Compactação do solo em lavouras cafeeiras

A agricultura moderna está cada vez mais competitiva e a busca por lucratividade associada a sustentabilidade é constante. Por isso, visando a redução dos custos e melhoria da qualidade final do produto, os agricultores estão sempre em busca de inovações tecnológicas e uma destas é a intensificação da mecanização.
Na cafeicultura não é diferente, pois, para reduzir os custos com mão-de-obra e suportar os incrementos em produtividade das lavouras é necessário intensificar a entrada de máquinas em todas as etapas, ou seja, desde a implantação à colheita. Sendo assim, o tráfego de máquinas ocorre em momentos inadequados, muitas vezes independente das condições de solo e clima, causando danos e alterações físicas no solo e, dentre elas, pode-se citar a compactação (Kondo & Dias Júnior, 1999; Corrêa et al., 2001; Richart et al., 2005).
Alguns eventos podem agravar ou amenizar a compactação dos solos, dentre eles pode-se citar: tipo e frequência de carga aplicada; umidade e textura do solo; estrutura do solo; teor de matéria orgânica, dentre outros (Dias Júnior et al., 1994; Dias Junior et al., 1999; Richart et al., 2005).
Nas plantas, a compactação causa danos irreversíveis dentre os quais podem-se citar: redução no porte das plantas, padrão irregular de crescimento e coloração das folhas não características. No sistema radicular, os principais sintomas observados seriam raízes mal-formadas, com aspectos de engrossamento e crescimento horizontal pronunciado (Figura 1) (Queiroz-Voltan et al., 2000; Foloni et al., 2003; Rodrigues et al., 2018). Como consequência haverá uma redução nas produtividades e na vida útil das lavouras cafeeira (Dias Júnior, 2000; Richart et al., 2005; Matiello et al.; 2020).

Figura 1. Esquema representativo de uma raiz crescendo em solo bem manejado (esquerda) e raiz em ambiente compactado (direita).

A compactação, como resultado de várias passadas das máquinas, aumenta a resistência do solo a penetração, reduzindo o crescimento e elongação radicular. As raízes, pivotante ou axiais são afetadas de formas de formas diferentes e cada uma responde de forma individualizada (Moraes et al. 2020). Segundo os autores, para a cultura da soja que foi cultivada em um latossolo sob sistema de plantio direto com e sem compactação, o crescimento radicular em profundidade é severamente alterado quando se aumenta o grau de compactação deste solo, principalmente na camada de 0-20 cm (Figura 2).

Figura 2. Distribuição do crescimento e volume radicular (RLD) de soja em 2D mensurada a campo (i) e calculada (ii) e arquitetura simulada (iii) em latossolo sob cultivo mínimo (a); sistema de plantio direto (b), sistema de plantio direto com 4 passadas de trator e oito passadas de colhedora de soja (d). Adaptado de Moraes et al. (2020).

Ainda, com a intensidade da compactação e com o aumento de tráfego na área, a anatomia celular é ainda mais afetada quando se compara os diferentes anos de cultivo, como por exemplo o primeiro ano (Figura 3A) comparado ao segundo ano (figura 3B) (Moraes et al., 2020).

A)

B)

Figura 3. A) Anatomia de raízes de soja no primeiro ano de cultivo em sistema de plantio direto (a,b,c) e em solo compactado por colhedora (d,e,f) em um latossolo cultivado por um ano e, B) Anatomia de raízes de soja no primeiro ano de cultivo em sistema de plantio direto (a,b,c) e em solo compactado por colhedora (d,e,f) em um latossolo cultivado por dois anos. Adaptado de Moraes et al., (2020).

A cafeicultura brasileira é vitrine mundial e o que se faz aqui é copiado em todo mundo. Entretanto, para suportar os consecutivos recordes de crescimento em produtividade e exportações, torna-se cada vez mais importante o monitoramento dos fatores de produção, e a compactação passa a ser um desses. Desta forma, o objetivo desse boletim é nortear, por meio de conceitos e aspectos fundamentais da física do solo, alguns pontos que podem ser ajustados na cafeicultura Brasileira de forma a minimizar os impactos da compactação.

O solo do ponto de vista físico

O solo é um sistema complexo formados por partículas de tamanho, formas e estrutura diferentes e com partículas capazes de cobrir uma grande área superficial. Pela Física do Solo, o solo é considerado um sistema heterogêneo, poroso, constituído por 3 fases: fase sólida (mineral e orgânica), fase líquida e fase gasosa. Vale lembrar que as proporções de cada uma das fases variam constantemente e são dependentes de vegetação, manejo e clima.
A fase sólida, a todo momento, está em interação com o ar, com a água e com os fluidos que penetram nos poros do solo. Portanto, dificilmente este sistema estará em equilíbrio (Ferreira et al., 2002). Somado a isso, a respiração do sistema radicular das plantas deixa o sistema solo-planta ainda mais complexo.
Neste boletim, serão discutidos algumas características e propriedades que estão intimamente ligadas à compactação e que auxiliarão no manejo para minimizar os efeitos dela na cultura do café.

Textura do Solo

É uma das características físicas mais estáveis e corresponde a distribuição das partículas em relação ao tamanho, sendo que, neste material, serão separadas apenas em areia, silte e argila. A fração argila é a que mais afeta o comportamento físico do solo, pois são as menores partículas e por isso apresentam cargas negativas e positivas, desta forma, atraem cátions e ânions que contribuem para a formação e composição da CTC e CTA do solo (Ferreira et al., 2002).
A textura do solo influencia significativamente o manejo da fertilidade do solo, pois as aplicações de calcário, fósforo, gesso e o parcelamento das adubações visando o aumento da eficiência de uso dos fertilizantes acontece considerando essa característica dos solos (CFSEMG, 1999).
Outras formas de manejo, principalmente os manejos considerados conservacionistas e amplamente utilizados em lavouras cafeeiras, também são definidos com base na textura, dentre estes, pode-se citar a construção de terraços, espaçamento entre linhas e as curvas de nível (Ferreira et al., 2002).

Estrutura do Solo

Refere-se ao arranjamento das partículas do solo e do espaço poroso entre elas, incluindo a forma, o tamanho e disposição dos agregados formados quando estas partículas se agrupam em unidades separáveis (Marshall, 1962). A estrutura pode ser alterada caso ocorra uma mudança na disposição das partículas do solo seja por manejo, atividade biológica ou eventos climáticos (Hillel, 1982; Soane, 1990; Ferreira et al., 2002).
Dentre algumas funções, a estrutura do solo é responsável pelo armazenamento de água, aeração do solo, penetração das raízes e sustentação das plantas, manutenção da temperatura do solo, e consequentemente, da atividade biológica e reserva de nutrientes. Portanto, estudos relacionados à estrutura do solo são necessários para auxiliar no manejo e entender algumas propriedades do solo (Dias Junior et al., 2000; Ferreira et al., 2002).
Alguns fatores podem afetar a formação ou até mesmo a degradação dos agregados, interferindo diretamente na estrutura do solo, dentre eles, citam-se (Ferreira et al., 2002):
I) Cátions do solo: que podem causar floculação ou dispersão;
II) Matéria orgânica: Atua como agente cimentante contribuindo para a agregação das partículas e sendo muito importante para a manutenção da estabilidade;
III) Microrganismos: assim como a matéria orgânica, atuam como agente cimentante pelos produtos excretados;
IV) Sistema radicular das plantas: as conformações do sistema radicular atuam de forma diferentes, pois além da absorção de água do solo e sustentação da planta, as raízes exercem pressões no solo que são capazes de abrir pequenas fissuras e trincas. Ainda, os exsudatos radiculares e a morte de raízes promovem a atividade biológica a qual resulta na produção de agentes cimentantes;
V) Impacto de gotas de chuvas: Pode causar a desagregação das partículas;
VI) Preparo excessivo: pode causar a pulverização do solo e até mesmo compactação;
VII) Temperatura: aumento de temperatura causará a oxidação da matéria orgânica e perda do poder de agregação.

Indicadores da qualidade física do solo

Visando a sustentabilidade agrícola é cada vez maior a consciência ecológica sobre a qualidade do solo. A capacidade do solo em proporcionar ao sistema radicular das plantas condições favoráveis ao seu crescimento e desenvolvimento é denominado qualidade física do solo. A estrutura é a principal responsável por estas condições, sendo determinadas pela disponibilidade de água, aeração, temperatura e resistência que o solo oferece à penetração de raízes (Letey, 1985). A condição estrutural ideal do solo é aquela que permite grande áreade contato entre as raízes e o solo, com espaço poroso suficiente para a movimentação da água e difusão dos gases e que não apresente impedimento mecânico à penetração das raízes (Kopi & Douglas, 1991). E que, de certa forma, a compactação atua de forma direta ou indireta em todos estes atributos.
Os indicadores da qualidade do solo devem ser sensíveis às variações de clima e manejo e possibilitar o acompanhamento dessas alterações a médio e longo prazo (Doran & Parkin, 1994). Os principais indicadores físicos a se destacar são: a densidade do solo, resistência à penetração, porosidade, taxa de infiltração e a disponibilidade de água (Karlen & Stott, 1994).

Densidade do solo

A densidade do solo refere-se à relação entre a massa de solo seco em estufa e o seu respectivo volume total. É um atributo que reflete o arranjo das partículas do solo, que por sua vez, define as características do sistema poroso (Ferreira, 2010), estando intimamente relacionada à qualidade do sistema de produção (Karlen & Stott 1994). O crescimento do sistema radicular das plantas pode ser reduzido com aumento da densidade do solo devido ao impedimento mecânico e redução da porosidade resultado deste incremento.
A densidade do solo e a porosidade total são os atributos físicos do solo frequentemente utilizados para caracterizar a compactação do solo (Panayiotopoulos et al., 1994; Lipiec e Hatano, 2003). Para cada tipo de solo, especialmente com diferentes texturas, há uma densidade crítica, a partir da qual a resistência à penetração e aeração tornam-se restritiva ou impeditiva do crescimento das raízes (Keller e Häkansson, 2010). Reichert et al. (2003) propuseram densidade do solo crítica para algumas classes texturais: textura argilosa de 1,30 a 1,40 Mg m-3; textura média de 1,40 a 1,50 Mg m-3; e textura arenosa de 1,70 a 1,80 Mg m-3.

Resistência à penetração

A força necessária para empurrar um dispositivo para dentro do solo é uma medida da penetrabilidade do solo (Lowery e Morrison, 2002). A mensuração da penetrabilidade do solo é realizada com um dispositivo chamado penetrômetro. Os dados obtidos pelo penetrômetro são tipicamente relatados como a resistência à penetração do solo em termos de força por unidade de área ou resistência à pressão, expressa como um índice de cone (Lowery e Morrison, 2002). Quando não estão disponíveis medições diretas da força da raiz, a resistência à penetração (RP), utilizando penetrômetro, é o melhor método para estimar a resistência ao crescimento radicular no solo, embora sujeito a muitas limitações (Bengough et al., 2011). As investigações agrícolas com uso de penetrômetros tradicionalmente envolveu a medição da RP para avaliar a compactação do solo e sua relação com o crescimento de raiz e produtividade das culturas (Lowery e Morrison, 2002).
Muitos fatores físicos do solo influenciam a resistência à penetração, que incluem conteúdo de água, densidade do solo, tamanho de poros, estrutura, e conteúdo de argila e areia, na resistência à penetração (Taylor et al., 1966). Desses fatores o conteúdo de água e a densidade do solo são considerados críticos (Busscher, 1990; Reichert et al., 2010).
Estudos têm sugerido o uso da resistência à penetração como ferramenta de triagem das condições físicas do solo e sua relação com a produtividade dos cultivos (Whalley et al., 2006; Bölenius et al., 2017). No entanto, o estabelecimento de limites críticos para o crescimento vegetal ainda é divergente, especialmente por causa da influência da umidade do solo no momento da avaliação e do histórico de manejo da área. Moraes et al. (2014) estudando o efeito da resistência à penetração na produtividade de soja e trigo constataram valores limitantes próximos a 3,0 e 3,5 MPa para solo sob preparo mínimo (escarificação) e sistema plantio direto, respectivamente. Outros estudos consideraram o valor de 2,27 MPa (Beutler et al., 2006) e 2,15 MPa (Freddi et al., 2009) como nível crítico de RP para soja. Para a cultura do café o valor de 3,0 MPa vem sendo utilizado como limite crítico (Serafim et al., 2013).
Visando melhorar o diagnóstico da compactação do solo em sistemas agrícolas, Peixoto et al. (2019) propuseram uma nova metodologia para avaliação da condição física do solo usando a resistência à penetração. Nesta metodologia não se utiliza limite crítico para definir se uma área estar ou não compactada. A definição é comparando as glebas com suspeita de compactação com uma gleba que seja referência. A gleba referência deverá ter um solo similar (principalmente em textura), alta produtividade e não apresentar problemas físicos do solo. Avaliações de resistência à penetração serão realizadas na gleba referência e nas glebas sob suspeita, num espaço de tempo que não permita variação de umidade entre as glebas (preferência no mesmo dia). Com os resultados em mãos será feita a comparação de cada gleba suspeita com a gleba referência. Quanto mais diferente os resultados, mais compactado estará a gleba.

Porosidade

A porosidade total do solo é a porção do volume do solo não ocupada por sólidos e atualmente pode classificada em microporos (poros com diâmetros < 0,05mm) e macroporos (poros com diâmetros ≥ 0,5mm) (Kiehl, 1979; Dias Júnior et al., 2000; Ferreira et al, 2002). Os macroporos são importantes para a aeração do solo e infiltração da água, enquanto os microporos são os responsáveis pela retenção e o armazenamento de água para as plantas.
A compactação do solo reduz a porosidade do solo, principalmente os macroporos, causando problemas de aeração, infiltração e permeabilidade da água no perfil. A redução da aeração abaixo de níveis críticos ocasiona deficiência na difusão de gases junto ao sistema radicular das plantas tendo efeito negativo sobre o seu desenvolvimento (Stepniewski et al., 1994). Comumente valores menores que 0,10 m3 m-3 de porosidade de aeração impõem limitações ao pleno desenvolvimento do sistema radicular das plantas (Erickson, 1982; Silva et al., 1994). Porém, estudos mostram que solos excessivamente porosos restringem a absorção de água e nutrientes pelas raízes, em virtude do menor contato solo-raiz, tendo efeito negativo no crescimento e desenvolvimento das plantas (Kooistra et al., 1992; Hakansson et al., 1998).
O manejo do solo impacta a distribuição de poros por tamanho, logo, afeta a capacidade de armazenamento e movimentação de água no solo, fluxo e retenção de calor, desenvolvimento do sistema radicular, dentre outros (Dias Júnior et al., 2000; Ferreira et al., 2002). Vale lembrar que a comparação entre solos quanto a porosidade deve ser cuidadosa e levar sempre em consideração a textura e estrutura dos solos. Pois os solos arenosos, em sua maioria, apresentam menor agregação, desta forma são compostos predominantemente por macroporos (Ferreira et al., 2002).

Taxa de Infiltração de água e disponibilidade de água
O processo pelo qual a água entra no solo é denominado de infiltração. A velocidade com qual essa água entra no solo reflete em alguns parâmetros como escorrimento superficial e refletir na erosão do solo.
Muitos fatores podem influenciar na velocidade de infiltração de água no solo, como por exemplo: a cobertura vegetal, porosidade, condutividade hidráulica do solo e a umidade presente. Vale lembrar que em solos secos a velocidade de infiltração é maior e vai diminuindo à medida que se satura e a distribuição da umidade no perfil do solo segue uma frente de umedecimento que decresce à medida que se aprofunda no perfil do solo (Figura 4) (Dias Junior et al., 2002)

Figura 4. Taxa de infiltração de água no solo em função do tempo (a) e distribuição da umidade no perfil do solo (b). Adaptado de Dias Junior et al. (2000).

Após o término da chuva ou irrigação o processo de infiltração de água no solo termina, porém, o movimento de água dentro do perfil do solo não e, pode persistir por um longo tempo. As camadas superiores do solo que foram molhadas durante a infiltração não conseguem reter essa umidade e, por gravidade, se movimentam para as camadas mais profundas do solo (Dias Junior et al., 2000).
A umidade do solo após esse processo de drenagem superficial é denominada capacidade de campo e depende da textura, composição e estrutura de cada perfil de solo. É uma avaliação que deve ser realizada a campo, pois não há um método laboratorial que consiga reproduzir as condições a campo. Entretanto, as limitações deste método devem ser reconhecidas. Pois, fica evidente que a capacidade de armazenamento de água no solo não está relacionada apenas ao tempo, mas também às suas propriedades físicas e texturais (Dias Junior et al., 2000; Ferreira et al., 2002).
As respostas biológicas que ocorrem devido às condições do solo variam em função do conteúdo de água. Em baixos conteúdos de água a disponibilidade hídrica, a excessiva RP ou o reduzido acesso aos nutrientes são fatores limitantes. Em altos conteúdos de água a limitação ocorre pela reduzida difusão de gases ou aeração do solo (Silva et al., 2010). A faixa de conteúdo de água no solo em que são mínimas as limitações físicas para o crescimento das plantas em termos de disponibilidade de água, aeração do solo e resistência à penetração é conhecido como intervalo hídrico ótimo.
Na figura 5 é possível observar a variação do intervalo hídrico ótimo em função da densidade do solo. Verifica-se que, para essa condição de um Latossolo Vermelho distrófico, valores de densidade menores que 1,10 g cm-3 não apresentam limitações físicas e que densidade do solo acima de 1,37 g cm-3 seriam empecilho ao crescimento radicular (Leão et al., 2004).

Figura 5. Intervalo hídrico ótimo em função da porosidade de aeração, capacidade de campo, ponto de murcha permanente e resistência a penetração (Sá & Santos Júnior, 2005).

Como ocorre a compactação do solo?

A compactação é definida como a redução do volume de solos não saturados após a aplicação de uma pressão externa alterando as propriedades físicas e mecânicas do solo que diminuem as trocas gasosas do solo (Camargo & Alleoni, 1997; Lima, 2004). Após a expulsão do ar, começa a ocorrer a expulsão de água dos poros do solo e esse fenômeno é chamado de consolidação (Figura 2). A compactação do solo é causada pelo tráfego de máquinas e manejo inadequado, que culmina em processos de degradação destes solos (Ferreira et al., 2002).
A revolução verde incrementou as produtividades e intensificou o uso da terra e para que isso se tornasse realidade a utilização de máquinas nas lavouras aumentaram. Com isso também aumentou a compactação dos solos cultivados, visto que as máquinas estão cada vez maiores e são os principais causadores da compactação (Richart et al., 2005).
Como já foi bastante discutido neste boletim, o tráfego de máquinas são os principais causadores de compactações de solo, inclusive na cafeicultura. A aplicação de cargas tanto dinâmicas dos rodados quanto do arraste causam tensões na interface solo-implemento e solo-pneu (Richart et al., 2005). Portanto, o correto dimensionamento das máquinas, tipos e pressão dos pneus e, principalmente, entradas com solo em condições ideais são fundamentais para reduzir esses impactos. A figura 6 ilustra alguns exemplos do que foi dito acima e os seus impactos nas diversas camadas do solo.