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Determinação do teor de umidade no solo

Determination of Moisture Content in Soil

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Determination of Moisture Content in Soil

2.10: Water Quality Analysis via Indicator Organisms

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06:16 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Laboratórios do Dr. Ian Pepper e Dr. Charles Gerba – Universidade do Arizona
Autor de Demonstração: Bradley Schmitz

Os solos normalmente contêm uma quantidade finita de água, que pode ser expressa como o “teor de umidade do solo”. Essa umidade existe dentro dos espaços poros entre os agregados do solo (espaço poros agregados inter-agregados) e dentro dos agregados do solo (espaço poros intra-agregado)(Figura 1). Normalmente este espaço poros é ocupado por ar e/ou água. Se todos os poros são ocupados pelo ar, o solo está completamente seco. Se todos os poros estão cheios de água, diz-se que o solo está saturado.

Figura 1. Espaço poroso no solo.

Principles

Em ambientes naturais ao ar livre, a água é adicionada ao solo através de chuvas ou irrigação deliberada de plantas. Em ambos os casos, a umidade do solo aumenta à medida que mais poros ficam cheios de água às custas do ar. Se todos os poros ficarem cheios de água, o excesso de água agora deixará de cair(Figura 2) através de poros contínuos do solo, até que a chuva ou irrigação cesse. A lixiviação continuará até que os filmes de água dentro dos poros sejam mantidos pela tensão superficial dos coloides do solo contra a força da gravidade. Tal situação é referida como o solo estar em “capacidade de campo” em relação à umidade do solo. Um solo em capacidade de campo tem poros parcialmente cheios de ar, cercados por filmes de umidade do solo. Normalmente, um solo em capacidade de campo é ideal para o crescimento das plantas e microrganismos do solo aeróbico, uma vez que tanto o ar quanto a água estão disponíveis. Em contraste, um solo saturado criará condições anaeróbicas alagadas que podem matar plantas e suprimir micróbios do solo aeróbico, ao mesmo tempo em que estimula micróbios anaeróbicos.

Figura 2. Nutrientes lixiviando no solo.

Considere uma amostra de solo úmido dentro de um recipiente como um béquer. O peso do solo úmido consiste no peso das partículas secas do solo mais o peso da água dentro do solo. Se mais água for adicionada ao solo, o peso úmido do solo aumenta. O peso seco das partículas do solo dentro da amostra é fixado, ou seja,um peso que é o peso seco. Em contraste, há um número infinito de pesos molhados, dependendo da quantidade de água adicionada ao solo. Por causa disso, ao fazer experimentos de laboratório com o solo, o teor de umidade do solo é normalmente expresso em uma base de peso seco, pois o peso seco é constante ao longo do tempo, enquanto o peso úmido ou úmido pode mudar com o tempo. Ao expressar os resultados de um experimento como o teor de nutrientes de um solo, o uso da base de peso seco fornece padronização do resultado final.

Procedure

Pese os dois pratos de alumínio.
Alíquotar aproximadamente 50 g de solo úmido em cada prato de alumínio e reweigh os pratos. Assim, o peso úmido da amostra do solo é agora conhecido.
Seque o solo durante a noite a 105 °C no forno.
Retire os pratos do forno e deixe esfriar.
Reweigh os pratos mais o forno solo seco. Agora o peso do solo seco é conhecido.

A quantidade de água mantida no solo é um componente importante dos processos biológicos e ecológicos, e é usada em aplicações como agricultura, prevenção de erosão, controle de enchentes e previsão de seca.

Os solos normalmente contêm uma quantidade finita de água, que pode ser expressa como o teor de umidade do solo. A umidade existe no solo dentro dos espaços poros entre os agregados do solo, chamado espaço porosinter-agregado, e dentro dos poros no próprio solo, chamado espaço intra-agregadode poros. Se o espaço dos poros é ocupado inteiramente pelo ar, o solo está completamente seco. Se todos os poros estão cheios de água, o solo está saturado.

A medição da quantidade de água mantida dentro do solo, ou o teor de umidade do solo, é essencial para a compreensão das características do solo e dos tipos de plantas e microrganismos que residem nele.

Este vídeo introduzirá o básico do teor de umidade do solo e demonstrará o procedimento para determinar o teor de umidade em laboratório.

Em ambientes ao ar livre, a água é adicionada ao solo naturalmente através da chuva ou deliberadamente com a irrigação das plantas. À medida que os poros do solo ficam cheios de água em detrimento do ar, a umidade do solo aumenta. Quando todos os poros estão cheios de água, o solo está saturado. Se o solo na superfície estiver saturado, o excesso de água deixará o pó para baixo através dos poros em solo mais profundo. O lixiviação continua até que não haja água suficiente para saturar todo o espaço dos poros. Neste ponto os poros contêm um pouco de ar e pelístices finos de umidade. Os filmes de água dentro dos poros são mantidos pela tensão superficial dos coloides do solo, assim a água pára de lixiviar.

Após a lixiviação parar, e o excesso de água ter sido drenado do solo, o solo é descrito como estando em capacidade de campo. O solo em capacidade de campo tem poros que são parcialmente preenchidos com ar, cercados por filmes de umidade. O solo em campo é ideal para o crescimento das plantas e microrganismos do solo aeróbico, uma vez que tanto o ar quanto a água estão disponíveis. Em contraste, o solo saturado, onde todos os poros estão cheios de água, criará um ambiente anaeróbico que pode matar plantas e suprimir micróbios do solo aeróbico.

A massa de solo úmido consiste na massa das partículas secas do solo, além da massa da água dentro do solo. A massa seca das partículas do solo é fixada, enquanto a quantidade de água dentro do solo úmido pode variar. Portanto, o teor de umidade é calculado em uma base seca, em vez de uma base de massa total, para garantir a consistência. O teor de umidade do solo é descrito como a razão da massa de água mantida no solo para o solo seco. A massa de água é determinada pela diferença antes e depois de secar o solo.

O experimento a seguir demonstrará como medir o teor de umidade do solo em laboratório usando esses princípios.

Para começar, colete amostras de solo e transfira-as para o laboratório. Amostras de solo podem ser coletadas no campo usando um solo ou uma espátula. O uso de um solo permite que o solo seja amostrado em profundidades específicas. Transfira-os para o laboratório. Pesar dois pratos de alumínio, e registrar com precisão o peso de cada prato. Alíquota aproximadamente 20 g do solo úmido em cada prato de alumínio, em seguida, reweigh o prato. Subtraia o peso do prato vazio do prato completo para adquirir o peso úmido do solo.

Em seguida, seque o solo durante a noite em um forno definido para 105 °C. No dia seguinte, remova cuidadosamente as amostras de solo do forno usando pinças. Coloque as amostras de solo na parte superior do banco para esfriar. Quando as amostras de solo seco estiverem frias, ressunei-as e registe-as e registe o peso total. Subtraia o peso do prato de alumínio e registre o peso seco do solo.

Calcule o teor de umidade do solo subtraindo o peso do solo seco do peso do solo úmido e, em seguida, dividindo-se pelo peso do solo seco.

Embora a medida seja simples, é importante determinar o teor de umidade do solo para entender melhor as características do solo.

O teor de umidade do solo desempenha um grande rolo nas preocupações ambientais, especialmente quando se considera o escoamento do solo que pode conter fertilizantes e pesticidas. Neste exemplo, o escoamento do solo foi analisado por meio de um estudo simulado de chuva, a fim de determinar a retenção de um composto em solo úmido.

O solo, contendo ureia, foi embalado em caixas de solo e montado sob um simulador de chuva. O escoamento do solo foi coletado, e a concentração de ureia na água do escoamento calculada. A quantidade de ureia no escoamento do solo foi maior para solos com maior teor de umidade, indicando que a ureia é melhor absorvida em solo mais seco do que em umidade.

O destino dos produtos químicos no solo também pode ser analisado por amostragem direta de água dos poros, utilizando um liseímetro, como mostra este exemplo. Neste experimento, foram instalados linfômetros, ou tubos metálicos longos, em solo com grama de grama para analisar a água dos poros em solo vegetativo.

O amostrador de água dos poros foi então instalado, e a água bombeada do liseímetro após a aplicação de produtos químicos no solo. A água coletada foi então analisada, e a concentração de produtos químicos aplicados correlaciona-se à profundidade do solo e ao teor de umidade.

Os resultados demonstraram que a concentração do monódio de herbicida arsenato de metila, ou MSMA, foi a mais alta nos 2 cm superiores do solo.

Você acabou de assistir a introdução do JoVE ao conteúdo de umidade do solo. Agora você deve entender como medir com precisão o teor de umidade do solo em laboratório. Obrigado por assistir!

Results

Calcule o teor de umidade do solo para cada uma das amostras de réplica usando a seguinte equação:

% teor de umidade (MC) =

(base seca wt. )

Cálculos de exemplo:

M = 102 g

D = 90 g

∴ % MC =

MC = 13,3%

Com a adição de 5 g de água, o novo M = 107 e D ainda equivale a 90

∴ % MC =

Novo MC = 18,9%

Applications and Summary

O conhecimento do teor de umidade de um solo em uma base de peso seco é útil de várias maneiras. Por exemplo, se os experimentos são conduzidos com o solo que deve ser alterado com uma concentração conhecida de fertilizante de amônio (por exemplo 50 μg/g), então o teor de umidade em uma base de peso seco deve ser determinado. Se o cálculo fosse concluído em base de peso úmido, a quantidade de fertilizante a ser adicionado dependeria do teor de umidade (e, portanto, do peso úmido) da amostra do solo. Da mesma forma, se forem consideradas plantas em vasos, o teor de umidade deve ser conhecido para garantir que o solo não esteja muito seco (não há umidade suficiente para o crescimento da planta) ou muito úmido (encharcado e anaeróbico). Em uma situação de campo, o conhecimento do teor de umidade do solo pode evitar o excesso de irrigação e lixiviação de nutrientes do solo.

Transcript

The amount of water held in soil is an important component of biological and ecological processes, and is used in applications such as farming, erosion prevention, flood control, and drought prediction.

Soils typically contain a finite amount of water, which can be expressed as the soil moisture content. Moisture exists in soil within the pore spaces between soil aggregates, called inter-aggregate pore space, and within pores in the soil aggregates themselves, called intra-aggregate pore space. If the pore space is occupied entirely by air, the soil is completely dry. If all of the pores are filled with water, the soil is saturated.

The measurement of the amount of water held within the soil, or the soil moisture content, is essential to the understanding of soil characteristics and the types of plants and microorganisms that reside in it.

This video will introduce the basics of soil moisture content, and demonstrate the procedure for determining moisture content in the laboratory.

In outdoor environments, water is added to soil naturally through rainfall or deliberately with the irrigation of plants. As the pores in the soil become filled with water at the expense of air, the soil moisture increases. When all of the pores are filled with water, the soil is saturated. If the soil at the surface is saturated, excess water will leach downward through pores into deeper soil. Leaching continues until there is not enough water to saturate all of the pore space. At this point pores contain some air and thin films of moisture. The water films within the pores are held by the surface tension of soil colloids, thus water stops leaching.

After leaching stops, and excess water has drained from the soil, the soil is described as being at field capacity. Soil at field capacity has pores that are partially filled with air, surrounded by films of moisture. Soil at field capacity is optimal for plant growth and aerobic soil microorganisms, since both air and water are available. In contrast, saturated soil, where all pores are filled with water, will create an anaerobic environment that can kill plants and suppress aerobic soil microbes.

The mass of moist soil consists of the mass of the dry soil particles, plus the mass of the water within the soil. The dry mass of the soil particles is fixed, whereas the amount of water within moist soil can vary. Therefore, moisture content is calculated on a dry basis, rather than a total mass basis, to ensure consistency. The moisture content of soil is described as the ratio of the mass of water held in the soil to the dry soil. The mass of water is determined by the difference before and after drying the soil.

The following experiment will demonstrate how to measure soil moisture content in the laboratory using these principles.

To begin, collect soil samples and transfer them into the laboratory. Samples of soil can be collected in the field using a soil auger, or a trowel. Use of a soil auger allows for the soil to be sampled to specific depths. Transfer them into the laboratory. Weigh two aluminum dishes, and accurately record the weight of each dish. Aliquot approximately 20 g of the moist soil into each aluminum dish, then reweigh the dish. Subtract the weight of the empty dish from the full dish to acquire the moist soil weight.

Next, dry the soil overnight in an oven set to 105 °C. On the next day, carefully remove the soil samples from the oven using tongs. Place the soil samples on the bench top to cool. When the dry soil samples are cool, reweigh them and record the total weight. Subtract the weight of the aluminum dish, and record the dry soil weight.

Calculate the moisture content of the soil by subtracting the weight of the dry soil from the weight of the moist soil, and then dividing by the weight of the dry soil.

Although the measurement is simple, it is important to determine soil moisture content in order to better understand soil characteristics.

Soil moisture content plays a large roll in environmental concerns, especially when considering soil runoff that may contain fertilizers and pesticides. In this example, soil runoff was analyzed using a simulated rainfall study in order to determine the retention of a compound in moist soil.

Soil, containing urea, was packed into soil boxes and assembled under a rainfall simulator. Soil runoff was collected, and the concentration of urea in the runoff water calculated. The amount of urea in the soil runoff was higher for soils that had higher moisture content, indicating that urea is better absorbed in drier soil, than in moist.

The fate of chemicals in soil can also be analyzed by direct pore water sampling, using a lysimeter, as shown in this example. In this experiment, lysimeters, or long metal tubing, were installed in soil with turf grass to analyze pore water in vegetative soil.

The pore water sampler was then installed, and water pumped from the lysimeter after applying chemicals to the soil. The collected water was then analyzed, and the concentration of applied chemicals correlated to soil depth and moisture content.

The results demonstrated that the concentration of the herbicide monosodium methyl arsenate, or MSMA, was the highest in the top 2 cm of soil.

You’ve just watched JoVE’s introduction to soil moisture content. You should now understand how to accurately measure soil moisture content in the laboratory. Thanks for watching!

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