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21/11/2011 1 Propriedades Químicas do Solo José Miguel Reichert Paulo Ivonir Gubiani Retenção e liberação de nutrientes pelo solo K Ca Mg P K N Ca Mg S Mn Cu Zn Fe Mo Cl B Al Al A adsorção de cátions é um fenômeno muito importante para a nutrição de plantas C T C Capacidade Troca Cátions Solução do solo Colóide K K K K 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 pH Argilas 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 H 2 +1/2

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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