ed. UFV, 2009. 355p.
- REICHARDT, K. A Água em Sistemas Agrícolas. 1ª Ed. São Paulo: Manole, 1990. 188p.
- REICHARDT, K. Processos de Transferência no Sistema Solo-Planta-Atmosfera. 4ª Ed., revisada e ampliada. Campinas: Fundação Cargill, 1985. 445p.
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