resumo de física do solo

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ROTEIRO 
AULA PRÁTICA
SEMANA 4
DISCIPLINA GSO 107: ADEQUADABILIDADE DE USO DA TERRA
PROF.: GERALDO CÉSAR DE OLIVEIRA
DOUTORANDA: CARLA ELOIZE CARDUCCI
Lavras, MG 
21/03/2011
CÁLCULO PARA DETERMINAÇÃO DE UMIDADE:
U= MU – MS / MS *100
Onde:
U= umidade gravimétrica (g ou Mg);
MU = massa úmida ou TFSA (terra fina seca ao ar) (g ou Mg);
MS= massa seca ou TFSE (terra fina seca em estufa) (g ou Mg).
Unidades de medidas: g g-1	ou %	
Se utilizar amostras indeformadas determina-se a densidade global (Ds) e tem-se:
Ѳ = U * Ds
Onde:
Ѳ = umidade volumétrica;
U= umidade gravimétrica (g ou Mg);
Ds= densidade do solo (g cm-3)
Umidades de medida: cm3 cm-3; m3 m-3 
DENSIDADE DO SOLO (Ds)
A densidade do solo também conhecida pelas expressões densidade aparente e densidade global, representam a relação entre a massa de sólidos (Ms) e o volume total do solo (V), ou seja, volume este incluindo o espaço poroso ocupado por ar e água.
A densidade é uma propriedade física que reflete o arranjamento das partículas do solo, que por sua vez define as características do sistema poroso, sendo um indicativo das condições de manejo do solo, além de se correlacionar inversamente com a permeabilidade do solo, constituindo-se em um indicativo da capacidade de armazenamento de água, auxiliando nas práticas de conservação do solo e água. Esta depende da estrutura do solo, umidade, grau de compactação, tipo de uso e manejo empregado (Ferreira & Dias Júnior, 2001).
Há vários métodos de determinação da densidade do solo, pode-se citar o método do anel volumétrico (cilindro de Uhland) onde utiliza-se um amostrador adequado para coleta dessa amostra no solo, método do torrão parafinado e determinações de Ds realizadas à campo, utilizando equipamentos como a moderação de nêutrons (sonda de nêutrons) e a absorção de raios gama.
PROCEDIMENTO: MÉTODO DO ANEL VOLUMÉTRICO
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Coletar uma amostra de solo com estrutura preservada em anel volumétrico de volume conhecido.
Secar a amostra de solo em estufa a 105-110ºC e determinar a sua massa seca
Determinar a densidade do solo.
CÁLCULO:
Ds = Ms / Vt
Onde:
Ds = densidade do solo (g/cm3 ou Mg/m3);
Ms = massa do solo seco (g ou Mg);
Vt = volume total do solo (cm3 ou m3).
Unidades de medida: g cm-3, kg dm-3, Mg m-3 (Embrapa, 1997)
POROSIDADE DO SOLO
A porosidade é a fração volumétrica do solo ocupada com ar e, ou, água, representando o local onde circulam a solução (água e nutrientes) e o ar, sendo, portanto, o espaço em que ocorrem os processos dinâmicos do ar e solução do solo (Hillel, 1970). A distribuição do diâmetro dos poros condiciona o seu comportamento físico-hídrico. O estudo da porosidade é, portanto, uma das maneiras de caracterizar e quantificar essas propriedades do solo (Klein & Libardi, 2002).
O conhecimento dos sistemas porosos são importantes em estudos de armazenamento e movimento de água e gases; em estudos de desenvolvimento radicular das plantas; em problemas relativos a fluxo e retenção de calor e investigações de resistência mecânica do solo.
O arranjamento ou a geometria das partículas do solo determinam a quantidade de poros existentes e com a variação de tamanho, forma, regularidade os poros diferem consideravelmente quanto à forma, comprimento, largura e tortuosidade (Ferreira & dias Júnior).
A distribuição do diâmetro dos poros no solo tem um papel preponderante nesse contexto. Inúmeras classificações do diâmetro de poros foram citadas na literatura, destacando-se uma forma mais simplificada que separa os poros em duas classes: macroporos, quando os poros têm diâmetro maior do que 0,06 mm, e microporos, quando os poros são menores do que 0,06 mm, como a proposta por Kiehl (1979), enquanto Richards (1965) e USDA (1972) classificam em macroporos os poros com diâmetro maior do que 0,05 mm e microporos os com diâmetro menor do que 0,05 mm.
PROCEDIMENTOS:
Para o cálculo do volume total de poros calculado (VTPc) utiliza-se a expressão:
VTP = 1- [Ds /Dp]*100
Onde:
VTP = volume total de poros calculado (%),
Ds = densidade do solo (g cm-3);
Dp = densidade de partícula (quartzo 2,65 g cm-3).
Para o cálculo do volume total de poros determinado (VTPd) utiliza-se valor obtido da umidade de saturação com base em volume (cm3 cm-3 ).
Para cálculo dos poros bloqueados utiliza-se a expressão:
PB = VTPc – VTPd
Onde:
PB = poros bloqueados
VTPc = volume total de poros calculado
VTPd = volume total de poros determinado
Unidades de medidas: cm3 cm-3, %.
Na determinação da MICROPOROSIDADE do solo, pode-se utilizar o método da mesa de tensão. As amostras saturadas são colocadas sob a mesa de tensão a qual, a água dos macroporos (poros com diâmetro > 0,05mm) é succionada na tensão de 6 kPa com base no fato de que a água retida nessa tensão pode ser relacionada com o limite entre macroporos e microporos (Oliveira et al., 2004). Após pesagem, antes e depois de ir a estufa a 105-110ºC, obtém-se o volume de microporos contidos na amostra.
Mi = umidade a 6 kPa
Mi = MU – MS / MS * Ds
Onde:
Mi = microporosidade 
MU = massa de solo a 6 kPa (g ou Mg);
MS= massa seca (g ou Mg);
Ds = densidade do solo (g cm-3).
Unidade de medida: cm3 cm-3; m3 m-3. (Embrapa, 1997).
Na determinação da MACROPOROSIDADE utiliza-se a seguinte equação:
Ma = VTP – Mi
Onde:
Ma = macroporosidade;
VTP = volume total de poros;
Mi = microporosidade.
RESISTÊNCIA A PENETRAÇÃO
Metodologia utilizada para determinar a resistência do solo ao desenvolvimento radicular é uma análise que se aproxima da condição real de crescimento das raízes seria uma “simulação”
PROCEDIMENTO:
Com o mesma amostra de solo indeformada (anéis cilíndricos) que foi coletada em campo realiza-se também este procedimento que consiste em:
1º equilibrar a amostra no potencial matricial desejado para o caso da aula: 1 amostra a 6 kPa e outra a 1500 kPa.
2º posteriormente realizar o ensaio no penetrógrafo eletromecânico de bancada:
Calibrar o aparelho por meio do programa deste na tela inicial clicar o botão calibrar - zerar. Regular a velocidade de descida da ponteira a 10 mm/s de acordo com Tormena et al. (1998). A haste deve atingir o centro da amostra e a uma profundidade igual a metade da altura da amostra. No caso da aula o cilindro tem 2,56 cm de altura. Em seguida o programa deste aparelho gera uma série de dados de resistência em kgf s-1 e os dados devem ser multiplicados por 0,098 (Lima et al., 2009).
CURVA DE RETENÇÃO DE ÁGUA NO SOLO (CRA)
A água é uma das mais importantes substâncias da natureza e o reservatório dessa água é o solo; que temporariamente, a armazena, podendo fornecê-la às plantas à medida de suas necessidades. Como a recarga natural é descontínua o volume de água disponível é bastante variado.
A curva de retenção de água é essencial em estudos de qualidade do solo com vistas a nortear as práticas de uso e manejo sustentável dos sistemas de produção agrícola. A curva de retenção da água do solo é descrita pelo teor de água (Ѳ) e potencial mátrico (Ψm), com decréscimo lento e contínuo dessas variáveis durante a drenagem do solo. O conteúdo de água retido em determinado Ψ decorre da estrutura e da distribuição dos tamanhos de poros (Beutler et al., 2002). Em baixos potenciais mátricos (Ψm 2 a 100 kPa), a curva de retenção é influenciada por poros estruturais associados ao efeito da matéria orgânica na formação e na estabilidade da estrutura do solo. Em elevado (Ψm > 100kPa), a textura e a mineralogia do solo tornam-se mais importantes devido à superfície disponível para a adsorção de água (Gupta & Larson, 1979).
Para construção da curva de retenção de água são utilizados diversos aparelhos, pode-se citar: unidades de sucção como funis de Büchner e mesa de tensão onde se
obtém tensões matriciais de 1, 2, 4, 6, 8, 10; câmaras de Richards que determina 33, 66, 100 500 1500 kPa e o WP4-T que realiza leituras de potenciais maiores que 1500 kPa.
O funil de Buchner é um funil geralmente de vidro que tem como meio poroso uma placa de cerâmica, permitindo a sucção da água de uma amostra até que esta atinja o potencial de equilíbrio pré-determinado, ou o fluxo de água cesse ou torne-se mínimo. Como principal limitação tem-se o uso de apenas uma amostra de solo por vez, necessitando de vários funis para agilizar a determinação da curva de retenção (Lima e Silva, 2008).
Este princípio de sucção de água pode ser obtido com a Mesa De Tensão, este aparelho consiste de uma mesa de madeira com uma bandeja contendo uma camada de areia ligada a um tubo de PVC preenchido com materiais minerais de diferentes diâmetros. O funcionamento deste aparelho se baseia num método de deficiência de pressão para remover a água de amostras saturadas. Essa deficiência de pressão é obtida por diferença de nível entre os dois terminais de coluna d’água (Costa et al., 2004). Neste aparelho tem-se a facilidade de poder utilizar várias amostras simultaneamente.
A câmara de Richards é uma câmara de pressão ligada à atmosfera por intermédio de uma placa, sobre a qual é colocada a amostra de solo. As amostras e a placa que ira recebê-la deve ser previamente saturado com água por 24 h. Esta operação deve ser repetida para tantos valores de potenciais matriciais (Ψm) necessários para se obter uma boa curva de retenção de água. Observa-se que a placa porosa funciona como uma extensão do sistema solo (daí a necessidade do perfeito contato solo placa) e que, na realidade, é nela que a pressão de ar é aplicada.
O psicrometro de termopar de modelo WP4-T (Dewpoint Potentia Meter) este consiste em um aparelho que realiza leituras rápidas, em torno de 5 min, do potencial de água de uma amostra deformada do solo, a partir do equilíbrio entre a fase vapor da água e a fase líquida presente na amostra dentro da câmara de leitura do aparelho, onde esta fica hermeticamente fechada, medindo então a pressão de vapor do ar. A pressão do vapor do ar na câmara é considerada como a pressão do vapor do ar saturado na temperatura do ponto de orvalho (Decagon device, 2000; Costa et al.,2008).
 	Para expressar os valores obtidos utiliza-se um gráfico com a umidade variável no eixo “y” e log [Ψ] no eixo “x”.
	
DECISÃO:
A determinação da curva pode ser feita com amostras deformadas ou indeformadas. O uso de amostras com estrutura preservada (indeformadas) apresentam resultados mais próximos da situação de campo.
Os potenciais de interesse agronômico a serem utilizadas variam de 0 a 1500 kPa, sendo a decisão dos valores intermediários a serem empregados, de acordo com os objetivos do trabalho e o número de pontos de acordo com o modelo escolhido para o ajuste, sendo geralmente empregado um número mínimo de 7 pontos.
MATERIAL: 
	CAMPO:
	LABORATÓRIO:
	Amostrador de Uhland
	“filó”
	Cilindros
	Elástico
	Filme plástico (PVC)
	Parafina
	
	Barbante
	
	Faca
	
	Balança
	
	Estufa 105 -110ºC
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PROCEDIMENTO:
Preparar as amostras e saturá-las. Amostras deformadas são preparadas sobre a placa e saturadas por 12 horas. Amostras indeformadas são saturadas por 24 horas, normalmente em bandeja por meio da elevação gradual de uma lâmina de água até atingir cerca de dois terços da altura do anel.
Colocar a placa com as amostras nas unidades de sucção e ajustar a tensão ou potencial desejado.
Estas ficam nos equipamentos até atingirem a estabilização do potencial. Amostras deformadas tendem a estabilizar mais rápido que as amostras indeformadas, sendo o tempo de estabilização variável conforme tipo de solo e pressão aplicada; durando de 1 dia até 15 dias.
Ao utilizar as câmaras descarregar a pressão aplicada com auxilio de técnico responsável, retirar as amostras e efetuar a pesagem, o mais rápido em balança de precisão com aproximação de 0,05g (e.g. duas casas decimais), colocar em estufa a 105-110ºC por aproximadamente 24 horas até obter massa constante e 
então pesá-las novamente.
Potenciais a serem determinados: 2, 6 na mesa de tensão; 33 na câmara de Richard; 100, 500 e 1500 kPa no WP4-T 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA
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COSTA, A. R.; OLIVEIRA, C. G.; SEVERIANO, E. C.; MENEZES, L. S. Construção e aferição de uma mesa de tensão construída com coluna de areia na determinação da macro e microporosidade do solo.In: Semana de Iniciação Científica da Embrapa Arroz e Feijão e XII Semana de Iniciação Científica da Universidade Federal de Goiás – UFG, Anais. 362p. 2004. 
COSTA, W. A.; OLIVEIRA, C. A. S.; KATO, E. Modelos de ajuste e métodos para a determinação da curva de retenção de água de um latossolovermelho-amarelo. R. Bras. Ci. Solo, 32:515-523, 2008.
DECAGON DEVICES. Operator´s manual version 1.3 WP4-T dewpointmeter. Pullman,2000. 70 p.
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA – EMBRAPA. Manual de métodos de análise de solo. 2ed. Rio de Janeiro, 1997.
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FERREIRA, M. M.; DIAS JÚNIOR, M. S. Física do solo. Textos acadêmicos. Lavras: UFLA/FAEPE. 2001.
GUPTA, S.C. & LARSON, W.E. Estimating soil water retention characteristics from particle size distribution, organic matter percent, and bulk density. Water Res. Res., 15:1633- 1635, 1979.
HILLEL, D. Solo e água: fenômenos e princípios físicos. Porto Alegre, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1970. 231p.
KIEHL, E.J. Manual de edafologia. relações solo-planta. São Paulo, Ceres, 1979. 262p.
KLEIN, V. A.; LIBARDI, P.L.Densidade e distribuição do diâmetro dos poros de um latossolo vermelho, sob diferentes sistemas de uso e manejo. R. Bras. Ci. Solo, 26:857-867, 2002.
LIMA, H. V.; SILVA, A.P. Mesa de tensão com areia: procedimentos para montagem e validação. R. Bras. Ci. Solo, 32:2209-2214, 2008. Nota.
OLIVEIRA, G. C.; DIAS JUNIOR, M. S.; RESCK, D. V.S.; CURI, N. Caracterização química e físico-hídrica de um Latossolo Vermelho após vinte anos de manejo e cultivo do solo. Revista Brasileira de Ciências do Solos, p.327-336, 2004. 
RICHARDS, L.A. Physical conditions of water in soil. In: BLACK, C.A., ed. Methods of soil analysis. Part 1. Madison, American Society for Testing and Materials, 1965. 770p. (Agronomy, 9).
TORMENA, C. A.; SILVA, A. P.; LIBARDI, P. L. Caracterização do intervalo hídrico hótimo de um Latossolo Roxo sob plantio direto. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, MG, n. 22, p. 573-581, 1998.
LIMA, V. M. P.; OLIVEIRA, G. C.; SEVERIANO, E. C.; OLIVEIRA, L. F. C. Intervalo hídrico ótimo e porosidade de solos cultivados em área de proteção ambiental do sul de Minas Gerais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 33:1087-1095, 2009.