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Revista Brasileira de Ciência do Solo

On-line version ISSN 1806-9657

Rev. Bras. Ciênc. Solo vol.35 no.4 Viçosa July/Aug. 2011

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832011000400018 

COMISSÃO 2.2 - FÍSICA DO SOLO

 

Condutividade e retenção de água em neossolos e saprolitos derivados de arenito1

 

Hydraulic conductivity and water retention in leptosols-regosols and saprolite derived from sandstone, Brazil

 

 

Fabrício de Araújo PedronI; Jessé Rodrigo FinkII; Miriam Fernanda RodriguesIII; Antonio Carlos de AzevedoIV

IProfessor do Departamento de Solos, Universidade Federal de Santa Maria - UFSM. Av. Roraima 1000, CEP 97105-900 Santa Maria (RS). E-mail: fapedron@ufsm.br
IIMestrando do Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. Av. Bento Gonçalves 7712, Caixa Postal 15100, CEP 91540-000 Porto Alegre (RS). E-mail: fink1@gmail.com
IIIMestranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, UFSM. E-mail: miriamf_rodrigues@yahoo.com.br
IVProfessor do Departamento de Ciência do Solo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - ESALQ. Caixa Postal 09, CEP 13418-900 Piracicaba (SP). Bolsista do CNPq. E-mail: aazevedo@usp.br

 

 


RESUMO

Os Neossolos são solos que apresentam inúmeras limitações de uso, principalmente relacionadas à sua profundidade efetiva, e têm sido muito pouco pesquisados no Brasil. Neossolos desenvolvidos sobre rochas sedimentares devem receber especial atenção para que sejam evitados danos ambientais, como a contaminação de aquíferos. O objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento da condutividade hidráulica e a capacidade de retenção de água em perfis de Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos derivados de arenito da Formação Caturrita no Rio Grande do Sul. Foram levantados dados morfológicos e determinadas a granulometria, porosidade, densidade do solo (Ds), condutividade hidráulica saturada (Ks), infiltração básica de água no campo (IB) e retenção de água em amostras de solo e saprolito de seis perfis de Neossolos. Os perfis apresentaram Ds elevada, baixa macroporosidade e alta microporosidade, o que contribuiu para baixa Ks e IB, mesmo em condições de textura franco-arenosa e camada saprolítica altamente fraturada. Os dados de Ks e IB apresentaram elevado coeficiente de variação entre os perfis analisados e entre as repetições de um mesmo perfil. A retenção de água teve valores superiores nas camadas Cr em relação aos horizontes A e volume superior de água disponível às plantas variável entre horizonte A e saprolito para os perfis analisados.

Termos de indexação: pedologia, física de solos, infiltração de água no solo.


SUMMARY

Leptosols and Regosols are soils with a series of restrictions for use, mainly related to the effective depth, which have been poorly studied in Brazil. These soils, when derived from sedimentary rocks should be treated with particular care to avoid environmental damage such as aquifer contamination. The purpose of this study was to verify the behavior of hydraulic conductivity and water retention capacity in profiles of Leptosols and Regosols derived from sandstone of the Caturrita formation in Rio Grande do Sul state. The morphology, particle size distribution, porosity, soil density (Ds), saturated hydraulic conductivity (Ks), basic water infiltration in the field (BI) and water retention were determined in soil and saprolite samples of six soil profiles. High Ds, low macroporosity and high microporosity were observed in the profiles, resulting in a low Ks and BI, even under conditions of sandy texture and a highly fractured saprolite layer. The variation coefficients of data of Ks and BI were high among the studied profiles and between replications of a same profile. Water retention of the studied soils was higher in Cr layers than in the A horizons and the volume of plant-available water greater and variable among A horizons and Cr layers.

Index terms: pedology, soil physics, soil water infiltration.


 

 

INTRODUÇÃO

Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos são solos pouco desenvolvidos, caracterizados, em geral, pelo baixo potencial de uso agrícola e não agrícola, devido, principalmente, às suas condições morfológicas e ambientais. Esses solos apresentam sequência de horizonte e, ou, camadas do tipo A-R ou A-Cr-R, com pequena profundidade efetiva, com contato lítico dentro de 50 cm na classe dos Neossolos Litólicos e maior que esse limite na dos Neossolos Regolíticos (Embrapa, 2006). Em ambos os casos, o contato com o saprolito (Pedron et al., 2009, 2010) pode ocorrer relativamente próximo da superfície. São solos frequentemente associados a terrenos acidentados e pedregosos, mas podem ocorrer em áreas pouco movimentadas ou planas, dependendo das condições climáticas e geológicas. No Estado do Rio Grande do Sul (RS), esses solos ocupam aproximadamente 22 % de sua área (Brasil, 1973).

Em caso de solos pouco desenvolvidos, como os Neossolos em questão, a camada saprolítica assume importante papel ambiental, pois altera o crescimento e desenvolvimento da vegetação e os fluxos hídricos no perfil (Schafer et al., 1979; Lietzke & Weber, 1981; Stolt & Baker, 1994; Sternberg et al., 1996; Pedron et al., 2009; Stürmer et al., 2009). Entretanto, a falta de informações sobre aspectos morfológicos, químicos, físicos e mineralógicos desses materiais saprolíticos, no Brasil, tem contribuído para o uso inadequado dos Neossolos, especialmente os mais rasos, e sua consequente degradação.

As áreas de ocorrência de rochas sedimentares no Rebordo do Planalto e na Depressão Central do RS apresentam importância ambiental porque fazem parte do Sistema Aquífero Guarani (Soares et al., 2008). Nessas áreas, a presença de solos com textura predominantemente arenosa e pequena profundidade confere maior fragilidade ao aquífero, visto que a sua camada protetora é mais delgada e frágil. Contudo, o grau dessa fragilidade precisa ser verificado com dados de campo e laboratório. Assim, o conhecimento da configuração morfológica, condutividade hidráulica e do potencial de retenção de água nos Neossolos sobre o Sistema Aquífero Guarani é fundamental para a manutenção do ambiente natural.

O objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento da condutividade hidráulica e da capacidade de retenção de água em perfis de Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos derivados de arenito da Formação Caturrita no RS.

 

MATERIAL E MÉTODOS

O estudo foi desenvolvido no município de Santa Maria, na região central do Rio Grande do Sul (RS), conhecida como Rebordo Meridional do Planalto Gaúcho (Figura 1), onde o clima é do tipo Cfa de Köppen - clima subtropical, úmido sem estiagem. A temperatura média anual é de 19,2 °C, e a precipitação pluvial anual média, de 1.708 mm, bem distribuídos nos 12 meses (Maluf, 2000).

O substrato geológico pertence à Formação Caturrita, originada do Triássico, sobre a Bacia do Paraná. Essa formação sedimentar é de origem fluvial, constituída por arenitos finos a médios de composição quartzosa e matriz argilosa, podendo conter considerável teor de feldspato e, ainda, fácies pelíticas.

A Formação Caturrita apresenta comportamento predominante de aquífero (Maciel Filho, 1990; Pierini et al., 2002).

Os dados ambientais e taxonômicos referentes aos perfis estudados estão dispostos no quadro 1. A determinação da granulometria total foi efetuada em relação à massa total da amostra seca coletada no campo, diretamente na face do perfil, com três repetições. As amostras foram separadas por tamisamento seco, considerando-se as seguintes classes granulométricas: terra fina (< 2 mm), cascalho (2 a 20 mm), calhau (20 a 200 mm) e matacão (> 200 mm). A granulometria da fração terra fina foi realizada via tamisamento úmido seguido de sedimentação pelo método da pipeta, utilizando o NaOH 1 mol L-1 como dispersante químico, enquanto a argila natural foi dispersa em água (Embrapa, 1997). O grau de floculação (GF) foi calculado conforme orientações da Embrapa (1997). As análises químicas de rotina (dados não apresentados), realizadas visando à classificação taxonômica dos perfis de solos, seguiram o método da Embrapa (1997).

No quadro 2 são apresentados dados referentes ao fraturamento das camadas saprolíticas e rochosas determinados por Pedron et al. (2010). A condutividade hidráulica saturada (Ks) foi analisada em laboratório pelo método do permeâmetro de carga constante, segundo Embrapa (1997). Amostras com estrutura preservada foram coletadas em cilindros (Ø= 6 cm; h = 5 cm), saturadas em laboratório e submetidas a uma carga hidráulica constante, obtendo -se, após a estabilização do fluxo hídrico na amostra, a percolação de água pelo tempo. Nos mesmos cilindros da Ks foram determinados a macroporosidade, microporosidade e densidade do material. Os conteúdos de água correspondentes ao ponto de saturação e na tensão de 6 kPa foram utilizados como correspondentes a porosidade total e microporosidade do material, respectivamente. A macroporosidade foi determinada pela diferença entre a porosidade total e a microporosidade, e a densidade do solo (Ds) foi obtida pela relação entre a massa seca do material (g) e o seu volume (cm3) (Embrapa, 1997).

A curva característica de água foi determinada nos potenciais de -1, -6 e -10 kPa em coluna de areia; -10 e -33 kPa em membranas de Richards; e de -100 a -3.000 kPa, em amostras deformadas, em psicrômetro de ponto de orvalho. Os valores da umidade volumétrica e o potencial matricial foram ajustados à equação de van Genuchten (van Genuchten, 1980).

A taxa de infiltração de água no solo foi determinada pelo método dos duplos cilindros concêntricos, conforme Embrapa (1997). As leituras foram tomadas a 1, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 150 e 180 min após o início do teste. Ajustou-se o modelo de Kostiakov para a lâmina infiltrada e para a taxa de infiltração, definindo-se como infiltração básica (IB) do solo o instante em que a declividade da curva de infiltração de água no solo equivaleu a -0,01 cm h-1 minuto-1 (Cauduro & Dorfman, 1986).

As definições de horizontes e camadas usadas para designar solo, saprolito e rocha, adotadas neste trabalho, seguiram as sugestões de Pedron et al. (2009). Todas as análises físico-hídricas foram realizadas com cinco repetições por amostra, nos horizontes e camadas onde foi possível a coleta dos cilindros.

 

RESULTADOS

Os perfis de Neossolos Litólicos apresentaram sequência de horizontes/camadas A e RCr, com horizonte A de profundidade igual ou inferior a 23 cm (P4 e P6). Já os perfis de Neossolos Regolíticos apresentaram sequência de horizontes/camadas A, Cr e RCr, com espessura do saprolito variando de 63 cm no P1 a 39 cm no P3. A espessura do horizonte A é superior nos Neossolos Regolíticos (Quadro 3). Os horizontes A de todos os perfis não apresentaram fragmentos de materiais grosseiros. No entanto, as camadas Cr, consideradas saprolíticas, apresentaram terra fina preenchendo parte das fraturas, com variação de 218 g kg-1 no Cr1 do P2 a 10 g kg-1 no Cr2 do P1 e P5. Em relação à fração grosseira, predominaram fragmentos do tamanho de calhaus, com exceção do Cr1 e Cr2 do P2, onde predominaram cascalhos.

Em relação à granulometria da fração terra fina, os teores de argila foram baixos, em torno de 100 a 140 g kg-1, com exceção do Cr1 no P2, com 298 g kg-1, e do A no P4, com 256 g kg-1. Os teores de areia foram elevados, com variação de 533 a 805 g kg-1 nos horizontes A do P4 e P5, respectivamente, classificando o P1, P2, P3 e P6 como franco-arenosos, o P4, como franco-argilo-arenoso, e o P5, como areia franca. Ressalta-se que a fração areia predominante foi a fina. Os valores percentuais do GF foram relativamente altos, acima de 50 %, com a maioria acima de 70 %. Esses valores refletem os teores médios a baixos de argila dispersa. A relação silte/argila apresentou variação média de 1,2 no horizonte A e 0,8 nas camadas Cr.

No quadro 4 são apresentados os dados de porosidade, Ds e Ks dos perfis estudados. Verifica-se que os valores de macroporosidade são baixos, com variação de 3 a 12 % entre os perfis. A microporosidade apresentou variação de 33 a 47 % do volume. Os valores de densidade dos solos e saprolitos são elevados: entre 1,67 e 1,84 Mg m-3. Os seis perfis apresentaram baixa Ks, com destaque para o P4 e P6, com 0,25 e 0,46 cm h-1, respectivamente. Os maiores valores são encontrados no P1 e P5, com 3,51 e 3,28 cm h-1, respectivamente. Dentro de cada perfil, a camada saprolítica (Cr) apresentou menor Ks que o horizonte A. Essa mesma relação não aconteceu para os atributos porosidade e densidade. A microporosidade e a Ds mostraram baixo coeficiente de variação; já a macroporosidade e, principalmente, a Ks apresentaram maior dispersão dos dados entre as repetições e entre as médias da população.

Na figura 2 são encontrados os dados referentes à infiltração de água nos perfis estudados. Assim como a Ks, as taxas de infiltração e a infiltração acumulada de água foram baixas. Verifica-se que somente o P2 e o P5 apresentaram infiltração acumulada superior a 100 mm, mas isso somente em uma das repetições, pois nas demais os valores foram inferiores a 37 mm.

Os menores valores foram encontrados no P4, com 15, 3 e 3 mm nas suas repetições. Os valores de IB foram relativamente baixos, com ampla variação: de 0,1 a 164 mm no mesmo perfil (P3). O P6 apresentou os menores valores: 0,1, 0,4 e 14 mm nas suas três repetições. O CV para as repetições da IB variou de 72,7 a 164,3 % entre os perfis.

Os dados de retenção de água são apresentados na figura 3. Observa-se que a retenção de água nos horizontes A é inferior à verificada nos saprolitos, com exceção do P1, onde o Cr apresentou maior retenção que o horizonte A somente após o potencial de -100 kPa. A umidade volumétrica no potencial de -10 kPa, considerado equivalente à capacidade de campo (CC), foi de 0,42 a 0,51 cm3 cm-3. No potencial de -1.500 kPa, considerado o ponto de murcha permanente (PMP), a umidade volumétrica variou entre 0,10 e 0,24 cm3 cm-3 no horizonte A do P4 e P5, respectivamente.

 

DISCUSSÃO

Os dados morfológicos e físicos dos quadros 2 e 3 mostram que os perfis apresentam variabilidade na sequência de horizontes, na profundidade efetiva, na granulometria e na configuração de fraturas, o que pode estar contribuindo para a variação nos dados de porosidade, principalmente a macroporosidade. Devido à inexistência de dados sobre Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos derivados de arenito no RS, a comparação foi realizada com Argissolos da mesma região que apresentam características morfológicas e físicas semelhantes no horizonte A. Os valores de macroporosidade são semelhantes aos encontrados por Streck et al. (2004) e Lima et al. (2006) em Argissolo com textura franco-arenosa em Santa Maria, RS. Contudo, os valores de microporosidade obtidos por esses autores foram, em geral, inferiores ao valor mínimo encontrado para os Neossolos (33 %).

Os valores de Ds obtidos neste trabalho são semelhantes aos encontrados em solos compactados, inclusive sob compactação induzida. Em estudos com Argissolos foram encontradas Ds de 1,68 e 1,82 Mg m-3 (Lima et al., 2006) e 1,77 e 1,85 Mg m-3 (Streck et al., 2004) para área sob sistema plantio direto sem e com compactação induzida, respectivamente. Collares et al. (2006) obtiveram valores críticos de Ds, considerando o intervalo hídrico ótimo, em área mantida sob plantio direto por 12 anos, de 1,76 Mg m-3 e valores máximos de 1,93 Mg m-3, em área sob plantio direto compactado. Ressalta-se que o histórico de uso das três áreas estudadas neste trabalho é de pousio associado à pecuária de baixa intensidade (carga animal média de 0,5 unidade animal ha-1) por mais de 10 anos, sugerindo que a elevada Ds nessas áreas tem origem diferente daquela resultante do uso agrícola e pecuário intensivo.

Nos dados de Ks fica evidente a sua redução em profundidade, quando comparados os horizontes A e as camadas Cr. Entretanto, os menores valores de Ks são dos horizontes A dos Neossolos Litólicos (P4 e P6). Lima et al. (2006) apresentaram valores de Ks obtidos em Argissolo com textura franco-arenosa semelhantes aos encontrados em Neossolos, com valores médios de 4,40 cm h-1 sob plantio direto, 2,82 cm h-1 sob plantio convencional e 1,05 cm h-1 sob plantio direto com compactação induzida. Esses valores sugerem que a Ks, nos Neossolos analisados neste trabalho, foi alterada pela elevada densidade e baixa macroporosidade do sistema. Embora sejam comuns as correlações entre macroporosidade e Ds com a Ks (King & Franzmeier, 1981; McKeague et al., 1982; Mbagwu, 1995), elas não foram verificadas neste trabalho; contudo, foi observado que os dois menores valores de Ks estão associados aos valores mais elevados de Ds e menores valores de macroporosidade.

Os valores de infiltração de água nos perfis derivados de arenito da Formação Caturrita foram baixos quando comparados aos de outros Neossolos derivados de rochas vulcânicas da Formação Serra Geral no RS. As infiltrações básica e acumulada, neste trabalho, apresentaram valores máximos de 164 mm h-1 e 136 mm, respectivamente. Stürmer et al. (2009), analisando perfis de Neossolos derivados de rochas vulcânicas, encontraram valores de até 953 mm h-1 e 5.160 mm para os mesmos parâmetros. Além disso, os baixos valores de r2 da curva ajustada e a sua variação entre as repetições para o mesmo perfil, evidenciados pelo elevado CV, mostram que, embora os valores sejam baixos, destoando daqueles encontrados por Stürmer et al. (2009), ainda apresentam certa variação no comportamento da infiltração, o que se reflete, inclusive, no tipo de ajuste matemático dos dados para o mesmo perfil.

O fluxo hídrico em saprolitos é regulado pelas fraturas do material, sua macroporosidade e pelo preenchimento dessas fraturas e macroporos, principalmente com material fino (McKay et al., 2005; Vepraskas, 2005; Stürmer et al., 2009). As camadas saprolíticas dos perfis de Neossolos Regolíticos encontram-se altamente fraturadas, porém com espaçamento entre fraturas relativamente pequeno e preenchido com solo, raízes e saprolitos alterados. Além disso, verifica-se incremento de argila em profundidade nas camadas Cr, o que contribui para redução da K s e infiltração de água no perfil. Outra evidência da importância das fraturas foi a menor infiltração de água naqueles perfis com contato lítico próximo da superfície e sem fraturamento aparente (P4 e P6).

A baixa Ks e IB nos perfis de Neossolos deste trabalho pode ter relação com a continuidade de poros. Foi verificado valor baixo de macroporos, associado a elevado teor de areia e silte. Os elevados teores de areia fina e silte na granulometria dos horizontes superficiais (A) podem estar contribuindo para deposição desse material nos macroporos, reduzindo seu volume e sua continuidade. Dados de Driese & McKay (2004), Cumbie & McKay (1999) e Cey et al. (2009) sugerem que partículas finas, como argila, silte e areia fina, podem ser transportadas em meio poroso e depositadas nas superfícies dos poros, podendo ocasionar a sua obstrução. O preenchimento dos macroporos e fraturas com argilominerais e óxidos impede o fluxo preferencial e reduz a sua condutividade hidráulica para próxima da matriz do solo ou saprolito (Vepraskas, 2005; McKay et al., 2005).

Conforme Reichert & Cabeda (1992), solos arenosos com predominância de areia fina são mais suscetíveis à desagregação pelas gotas da chuva. Além disso, teores de argilas expansivas elevam as chances de dispersão de agregados e selamento da camada superficial (Wakindiki & Ben-Hur, 2002). A análise mineralógica obtida por difratometria de raios X da fração argila dos Neossolos sedimentares deste trabalho indicou o predomínio de micas e esmectitas associadas a caulinitas (Fink & Pedron, 2009). Dados apresentados por Reichert & Cabeda (1992) apontam para uma densidade da crosta de selamento superficial de 2,18 Mg m-3 para Argissolos com textura franco-arenosa - situação ainda mais limitante que a encontrada para os Neossolos deste trabalho. Entretanto, esses dados reforçam a hipótese de que o processo de adensamento dos Neossolos derivados de arenito pode ter ocorrido naturalmente, por dispersão do sistema e deposição de partículas finas nos macroporos ao longo do tempo.

A baixa Ks e IB dos Neossolos condiciona elevada suscetibilidade aos processos erosivos. Solos relativamente rasos, com textura arenosa a franco-arenosa, contato saprolítico (Pedron et al., 2009) e lítico próximo à superfície, com baixa permeabilidade associada a relevo ondulado a forte ondulado, tornam o sistema frágil à ação da água da chuva, criando condições favoráveis à erosão (Wakindiki & Ben-Hur, 2002). Esse fato eleva o potencial de degradação do aquífero constituído pelo arenito Caturrita.

A retenção de água nos horizontes A foi, de maneira geral, inferior à retenção nas camadas Cr. Entretanto, o volume de água disponível às plantas, aquele entre o CC e o PMP, nos perfis P1 e P2 foi superior no horizonte A em relação à camada Cr, o que não ocorreu nos perfis P3 e P5, onde a disponibilidade de água na camada Cr foi superior. Essa condição de retenção e disponibilidade hídrica dos saprolitos, associada ao seu intenso fraturamento, é importante para a manutenção da umidade para as plantas em solos pouco desenvolvidos como os Neossolos, sobretudo em períodos de deficiência hídrica (Sternberg et al., 1996).

 

CONCLUSÕES

1. Os Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos avaliados, com textura média a arenosa, apresentaram características físico-hídricas atípicas, com densidade do solo elevada, baixa macroporosidade, alta microporosidade, apresentando saprolito com fraturas preenchidas por material fino, o que resultou em baixa condutividade saturada e baixa taxa de infiltração de água no solo.

2. A condutividade saturada e a infiltração de água para os Neossolos estudados apresentaram elevado coeficiente de variação entre os perfis analisados e entre as repetições de um mesmo perfil, conferindo com a literatura disponível para Neossolos Litólicos e Neossolos Regolíticos.

3. A retenção de água foi superior no Cr, em relação aos horizontes superficiais A, porém a disponibilidade de água apresentou-se variável entre o horizonte A e o Cr para os perfis analisados.

 

AGRADECIMENTOS

Ao FIPE (Fundo de Incentivo à Pesquisa) da UFSM, à FAPERGS e ao CNPq, pelo auxílio financeiro no desenvolvimento do trabalho.

 

LITERATURA CITADA

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1 Recebido para publicação em 20 de agosto de 2010 e aprovado em 24 de maio de 2011.

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