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21/11/2011
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Propriedades Químicas do Solo
José Miguel ReichertPaulo Ivonir Gubiani
Retenção e liberação de nutrientes pelo solo
K
Ca
Mg
PK
NCa
Mg S
Mn
Cu
ZnFe
Mo
ClB
Al Al
A adsorção de cátions é um fenômeno muito importante para a nutrição de plantas
CTC
Capacidade
Troca
Cátions Solução do solo
Colóide
K
K
KK
Mg
Mg
Mg
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Onde estão localizados os grupos funcionais e quais são os principais elementos químicos
desses grupos?
Nos colóides minerais, a resposta requer entendimento da formação dos
argilominerais e óxidos.
Substituição isomórfica
Entrada do Al+3 no lugar do Si+4
nos tetraedros
Entrada de Mg+2 no lugar de Al+3
nos octaedros
Nos argilominerais 2:1 o excesso de carga negativa é compensado pela carga positiva de cátions, lâminas hidróxido ou polímeros de hidróxi-Al situado entre camadas, as quais mantém as camadas unidas
Alumínio+3
Silício+4
Origem de cargas permanentes
Magnésio+2
Origem de cargas dependentes de pHArgilas 1:1 Os átomos das bordas apresentam desequilíbrio no número de coordenação do cátion (Si e Al).
Óxidos (Fe, Al, Mn, e Ti) igualmente.
A reatividade desses grupos funcionais depende da relação entre a valência do cátion e o número de coordenação.
-
H-1/2
H2+1/2
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Argilomineral
Matéria orgânica as cargas elétricas são todas dependentes do pH
Alguns grupos funcionais:
-COOH (carboxílicos)
-OH (hidróxi-fenólicos)
=C=O (carbonílicos)
Matéria orgânica
Matéria orgânica
GrupoCOOH
COO-
CTC na matéria orgânica e retenção
de nutrientes
Protonação
Capacidade de Troca de Cátions - CTC
Dois tipos de CTC:
PERMANENTE (substituição isomórfica - independente do pH)
VARIÁVEL(dependente do pH do solo)
A capacidade de troca de cátions (CTC) corresponde à soma dascargas negativas do solo (fração argila, e matéria orgânica) retendo oscátions, tais como Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+ e H+.
CTC permanente Esta CTC é chamada permanente, porque NÃO
varia com o pH, é resultado da substituição isomórfica
Ela ocorre nos solos menos desenvolvidos, predominando nas regiões temperadas
No RS, alguns solos da campanha
CTC dependente de pH• Este tipo de CTC é chamado de CTC variável, porque o número
de cargas elétricas pode aumentar ou diminuir em função do pH do solo.
Se o pH diminuir a CTC diminui
Se o pH aumentar a CTC aumenta
• A CTC variável é a que predomina nos solos tropicais• A CTC variável é a que existe na fração orgânica do solo
Tipos de CTC
Minerais 2:1 com substituição isomórficaPouca variação com o pH Variação
devido à dissociação radicais OH
PCZ
CTC devido à substituição isomórfica
pH
CTC
CTA
CTC permanente
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Origem da CTC em argilomineral de carga variável
Protonação
Bordaduras dos alumino-silicatos
OHSi
OH+1/2
AlOH2
+1/2Cao
linita
OHSi
OAl
OH2+1/2C
aolin
ita 1/2
OSi
OHAl
OH
Cao
linita 1/2
1/2
Ponto de carga zero – PCZPCZ: valor de pH em que a quantidade de cargas elétricas negativas e positivas são iguais. Quando o pH do meio coincide com o PCZ, a argila flocula e a medida que o pH se distancia-se do PCZ a argila tende a se dispersar.
Forças de atração (Van de Waals) – depende da proximidade das partículas.Forças de repulsão – cargas elétricas de mesmo sinal.
Proporção de argilominerais 2:1, 1:1, óxidos e matéria orgânica mudam o PCZ.Cátion neutralizador das cargas negativas afetam a floculação.
http://www.pedologiafacil.com.br/enq_38.php
Protonação e retenção de nutrientes Retenção de íons
Adsorção de cátionsAdsorção específica: ligações químicas de alta energia.
Ex: cobre, zinco, potássio, alumínio.Adsorção não específica: cátions permanecem
hidratados e são atraídos pelas cargas negativas dos colóides do solo. Ex: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Al+3
Adsorção de ânions- Cargas positivas muito pequenas mesmo em solos velhos.- NO3
-, Cl- são muito fracamente adsorvidos: lixiviados.- Os ânions fosfato (H2PO4
-) e sulfato (SO4-2) são retidos por
adsorção específica.
Fatores que afetam a adsorção e troca de cátions
Quanto maior a valênciamais fortemente o cátion é adsorvido: Al+3 > Ca+2 > Mg+2 > K+ > Na+ ; o H+ comporta-se como trivalente
Quanto maior a hidratação do íon menos ele é adsorvido: Li+ > Na+ > K+ > NH4
+ > Mg+2 > Ca+2 ; portanto o Li+ é o menos adsorvido, porque tem maior hidratação.
Concentração: Cátions em maior concentração são mais adsorvidos e deslocam os demais para a solução do solo.
Seletividade do colóide:Ilita: Al+3 > K+ > Ca+2 > Mg+2 > Na+
Caulinita: Ca+2 > Mg+2 > K+ > Al+3 > Na+
Montmorilonita: Ca+2 > Mg+2 > H+ > K+ > Na+
Matéria orgânica: Mn > Ba > Ca+2 > Mg+2 > H+ > K+ > Na+
Bases e acidez do solo
Rocha pH 7,0
CO2 + H2O HCO3- + H+
Percolação de bases(Ca2+, Mg2+, K+, Na+)
Solo pH 4,0(H+ e Al3+)
Al3+ + 3 H2O Al(OH)3 + 3H+
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Ácidos fortes Ácidos fracos
É gerada quando os cátions básicos são substituídos por H e Al.
pH do SOLO
ACIDEZ ATIVA – é devida aos íons H+ que estãodissociados na solução do solo.
É expressa pelo pH = - log [H+] = 1/log [H+]
ACIDEZ POTENCIAL = soma de H + Al adsorvidos no solo
Acidez do soloFase sólida Solução do solo
Acidez ativaAcidez potencial
ARGILO-MINERAIS
HÚMUS
ÓXIDOS
O—H
O—Al
COO—Al
COO—H
FeO—H
AlO—H
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
Representação esquemática da acidez potencial e acidez ativa do solo (adaptadode Quaggio, 1986).
Tipos de acidez
[H+] -log[H+] -log[OH-] [OH-]
0,0001 = 10-4 4 10 0,0000000001 = 10-10
0,00001 = 10-5 5 9 0,000000001 = 10-9
0,000001 = 10-6 6 8 0,00000001 = 10-8
0,0000001 = 10-7 7 7 0,0000001 = 10-7
0,00000001 = 10-8 8 6 0,000001 = 10-6
0,000000001 = 10-9 9 5 0,00001 = 10-5
0,0000000001 = 10-10 10 4 0,0001 = 10-4
pH = - log[H+] = log(1/[H+])pH do solo Fontes de acidez potencial
a) Ácido carbônico formado na rizosfera pela atividademicrobiana e pela respiração radicular.
CO2 + H2O HCO3- + H+
b) Adubos acidificantes (NH4)2SO4 quando se solubilizamliberam íons H+
c) Mineralização dos compostos orgânicos: pela reação de nitrificação há liberação de íons H+
d) Liberação de íons H+ pelas raízes das plantas, quando da absorção de cátions básicos da solução do solo
e) Com aumentodo pH, os grupos (Al, Fe)OH, (Al, Fe)OH2 e
COOH dissociam íons H+
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ooFonte: Adaptado de Sousa et al. (2007).
Relação entre pH e disponibilidade de nutrientes.
oo pH em água
N, P, K, Ca, Mg
Zn, Cu, Mn, Fe
Al+3
4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,5
Faixa ótima
Reações na interface solido-solução
CaCO3 + H2O ↔ Ca+2 + HCO3
- + OH-
Correção da acidez com calagem
H+ + OH- ↔ H2O
Al+3 + 3H2O ↔ Al(OH)3+ 3H+
H + + HCO3- ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H2O + CO2
Indicadores da condição do complexo de troca
As proporções dos íons retidos no complexo de troca podem mudar se mudar a condição geoquímica do meio
É a soma dos principais cátions trocáveis:
SB (ou S, mas cuidado para não confundir com “enxofre” ) = Ca+2 + Mg+2 + K+ + (Na+)*
* Contribuição do sódio é pequena em solos sem problemas de salinidade
Soma de Bases
1- CTC a pH do solo ou efetivaCorresponde a soma de bases (SB): cálcio, magnésio, potássio e sódio mais o alumínio, ou seja CTC efetiva = SB + Al.Descreve o número de cargas negativas existentes nos valores de pH que o solo apresentaÉ usada como um dos critérios para saber se o solo é ácrico (baixa CTC efetiva) ou não ácrico (média ou alta CTC efetiva).
2-CTC a pH 7 CTC ~ TCorresponde a SB + Al + HDescreve o número de cargas negativas que o solo pode ter a pH7.Utilizada para calcular a dose de calcário.
Classificação da CTC em função do pH CTC dos constituintes da fração coloidal do solo
Como a CTC está na fração argila: solos argilosos possuem maior CTC que arenosos
Solos com mais matéria orgânica possuem maior CTC
Solos com minerais do tipo 2:1 possuem mais CTC que solos com minerais do tipo 1: 1
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CTC das frações da fase sólida do solo
Partícula doSolo
CTC(cmolc kg-1)
Argila 1:1 3-15Argila 2:1 100-150
Silte < 1Areia 0
Matéria orgânica 200-300
Em cada fração a CTC varia de acordo com o mineral predominante.
S (cmolc/kg) V (%) T (cmolc/kg)
AltoMédioBaixo
mais de 64 a 6
menos de 4
mais de 60%;35 a 60%;
menos de 35%;
mais de 106 a 10
menos de 6
AltoMédioBaixo
M. baixo
ROLAS 2004 mais de 80%;65 a 80%;45 a 64%;
< 45
Sat Al+33
3Al100
AlS TSV 100% Sat por bases
Interpretação dos valores de S, T (CTCpH7) e V em solos
0
5
10
15
20
Cát
ions
troc
ávei
s
Urug SM SA SP Erec
Bas
es d
e Tr
oca
Aci
dez
de T
roca
Proporção da CTC ocupada por bases em alguns solos do RS sob condições naturais
80-10035-80< 35
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http://www.ruralcentro.com.br
Para adubar corretamente é preciso conhecer o solo!
Atividade da fração argila - CTCr = CTC pH7,0 x 100/% argila
Indica a mineralogiada fração argila
Se a CTCr for maior ou igual a 27 cmol kg-1 de argila o solo é de alta atividadecoloidal, ou pedologicamente considerado como Ta, se menor que 27 cmol kg-1 deargila o solo é de baixa atividade coloidal, ou pedologicamente considerado comoTb.
Solos Ta: ↑ argilominerais 2:1 e predomínio de carga líquida negativa (maiorafinidade por cátions).
Solos Tb: ↑ minerais silicatados 1:1 e óxidos de ferro e de alumínio. Pode havertambém carga negativa, mas à medida que o solo torna-se mais intemperizado(mais oxídico), começa a predominar carga líquida positiva.
Solos Ta: Luvissolos, Vertissolos e ChernossolosSolos Tb: Latossolos e NitossolosOs solos Ta são muito duros ou extremamente duros,enquanto que os solos Tb sãofriáveis.
Ca2+, Mg2+, K+, Na+ e Al3+
no complexo de troca do solo
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Al3+
Eutrófico
Distrófico
Álico
Eutrofia, distrofia e alicidade
0% 50% 100%
Exemplos de eutrofia e distrofia--------------------------------------------------------------------------------------Solo 1: CTC = 20 e SB = 10,5; V% = 10,5/20*100 = 53%; Eutrófico
Solo 2: CTC = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico
--------------------------------------------------------------------------------------
Solo 1: CTC = 20 e SB = 9,5; V% = 9,5/20*100 = 48%; Distrófico
Solo 2: CTC = 7 e SB = 5 V% = 10/20*100 = 71%; Eutrófico
Entretanto, o solo 2 tem menos nutrientes que o solo 1!!!--------------------------------------------------------------------------------------
Absorção de nutrientes do solo pelas plantas
PK
NCa
Mg S
Mn
Cu
ZnFe
Mo
ClB
Al
Relações fundamentais
gerais
Solo como objetivo
principal
Nutrientes essenciais
C (carbono)H (hidrogênio) O (oxigênio)
ar e água
Ca (cálcio)Mg (magnésio) S (enxofre)
N (nitrogênio) P (fósforo)K (potássio)macronutrientes
Fe (ferro)Mn (manganês) Cl (cloro)B (boro)Zn (zinco)Cu (cobre)Mo (molibdênio)
micronutrientes
Elementos tóxicos:Al (alumínio)Fe (ferro)
solo
solo
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Elemento Símbolo Forma absorvida
Carbono C CO2
Oxigênio OH2OHidrogênio H
Nitrogênio N NO3-, NO2
-, NH4+
Fósforo P H2PO4-, HPO4
-2
Potássio K K+
Cálcio Ca Ca+2
Magnésio Mg Mg+2
Enxofre S SO4-2
Ferro Fe Fe+2
Manganês Mn Mn+2
Zinco Zn Zn+2
Cobre Cu Cu+2
Boro B H3BO3
Cloro Cl Cl-
Molibdênio Mo HMoO4-
Nutrientes benéficos ou acessórios:
-cobalto (Co), silício (Si), -sódio (Na)
Elementos tóxicos:-alumínio (Al), manganês (Mn),- ferro (Fe)
A quase totalidade dos nutrientes é
absorvida na forma de íons, portanto a
planta precisa competir com o solo
pelos nutrientes
Fase sólida Fase líquida
Mineral de Argila
A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a distância da partícula. Quanto menor for a carga da partícula, menor será a concentração de íons na solução do solo.
Carga positiva dos cátions atrai ânions
Dupla camada difusaExpessura = 10 – 20 nm
A concentração de nutrientes decresce exponencialmente com a distância da partícula
Distância
O desenvolvimento da planta é limitado pelo nutriente que seencontra em mínimo em relação a sua necessidade, na presença dequantidades adequadas dos demais nutrientes.
(Lepch, 1976)
Lei do mínimo (Justos von Liebig)
Solução do solo
ArgilomineralRaiz
K
Ca
MgK
Ca
Mg
KCa
Mg
KMg
Mg
K
K
Ca
Ca
Ca
Ca
Mg
Mg
Mg
Mg
MgMg
CaCa
Ca
KK
KP
P
P
CTC
H+
K
Mg
Ca
H+ da respiração, exudatos...
Absorção de nutrientes pelas plantasSolo - Interceptação radicular
- Fluxo de massa = [nutriente] x taxa de transpiração
- Difusão = coef. dif. x área raiz x água x (conc. sol. – conc. raiz)distância
Nutriente Interceptação radicular
Fluxo de massa Difusão
---------------------------- % ----------------------------
P 3,5 2,6 93,9
K 0,9 10,1 89,0
Ca 35,0 65,0 0
Mg 10,9 89,1 0
Valores médios da contribuição relativa dos mecanismos de suprimento paraplantas de milho durante 13 dias em 12 solos do RS. (Vargas et al., 1983)
Mecanismos de suprimento
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Propriedades químicas de solos hidromórficos
Douglas R. Kaiser
Solos alagados – várzea
Planossolo Hidromórfico GleissoloFonte: Streck et al. 2002
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Lâmina de água
Solo
10 cm
Reações químicas – oxidação e redução
Ambiente anaeróbico
NO3 + 2H2O + 2e- ½ N + 6OH-
MnO2 + 2H2O +2e- Mn2+ + 4OH-
Fe(OH)3 + e- Fe2+ +3OH-
SO4-2 + 6H2O +8e- H2S + 10 OH-
Com a ausência de O2 no meio ocorre a reduçãode muitos elementos pela ação dosmicrorganismos anaeróbicos e liberação deHidroxilas que vão aumentar o pH do meio.
Variações de características químicas de solos de várzea do RS após 50 dias de alagamento.Característica
Alagamento Planossolo Plintossolo
Outros MÉDIA
pH ANTES 4,5 4,5 5,3 4,8
DEPOIS 6,5 6,7 6,8 6,7
CTC (cmolc/dm3
)
ANTES 2,9 7,1 21,0 10,3
DEPOIS 3,3 9,7 22,2 11,7
Fe 2+ (mg /L)
ANTES <3 <3 <3 <3
DEPOIS 346 346 354 300
Mn 2+
(mg/L)ANTES 22 55 25 34
DEPOIS 80 694 277 350
Com o aumento dos teores de Fe e Mn na solução do solo, ocorre umdeslocamento de outros cátions para a solução ( Ca, Mg, K), aumentando a suaDisponibilidadepara as plantas.
Fonte: Camargo & Tedesco, 2004
0 3 6 9 12 155,5
6,0
6,5
SEMANAS DE ALAGAMENTO
pH
Planossolo