COMPOSIÇÃO DO SOLO MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO Prof a. Maria.

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1 COMPOSIÇÃO DO SOLO MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO Prof a. Maria Betânia Galvão dos Santos Freire betania@depa.ufrpe.br betania@depa.ufrpe.br

2 SOLO Solo é um corpo natural de material inconsolidado, que recobre a superfície terrestre, constituído de proporções e tipos variáveis de minerais, gases, água e húmus. Solo é um corpo natural de material inconsolidado, que recobre a superfície terrestre, constituído de proporções e tipos variáveis de minerais, gases, água e húmus. terrestremineraisgaseságua húmus terrestremineraisgaseságua húmus É produto do intemperismo sobre uma rocha matriz, cuja transformação se desenvolve em um determinado bioma, relevo e clima, ao longo do tempo. É produto do intemperismo sobre uma rocha matriz, cuja transformação se desenvolve em um determinado bioma, relevo e clima, ao longo do tempo.intemperismorocha matrizbiomarelevoclimatempointemperismorocha matrizbiomarelevoclimatempo O solo, contudo, pode ser visto sobre diferentes óticas. Para um agrônomo, através da edafologia, solo é a camada na qual pode-se desenvolver vida vegetal. Para um engenheiro, sob o ponto de vista da mecânica dos solos, solo é um corpo passível de ser escavado, sendo utilizado dessa forma para material ou suporte para construções. O solo, contudo, pode ser visto sobre diferentes óticas. Para um agrônomo, através da edafologia, solo é a camada na qual pode-se desenvolver vida vegetal. Para um engenheiro, sob o ponto de vista da mecânica dos solos, solo é um corpo passível de ser escavado, sendo utilizado dessa forma para material ou suporte para construções.óticasagrônomoedafologiavegetal engenheiromecânica dos solos construçõesóticasagrônomoedafologiavegetal engenheiromecânica dos solos construções (Wikipedia, 2009)

3 Composição do Solo FASE SÓLIDA FASE LÍQUIDA FASE GASOSA SOLO

4 SOLUÇÃO DO SOLO ABSORÇÃO DE NUTRIENTES PELAS PLANTAS AR DO SOLO MATÉRIA ORGÂNICA + MICROORGANISMOS ÍONS TROCÁVEIS + ADSORÇÃO SUPERFICIAL FASE SÓLIDA MINERAL PRECIPITAÇÃO, EVAPORAÇÃO, DRENAGEM, FERTILIZAÇÃO Figura 1. Equilíbrio dinâmico em solos

5 Tabela 1. Composição química da Litosfera e de solos

6 Matéria Mineral Fragmentos de rocha Fragmentos de rocha Minerais primários Minerais primários Minerais secundários Minerais secundários

7 Tabela 2. Partículas constituintes dos solos quanto ao tamanho (1) Refere-se a tamanho de partícula

8 Minerais Primários Minerais  Unidades constituintes das rochas: “Sólidos homogêneos naturais, que apresentam arranjo atômico ordenado e composição química definida”

9 Classificação química dos minerais Elementos nativos – ouro (Au), diamante (C), grafita (C), enxofre (S) Elementos nativos – ouro (Au), diamante (C), grafita (C), enxofre (S) Sulfetos – galena (PbS), pirita (FeS 2 ); Sulfetos – galena (PbS), pirita (FeS 2 ); Sulfatos – barita (BaSO 4 ), gipsita (CaSO 4.2H 2 O) Sulfatos – barita (BaSO 4 ), gipsita (CaSO 4.2H 2 O) Óxidos – (hidróxidos) – hematita (Fe 2 O 3 ), pirolusita (MnO 2 ), magnetita (Fe 3 O 4 ), cassiterita (SnO 2 ), goethita [FeO(OH)], gibbsita {Al(OH) 3 ]; Óxidos – (hidróxidos) – hematita (Fe 2 O 3 ), pirolusita (MnO 2 ), magnetita (Fe 3 O 4 ), cassiterita (SnO 2 ), goethita [FeO(OH)], gibbsita {Al(OH) 3 ]; Carbonatos – calcita (CaCO 3 ), dolomita [CaMg(CO 3 ) 2 ]; Carbonatos – calcita (CaCO 3 ), dolomita [CaMg(CO 3 ) 2 ]; Fosfatos – apatita [Ca 5 (PO 4 ) 4 (OH,F,Cl)]; Fosfatos – apatita [Ca 5 (PO 4 ) 4 (OH,F,Cl)]; – cerca de 97% dos minerais petrográficos. SILICATOS – cerca de 97% dos minerais petrográficos.

10 Tabela 3. Constituição mineralógica da crosta continental (Teixeira et al., 2001)

11 Figura – Representação esquemática do tetraedro de Si (N o. Coord. 4) e do octaedro de Al (N o. Coord. 6)

12 Tabela 4. Classificação dos silicatos

13 Nesossilicatos

14 Sorossilicatos

15 Ciclossilicatos

16 Inossilicatos Cadeias Simples

17 Inossilicatos Cadeias Duplas

18 Filossilicatos

19 Tectossilicatos

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21 Minerais primários comuns em solos Quartzo – Tectossilicato, último mineral a cristalizar no magma, resistente ao intemperismo, exibe fratura e não clivagem; Quartzo – Tectossilicato, último mineral a cristalizar no magma, resistente ao intemperismo, exibe fratura e não clivagem; Feldspatos – Tectossilicatos; feldspatos potássicos – ortoclásio e microclina (KAlSi 3 O 8 ), plagioclásio – albita (NaAlSi 3 O 8 e anortita (CaAl 2 Si 2 O 8 ); Feldspatos – Tectossilicatos; feldspatos potássicos – ortoclásio e microclina (KAlSi 3 O 8 ), plagioclásio – albita (NaAlSi 3 O 8 e anortita (CaAl 2 Si 2 O 8 ); Micas – Filossilicatos, estrutura similar à dos minerais de argila, exibem clivagem e são atacadas pela água; muscovita [K 2 (Si 6 Al 2 )(Al 4 )O 20 (OH) 4 ], biotita [K 2 (Si 6 Al 2 )(Mg,Fe) 6 O 20 (OH) 4 ]; Micas – Filossilicatos, estrutura similar à dos minerais de argila, exibem clivagem e são atacadas pela água; muscovita [K 2 (Si 6 Al 2 )(Al 4 )O 20 (OH) 4 ], biotita [K 2 (Si 6 Al 2 )(Mg,Fe) 6 O 20 (OH) 4 ]; Ferromagnesianos a) Nesossilicatos {olivina [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ]} Ferromagnesianos a) Nesossilicatos {olivina [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ]} (Minerais escuros) b) Inossilicatos: piroxênios {augita[Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si) 2 O 6 }e anfibólios {hornblenda [Ca(Fe,Mg) 2 Si 4 O 12 ] (Minerais escuros) b) Inossilicatos: piroxênios {augita[Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si) 2 O 6 }e anfibólios {hornblenda [Ca(Fe,Mg) 2 Si 4 O 12 ] Silicatos magnesianos – Filossilicatos, serpentinas (verdes): antigorita (lamelar) e crisotila (fibroso) – H 4 Mg 3 Si 2 O 9 Silicatos magnesianos – Filossilicatos, serpentinas (verdes): antigorita (lamelar) e crisotila (fibroso) – H 4 Mg 3 Si 2 O 9 Minerais fosfatados – Não silicatados, pouco comuns, apatita: fluorapatita (F), cloroapatita (Cl) e hidroxiapatita (OH): [Ca 5 (PO 4 ) 4 (OH,F,Cl)]; Minerais fosfatados – Não silicatados, pouco comuns, apatita: fluorapatita (F), cloroapatita (Cl) e hidroxiapatita (OH): [Ca 5 (PO 4 ) 4 (OH,F,Cl)]; Carbonatos – Não silicatados, três grupos: calcita, aragonita, dolomita. Carbonatos – Não silicatados, três grupos: calcita, aragonita, dolomita.

22 Minerais Primários Minerais Secundários INTEMPERISMO Elementos solúveis

23 MINERAIS SECUNDÁRIOS Argilominerais e óxidos Argilominerais e óxidos Reações físico-químicas em solos Reações físico-químicas em solos Estado coloidal (cargas elétricas) Estado coloidal (cargas elétricas) Adsorção de íons Adsorção de íons Retenção de umidade Retenção de umidade Plasticidade e pegajosidade, dureza e tenacidade Plasticidade e pegajosidade, dureza e tenacidade Dispersão e floculação Dispersão e floculação Expansão e contração Expansão e contração Cor e agregação de solos minerais Cor e agregação de solos minerais FRAÇÃO ARGILAARGILOMINERAIS ≠

24 Minerais aluminossilicatados Lâminas tetraedrais de Si Lâminas tetraedrais de Si Lâminas octaedrais de Al, Mg e Fe Lâminas octaedrais de Al, Mg e Fe

25 Tipo 1:1 Empilhamento de duas lâminas (octaedral de Al e tetraedral de Si) Empilhamento de duas lâminas (octaedral de Al e tetraedral de Si) Ligação entre as lâminas: Ligação entre as lâminas:  IÔNICA – O apical da lâmina tetraedral com Al da lâmina octaedral  PONTES HIDROGENIÔNICAS – O da lâmina tetraedral com OH da lâmina octaedral

26 0,72 nm Pontes de hidrogênio Al Al Al Al Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Al Al Al Al Unidade cristalográfica Principais representantes: Caulinita, Haloisita, Nacrita, Diquita

27 Caulinita: [(Si 4 ) (Al 4 ) O 10 (OH) 8 ] 0 Espaçamento: 0,72 nm Substituição isomórfica ? CTC: Caulinita = 3 – 10 cmol c kg -1 Haloisita = 3 – 15 cmol c kg -1 Reduzida superfície específica Índice Ki (SiO 2 e Al 2 O 3 ) – Grau de intemp.: Caulinita = 2, montmorilonita = 4 Haloisita: [(Si 4 ) (Al 4 ) O 10 (OH) 8. 4 H 2 O ] 0 Espaçamento: 1,02 nm

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30 Gênese da caulinita: MINERAIS 2:1 CAULINITA (1:1) Intenso intemperismo FELDSPATO BIOTITA ANFIBÓLIO, PIROXÊNIO CAULINITA GOETHITA CAULINITA ÓXIDOS DE Fe

31 K Al Si 3 O 8 + H 2 O OCTAEDROS TETRAEDROSPERDA (Mg, Fe) 2 Si O 4 ÓXIDOS [ + (Al) ]  Aluminossilicatos PERDA GIBSITA CAULINITA Enriquecimento Si

32 Tipo 2:1 Empilhamento de três lâminas (tetraedral, octaedral, tetraedral) Empilhamento de três lâminas (tetraedral, octaedral, tetraedral) Ligação entre as lâminas: Ligação entre as lâminas:  IÔNICA – O apical da lâmina tetraedral com Al da lâmina octaedral  Sem subst. isomórficas – Unidades unidas por forças de Van der Waals  Com subst. isomórficas – Forças eletrostáticas (cátions e superfície de cada unidade)

33 Al Al Al Al Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Unid. Crist.

34 Vermiculitas Produto de alteração das micas Produto de alteração das micas Vermiculita trioctaedral – Biotita Vermiculita trioctaedral – Biotita Vermiculita dioctaedral – Muscovita Vermiculita dioctaedral – Muscovita Unid. crist. separadas por moléculas de água (0,498 nm) – Espaçamento d = 1,4 nm Unid. crist. separadas por moléculas de água (0,498 nm) – Espaçamento d = 1,4 nm Carga estrutural – 100-160 cmol c kg -1 Carga estrutural – 100-160 cmol c kg -1 CTC = 100-160 cmol c kg -1 CTC = 100-160 cmol c kg -1 [ (Mg, Ca) (Si 7 Al) (Al 3 Fe) O 20 (OH) 4. 8 H 2 O ]

35 Em solos: VERMICULITAILITAMUSCOVITA 500 o C Vermiculita Perde águaRehidrata AMBIENTE Vermiculita (1,4 nm) 500 o C Não rehidrata (1,0 nm) MICAVERMICULITA 200-250 cmol c kg -1 100-160 cmol c kg -1 Redução de carga

36 Substituição do Al por Mg ou Fe  Cargas negativas Substituição do Al por Mg ou Fe  Cargas negativas Alta densidade de carga  Fortes ligações entre as unidades cristalográficas e os cátions nas entrecamadas  Expansibilidade controlada Alta densidade de carga  Fortes ligações entre as unidades cristalográficas e os cátions nas entrecamadas  Expansibilidade controlada Fixação de K (encaixe nos poros ditrigonais)  Compressão das lâminas Fixação de K (encaixe nos poros ditrigonais)  Compressão das lâminas Condições intensas de intemperismo ou acidez  Vermiculita com hidroxi-Al entrecamadas, diminuindo a CTC do mineral Condições intensas de intemperismo ou acidez  Vermiculita com hidroxi-Al entrecamadas, diminuindo a CTC do mineral

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39 Esmectitas Intemperismo mais intenso das micas Intemperismo mais intenso das micas Intemperismo de minerais não micáceos Intemperismo de minerais não micáceos MICASVERMICULITAS Red. carga Intemp. ESMECTITAS NÃO MICÁCEO Intemperismo Ex: olivina, piroxênio, anfibólio

40 Dioctaedrais Montmorilonita Beidelita Nontronita Trioctaedrais Hectorita Saponita MONTMORILONITA: D = 1,8 a 1,9 nm Carga estrutural = 80 a 120 cmol c kg -1 CTC = 80 a 120 cmolc kg-1 M + 0,67 (Si 8 ) (Al 3,33 Mg 0,67 ) O 20 (OH) 4

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43 Minerais com hidroxi entrecamadas Vermiculita com hidroxi entrecamadas (VHE) Vermiculita com hidroxi entrecamadas (VHE) Esmectita com hidroxi entrecamadas (EHE) Esmectita com hidroxi entrecamadas (EHE) Polímeros com Al ou Fe: MONÔMERO += DÍMERO POLÍMEROS COM CARGA POSITIVA

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45 Minerais de argila não silicatados Tipo Fe 2+ Al 3+ Não hidratado Hematita (Fe 2 O 3 ) Coríndon (Al 2 O 3 ) Maghemita (Fe 2 O 3 ) Monohidratado Goethita (FeOOH) Diásporo (AlOOH) Lepidocrocita (FeOOH) Bohemita (AlOOH) Trihidratado Gibbsita [Al(OH) 3 ] Bayerita [Al(OH) 3 ] Mal cristalizado Ferridrita (5Fe 2 O 3.9H 2 0) Amorfo Sem fórmula

46 Óxidos de Fe Alto poder pigmentante Alto poder pigmentante Ex: Fe 2 SiO 4 + ½ O 2 + 3 H 2 O  2 FeOOH + H 4 SiO 4 FAIALITA GOETHITA FAIALITA GOETHITA Reação praticamente irreversível: Fe 2+  Fe 3+ MONÔMERODÍMERO Fe(OH) 3 Amorfo Cristalino

47 Formação Hematita-Goethita  Liberação de Fe  Matéria orgânica  pH Fatores: Temperatura alta Umidade baixa HEMATITA FERRIDRITA Íons Fe 3+ GOETHITA Processos:

48 Óxidos de Al MINERAL 2:1MINERAL 1:1 GIBBSITA MINERAL PRIMÁRIO Formação da Gibbsita:  Boa drenagem  Altas temperaturas  Perda de silício

49 Ex: KAlSi 3 O 8 + 4 H + + 4 H 2 O  Al 3+ + K + + 3H 4 SiO 4 Feldspato-K Feldspato-K KAlSi 3 O 8 + 7 H 2 O  Al (OH) 3 (s) + K + + 3H 4 SiO 4 Gibbsita Perda Gibbsita Perda Al (OH) 3 + 3H 4 SiO 4  ½ Al 2 Si 3 O 5 (OH) 4 + 5 H 2 O Caulinita Caulinita

50 CTC CTC Retenção de umidade Retenção de umidade Estabilidade de agregados Estabilidade de agregados Fonte de nutrientes Fonte de nutrientes Constituintes orgânicos dos solos

51 Fatores que atuam sobre o teor de MO Tipo e quantidade da vegetação Tipo e quantidade da vegetação Fauna e flora do solo Fauna e flora do solo Clima (umidade, temperatura) Clima (umidade, temperatura) Material de origem e topografia Material de origem e topografia Práticas de cultivo (manejo) Práticas de cultivo (manejo)

52 Matéria Orgânica:  Substâncias não húmicas:  Proteínas  Carboidratos  Lipídios  Ligninas  Ceras  Taninos  Substâncias húmicas:  Ácidos fúlvicos  Ácidos húmicos  Huminas

53 Composição elementar de material húmico Elemento Ácido Húmico Ácido Fúlvico % C50,648,1 H 5,6 5,6 4,5 4,5 N 4,3 4,3 1,7 1,7 O e S 38,545,7 Fonte: Tan (1994)

54 Ciclo do C: Ciclo do C: CO 2 – Fotossíntese – Decomposição e mineralização – CO 2 Ciclo do N: Ciclo do N: N na atmosfera – Plantas – Solo – Atmosfera Amonificação, nitrificação, denitrificação, lixiviação, volatilização

55 Separação da matéria orgânica: Ác. Fúlvicos MATÉRIA ORGÂNICA Matéria húmica Resíduos de plantas identificados SolúvelInsolúvel SolúvelInsolúvel NaOH (0,1-0,5 mol L -1 ) HCl (0,1 mol L -1 ) Celulose Lignina Ác. Húmicos