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Qualidade - Qualidade
Tipologia: Notas de estudo
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Novembro, 2006 Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaEmbrapa Arroz e Feijão Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:
Embrapa Arroz e Feijão Rod. GO 462, Km 12 Caixa Postal 179 Fone : ( 0xx62) 3533 2110 Fax : (0xx62) 3533 2100 [email protected] www.cnpaf.embrapa.br 75375-000 Santo Antônio de Goiás , GO
Comitê de Publicações
Presidente: Carlos Agustin Rava Secretário-Executivo: Pedro Luiz Oliveira Almeida Machado Luiz Roberto Rocha da Silva
Supervisão Editorial: Marina A. Souza de Oliveira Editoração Eletrônica: Denise Xavier Lemes Normalização Bibliográfica: Ana Lúcia Delalibera de Faria
1 a^ edição 1 a^ impressão 2006: 500 exemplares
Todos os direitos reservados. A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610).
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Embrapa Arroz e Feijão
Nand Kumar Fageria. Qualidade do solo e meio ambiente / Nand Kumar Fageria, Luís Fernando Stone - Santo Antônio de Goiás : Embrapa Arroz e Feijão,
35 p. - (Documentos / Embrapa Arroz e Feijão, ISSN 1678-9644 ;
CDD 631.4 (21. ed.)
© Embrapa 2006
Apresentação
Numa sociedade moderna, o aumento da produção das culturas sem a degrada- ção do solo é componente essencial para alimentar a população em nível nacio- nal e internacional. O uso adequado e racional de fertilizantes, corretivos, fungicidas, inseticidas e herbicidas é um fator muito importante na melhoria da eficiência de produção e na manutenção da qualidade do solo e do meio ambien- te. Nesse contexto, no século 21, a qualidade do solo é um dos tópicos mais importante na área agronômica, devido à sua importância na manutenção da sustentabilidade de agro-ecossistemas e na redução da poluição ambiental. Para manter a qualidade do solo, é importante adotar as tecnologias de produção agrícola que reduzem a degradação do solo. A degradação do solo é a redução da capacidade atual e/ou potencial do solo em produzir, quantitativa ou qualitati- vamente, bens ou serviços como resultado de um ou mais processos de degra- dação, naturais ou induzidas pelo homem. A degradação do solo inclui deteriora- ções físicas, químicas e biológicas, tais como declínio na fertilidade do solo e nas condições estruturais, erosão, salinidade, alcalinidade, acidez e efeitos de elementos tóxicos, poluentes ou inundação excessiva. Portanto, manter a qualidade do solo no nível desejável é fundamental para manter e/ou aumentar a produtividade agropecuária e, ao mesmo tempo, controlar a qualidade do meio ambiente como solo, água e ar.
O solo e água, dois recursos importantes na produção das culturas, devem ser preservados, sem degradar o ambiente, o que significa dizer que os sistemas agrícolas futuros devem ser economicamente viáveis, ecologicamente sustentá- veis e social e politicamente aceitáveis.
Neste documento, os autores procuraram reunir e ordenar as informações importantes sobre a qualidade do solo que podem ajudar a comunidade agrícola a atingir as metas de uma produção eficiente e rentável, com um ambiente saudável. Ao divulgá-lo, a Embrapa Arroz e Feijão espera fornecer aos leitores um panorama geral dos problemas de qualidade do solo e dos meios de manter ou amenizar a degradação dos recursos naturais e do meio ambiente.
Beatriz da Silveira Pinheiro Chefe-Geral da Embrapa Arroz e Feijão
Introdução
O solo é um material mineral ou orgânico não consolidado na superfície da terra, influenciado por fatores genéticos e ambientais, como material de origem, topo- grafia, clima (temperatura e umidade) e microrganismos, que se encarregaram da sua formação no decorrer de um certo tempo, e é sempre diferente, nas suas propriedades e características físicas, químicas, biológicas e morfológicas, do material de origem (Fageria, 1989; Curi et al., 1993). A importância do solo na agricultura é indiscutível. O solo é um sistema bastante complexo. Um dado volume de solo é composto por material sólido, líquido e gasoso. A proporção aproximada dessas três fases é de 50% de sólidos, 25% de líquidos e 25% de gases (Fageria et al., 1999).
O solo é um recurso natural não renovável muito importante para a humanidade, e sua qualidade determina a produtividade e sustentabilidade dos sistemas agrícolas (Fageria et al., 1997). A qualidade do solo é definida de várias maneiras na litera- tura. De acordo com Soil Science Society of America (1997), a qualidade do solo é sua capacidade de funcionar dentro dos limites do ecossistema para sustentar a produtividade biológica, manter a qualidade do meio ambiente e promover a
Qualidade do solo e meio ambiente
poluentes ou inundação excessiva (Lal, 1989). A degradação do solo afeta cerca de 35% da superfície do planeta (Mabbutt, 1978). Tem sido sugerido que, historica- mente, a quantidade de terra que tem sido colocada fora do processo produtivo devido à degradação do solo é maior que aquela em uso produtivo atualmente. Esti- ma-se que 0,3% a 0,5% (4 milhões a 7 milhões de hectares) da terra produtiva do mundo está sendo retirada da produção a cada ano e que a taxa de degradação está se acelerando. Havia uma projeção que, pelo final do século passado, 10 milhões de hectares (0,7%) seriam perdidos a cada ano (FAO, 1983). Além disso, a produtivi- dade do solo nos países em desenvolvimento pode ser reduzida de um quinto (Dudal, 1982). Se essas projeções estão próximas da realidade, a quantidade de terra produtiva perdida pode ser semelhante à quantidade de novas terras incorpora- das ao processo de produção (Larson, 1986).
Degradação física
A deterioração da estrutura do solo é um dos mais importantes processos de degradação do solo, pois regula a emergência das plântulas, o desenvolvimento das raízes, a disponibilidade de nutrientes e água para as plantas, as reações químicas na rizosfera e, conseqüentemente, o crescimento e o desenvolvimento das plantas. A formação de crosta sobre a superfície do solo é um dos parâmetros de degradação estrutural. Para caracterizar o encrostamento superficial do solo, considerando o conteúdo de silte e argila, foi desenvolvido pela FAO (1978) o seguinte índice:
Índice de encrostamento = (% silte fino + % silte grosseiro)/% argila
Quando esse índice excede a 2,5, os solos são propensos a intenso encrostamento. Apresenta-se, a seguir, um índice de encrostamento baseado no conteúdo de matéria orgânica do solo, que também foi desenvolvido pela FAO (1978):
Índice de encrostamento = [1,5 (% silte fino) + 0,75 (% silte grosseiro)]/ [% argila + 10 (% matéria orgânica)]
Quando esse índice excede a 2, os solos são propensos a intenso encrostamento.
As propriedades físicas do solo são aquelas características, processos ou reações de um solo que são causados por forças físicas e que podem ser descritos ou ex-
pressos em termos físicos ou equações (Soil Science Society of America, 1997). Algumas vezes, as propriedades físicas são confundidas com as propriedades quí- micas, sendo difícil separá-las, daí o termo físico-químicas. São exemplos de pro- priedades físicas: a densidade, a textura, a estrutura, a porosidade e a distribuição do tamanho dos poros. As propriedades físicas são alguns dos atributos importan- tes do solo na produção eficiente das culturas. Se essas propriedades estão em uma faixa favorável, a produção, sob condições ideais de manejo, será mais alta. As propriedades físicas do solo influenciam principalmente as relações ar-água, a temperatura do solo e a resistência mecânica, que prejudica a emergência das plântulas ou o crescimento radicular e, conseqüentemente, afeta diretamente o crescimento das plantas. Uma breve discussão de importantes propriedades físicas do solo em relação à produção das culturas é apresentada nesta seção.
Textura do solo
As partículas do solo apresentam diferentes granulometrias, variando de grandes grãos de areia a partículas de argila muito finas, as quais formam a textura do solo. Para propósitos práticos, as partículas do solo são agrupadas em três frações do solo, cada uma incluindo partículas que pertencem a uma determinada faixa de tama- nho: areia (2 mm a 0,02 mm de diâmetro), silte (0,02 mm a 0,002 mm) e argila (abaixo de 0,002 mm). Essa propriedade física do solo não é alterada por práticas culturais ou de manejo. A classe textural do solo é a interpretação da proporção (em g kg-1^ de solo) das partículas de diferentes granulometrias. O solo pode ter classe textural argilosa, média ou arenosa.
O grupo areia inclui todos os solos cujo teor de areia em massa é de 70% ou mais, dividido novamente nas classes areia e areia-franca. São freqüentemente referidos como solos de textura grosseira. O grupo argila inclui todos os solos que contêm 40% ou mais de argila, e é dividido em três classes: argilo-arenoso, argilo-siltoso e argiloso. São chamados solos de textura fina e, devido à sua plasticidade e pegajosidade, são difíceis de arar. O grau de plasticidade e pegajosidade aumenta de argilo-arenoso para argiloso. Franco é uma mistura equilibrada de partículas de areia, silte e argila. Os solos francos, ou de textura média, exibem propriedades leves e pesadas em proporções aproximadamente iguais. O grupo franco é subdividido em franco-arenoso, franco, franco-siltoso, franco-argiloso, franco-argilo-arenoso e fran- co-argilo-siltoso. Sua faixa de textura varia de moderadamente grosseiro a modera- damente fino. A textura do solo influencia a capacidade de retenção de água, as taxas de percolação e infiltração, a aeração e, conseqüentemente, o
sidade (menor que 1 Mg/m3) têm volumes de espaço poroso que constituem mais de 50% do seu volume total. Esses solos altamente porosos permitem rápida infil- tração e percolação da água, mas também exibem adequada retenção de água, devi- do ao seu alto teor de matéria orgânica. São altamente permeáveis, bem drenados e bem aerados. Um solo permeável permite a pronta penetração de ar, água e raízes das plantas e, conseqüentemente, melhores produtividades. A aeração do solo refe- re-se à troca de dióxido de carbono e oxigênio entre o espaço poroso do solo e a atmosfera. O oxigênio é consumido, e o CO2 é produzido no solo através do pro- cesso respiratório das raízes das plantas e da atividade microbiana.
Os regimes hídricos e a percolação têm efeito significativo sobre a elongação radicular. As condições de sequeiro favorecem maior crescimento radicular em pro- fundidade que as condições de inundação. Em solos inundados, a boa percolação estimula o crescimento radicular mais profundo. O crescimento radicular mais pro- fundo, sob condições de sequeiro e sob condições de inundação, com boa drena- gem, é atribuído ao maior suprimento de oxigênio para as raízes do arroz. Assim, mesmo para o arroz, um suprimento externo de oxigênio parece ser importante para a elongação radicular (International Rice Research Institute, 1978).
A compactação do solo reduz o volume do espaço poroso para uma dada quantida- de de solo, aumentando, assim, a sua densidade. Os subsolos compactados apre- sentam valores de densidade iguais ou maiores que 1,8 Mg/m3. Altos valores de densidade do solo (maiores que 1,6 Mg/m3) indicam limitada aeração, movimento de água muito lento, drenagem pobre e ocorrência de impedimento ao crescimento radicular. À medida que a densidade do solo aumenta e/ou ocorre uma estrutura pobre, a faixa de água não-limitante torna-se mais estreita A determinação dessa faixa de água não-limitante a diferentes profundidades foi proposta como o método mais útil para caracterizar as propriedades físicas de um solo quando a produção está sendo considerada (Letey, 1985).
A densidade do solo geralmente diminui com o incremento do teor de matéria orgânica, e a magnitude da mudança é maior em solos arenosos e mínima em solos de textura média (Bauer & Black, 1992). O preparo profundo, a cerca de 30 cm, é uma prática de manejo do solo largamente aceita para melhorar a produtividade das culturas, pois propicia mudanças benéficas nas propriedades físicas do solo, tais como redução da densidade e da resistência do solo, aumento do volume de macroporos, o que promove aeração e drenagem interna e aumento da condutividade hidráulica saturada (Cassel & Nelson, 1985).
Entretanto, na região do cerrado, essa prática pode promover a aceleração da dinâmica da matéria orgânica e da atividade biológica, destruindo a natu- ralmente frágil condição estrutural dos solos tropicais e afetando seu com- portamento e processos aí presentes, tendo como conseqüência a pulveri- zação excessiva da camada arável, o encrostamento superficial e a formação de camadas coesas ou compactadas denominadas pé-de-arado, a 20-30 cm. Como forma de proteger o ambiente e dar sustentabilidade à exploração agrícola, os agricultores têm adotado o sistema plantio direto (SPD). Basea- do na ausência de movimentação do solo e na manutenção de resíduos or- gânicos na sua superfície, esse sistema provoca alterações na dinâmica da matéria orgânica e da atividade biológica, modificando, principalmente, os processos intrínsecos do solo, provocando alterações na estrutura e na di- nâmica físico-hídrica do solo.
Apesar dos benefícios oriundos do SPD e sua ampla difusão na região sul do Brasil e rápido avanço para as regiões do cerrado brasileiro (Hernani & Salton, 1998), há trabalhos que indicam um aumento do estado de compactação dos solos submetidos a esse sistema (Secco, 2003; Silva, 2003). A compactação do solo é um processo inerente ao SPD e, portanto, sempre será observada com maior ou menor intensidade. Entretanto, esse sistema possui características que podem ser maximizadas com vistas a re- duzir o processo de compactação e suas conseqüências. Entre essas, desta- ca-se a contínua adição superficial de resíduos vegetais pelas plantas de cobertura, que formam uma cobertura morta e enriquecem as camadas su- perficiais com matéria orgânica. A demarcação de rotas para o trator para as diversas operações na lavoura também pode contribuir para reduzir a compactação.
A matéria orgânica tem grande influência sobre o comportamento físico do solo, quando submetido a tráfego; ela diminui a densidade e o grau de compactação; por outro lado, aumenta a porosidade e, em algum grau, o espaço aéreo do solo quando o mesmo é submetido à compactação pelo trânsito de máquinas (Arvidsson, 1998). Como conseqüência, para um mesmo nível de tráfego, a produtividade é maior nos solos com maiores teores de matéria orgânica. Assim, com o passar dos anos, a densidade do solo sob plantio direto pode diminuir, devido, em parte, ao aumento do teor de matéria orgânica na camada superficial, melhorando a estrutura do solo (Voorhees & Lindstrom, 1984; Reeves, 1995).
Degradação química
A degradação química é a mudança nas propriedades químicas do solo do esta- do favorável para o desfavorável, o que resulta no decréscimo da produtividade do solo. As propriedades químicas importantes do solo são pH, fertilidade, capacidade de troca de cátions (CTC), saturação por bases, oxirredução e teor de matéria orgânica. O processo de degradação pode ocorrer devido à fertiliza- ção inadequada, lixiviação, inundação, prática da monocultura por longo tempo na mesma área, erosão, uso de água salina para irrigação em regiões áridas ou semi-áridas e à calagem excessiva de solos ácidos. As propriedades químicas do solo mencionadas anteriormente são discutidas em relação à degradação e à produtividade das culturas.
pH do solo
O pH é freqüentemente citado como a mais importante propriedade química do solo e pode ser definido como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio. Na realidade, a atividade do íon hidrogênio (aH+) é que é medida através de métodos potenciométricos, em vez da concentração de hidrogênio. Assim, o pH é mais corretamente definido pela seguinte equação (Peech, 1965):
pH = - log aH+
O significado prático da relação logarítmica é que cada mudança de unidade no pH do solo corresponde a uma mudança dez vezes maior na acidez ou na alcalinidade. Isso significa que um solo com pH igual a 6,0 tem dez vezes mais H+ ativo que um outro com pH igual a 7,0, e que a necessidade de calagem cresce rapidamente à medida que diminui o pH.
O pH indica a acidez ou a alcalinidade relativa de um substrato. A escala de pH cobre uma faixa de zero a 14, em que 7,0 indica pH neutro, valores abaixo de 7,0, acidez, e acima de 7,0, alcalinidade. A maioria dos solos agrícolas tem uma faixa de pH de 4,0 a 9,0. Embora o pH seja usado para identificar um solo que necessita de calagem, freqüentemente a quantidade de calcário é alta- mente variável, devido à natureza dinâmica de vários processos do solo e às interações desses processos com as plantas e os microrganismos (Adams, 1981).
A medida do pH na solução do solo representa a acidez ativa do solo. Os íons hidrogênio e alumínio absorvidos pelo solo, bem como outros constituintes do solo que geram íons hidrogênio, constituem a acidez reserva. Os íons alumínio geram íons hidrogênio através de uma série de reações de hidrólise (Lindsay, 1979):
Al3+^ + H 2 O AlOH2+^ + H+ Al3+^ + 2H 2 O Al(OH) 2 ++ 2H+ Al3+^ + 3H 2 O Al(OH) 3 o^ + 3H+ Al3+^ + 4H 2 O Al(OH) 4 -^ + 4H+ Al3+^ + 5H 2 O Al(OH) 52 + 5H+ 2Al3+^ + 2H 2 O Al 2 (OH) 24 +^ + 2H+
Para simplificar, esses tipos de hidrólise são geralmente escritos sem a água de hidratação, mesmo a água estando presente. Vários óxidos e hidróxidos de alu- mínio podem existir no solo. A atividade do Al3+ em equilíbrio com quaisquer desses minerais é dependente do pH, decrescendo mil vezes para cada unidade de aumento no pH (Lindsay, 1979). As sucessivas reações de hidrólise estão associadas com soluções de pH sucessivamente mais alto, pois o dreno para íons hidrogênio aumenta com o aumento do pH. A distribuição das espécies de alumínio conforme o pH é: íon Al(OH)2+, de menor importância e existente somente em uma faixa estreita de pH; íon Al(OH)5, que ocorre somente em valo- res de pH acima daqueles dos solos agrícolas; íon Al3+, predominante em valo- res de pH abaixo de 4,7; Al(OH)2, em pH entre 4,7 e 6,5; Al(OH)3, em pH entre 6,5 e 8,8; Al(OH)4, em pH acima de 8,0 (Marion et al., 1976). Existe considerável controvérsia sobre a hidrólise de Al3+ e as constantes de estabili- dade para várias espécies monômeras e polímeras (Lindsay, 1979), havendo necessidade de investigações adicionais.
As medições de pH do solo podem ser utilizadas como base inicial para a previ- são do comportamento químico dos solos, em especial quanto à disponibilidade de nutrientes e à presença de elementos tóxicos. Fageria et al. (1999) relataram que o limite superior de pH para a maioria das culturas anuais está ao redor de 6,0, tanto em solos de cerrado como em solos de várzeas.
Fageria et al. (1999) relataram que a absorção da maioria dos macronutrientes aumenta com a elevação do pH na faixa de 6,1 a 6,7. A absorção dos micronutrientes, entretanto, diminui significativamente com o aumento do pH do
que reflete mais acuradamente as condições encontradas pelas raízes das plan- tas que a CTC determinada a um dado pH padrão, tal como 7,0 ou 8,2 (Foth & Ellis, 1988). A valência é o principal fator que afeta a probabilidade de que um cátion seja adsorvido na superfície dos colóides. Um cátion trivalente, como Al3+, é mais fortemente adsorvido que Ca2+, que é mais fortemente adsorvido que K+. Os cátions divalentes são retidos com cerca de duas vezes mais energia que os monovalentes. No caso de cátions de valência similar, quanto menor for o cátion, maior será a densidade de carga por unidade de volume e, portanto, maior será a atração de moléculas de água. Essas molécu- las de água atraídas fazem com que o raio hidratado de um cátion menor seja maior que o raio hidratado de um cátion maior. Por esta razão, Ca2+ é mais fortemente adsorvido que Mg2+, enquanto K+ é mais fortemente adsorvido que Na+ (Foth & Ellis, 1988). A capacidade de troca de cátions pode ser au- mentada pela adição de matéria orgânica e pela calagem de solos ácidos.
O método de NH4OAc 1M, para determinar bases trocáveis (sódio, potássio, magnésio e cálcio), e o de KCl 1M, para determinar a acidez trocável e o teor de alumínio, são provavelmente os métodos mais usados (Thomas, 1982). O méto- do de NH4OAc 1M utiliza sal tamponado (reação de troca tamponada a pH 7,0), enquanto o de KCl 1M utiliza sal não-tamponado para medir a acidez trocável e o teor de alumínio, pois o pH durante a reação de troca é controlado pelo solo e não pelo sal do extrator. Algumas comparações de métodos de determinação da CTC (Gillman et al., 1983) têm mostrado que, se os solos analisados têm cargas dependentes do pH, os métodos com sal tamponado oferecem valores mais altos de CTC que aqueles que usam sal não-tamponado.
Saturação por bases
A saturação por bases, outra propriedade química do solo importante para a pro- dução das culturas, pode ser definida como a proporção da capacidade de troca de cátions ocupada por bases trocáveis, que são potássio, cálcio, magnésio e sódio. A partir dos dados da análise química do solo, calcula-se a porcentagem de saturação por bases pela seguinte fórmula:
Saturação por bases (%) = [((Ca + Mg + K + Na)/CTC)] x 100
Se a metade da CTC estiver ocupada por bases trocáveis, a saturação por bases será de 50%. Os outros 50% são ocupados por hidrogênio e alumínio
trocáveis. A baixa saturação de bases é uma característica dos solos ácidos, enquanto a alta saturação por bases é uma característica de solos levemente ácidos a alcalinos. Uma classificação arbitrária de saturação por bases, para a produção das culturas, é a seguinte: muito baixa < 25%, baixa 25 a 50%, média 50 a 75% e alta > 75% (Fageria et al., 1999).
Esses são valores aproximados, uma vez que os valores reais variam entre as espécies e mesmo entre as cultivares de uma mesma espécie. Os valores ade- quados para cada cultura devem ser determinados experimentalmente em cada região agroclimática. Quando a saturação por bases é baixa, há uma predomi- nância de hidrogênio e alumínio adsorvidos no complexo de troca e probabili- dade de ocorrer deficiência de cálcio, magnésio e potássio. Além disso, para se obter uma ótima produção, deve haver um balanço apropriado entre os diferentes cátions básicos. Os valores relatados na literatura são de 65% de cálcio, 10% de magnésio, 5% de potássio e 20% de hidrogênio (Bear et al., 1945). Graham (1959) alterou esse conceito e assegurou que o crescimento da cultura e a produtividade seriam pouco afetados pela saturação por bases dentro das faixas de 65% a 85% de cálcio, 6% a 12% de magnésio e 2% a 5% de potássio, com os íons hidrogênio ocupando os sítios remanescentes. Adams & Henderson (1962) consideraram o solo como deficiente em magnésio se menos de 4% dos sítios trocáveis estivessem ocupados por esse elemento.
Em solos ácidos, a saturação por bases pode ser aumentada pela calagem. A relação entre calagem e saturação por bases em um Oxissolo do Brasil Central pode ser observada na Tabela 1. Originalmente, a saturação por bases do solo sob investigação era de cerca de 20%, mas aumentou linearmente com o incremento das doses de calcário. Para atingir a saturação de bases de cerca de 60%, considerada adequada para a maioria das culturas alimentares, foram necessárias 6 t de calcário dolomítico/ha (Fageria, 2001; Fageria & Stone, 2004). Os Oxissolos dos trópicos contêm predominantemente óxidos e caulinita e têm, caracteristicamente, CTC baixa a moderadamente baixa e, também, alta capacidade de tamponamento. A capacidade tampão refere-se à resistência da solução do solo a mudanças no pH. Isso é devido à ocorrência de concentrações muito maiores de hidrogênio e alumínio adsorvidos ou à acidez reserva do solo, que continua fornecendo íons hidrogênio para a solu- ção do solo.
