Compactação: princípios, níveis críticos, formas de determinação e de prevenção

Milton da VeigaDoutor em Ciência do Solo Epagri – Estação Experimental de Campos Novos, SCE-mail: milveiga@epagri.sc.gov.br

O que é compactação

Compactação pode ser definida como a redução do volume ocupado por uma porção de solo pela aplicação de uma força de compressão externa superior à capacidade do solo suportá-la sem se deformar permanentemente, resultando na redução de sua porosidade, principalmente dos macroporos (Curi et al., 1993). As principais forças externas aplicadas em uma lavoura correspondem ao tráfego de máquinas e de animais. A compactação atinge um nível crítico quando prejudicar o crescimento do sistema radicular das culturas.

Esses autores definem o termo compactação quando esse processo ocorre em função de atividades desenvolvidas pelo homem (antrópicas) e o termo adensamento quando a redução do volume ocorre por fenômenos naturais.

Os dois processos podem ser exemplificados pelo que pode ocorrer em uma lavoura após uma operação de escarificação, que resulta no aumento do volume ocupado pela mesma porção de solo, ou seja, há uma redução da densidade e aumento da porosidade do solo. Pode-se reduzir esse ”novo” volume para um volume próximo do anterior tanto por aplicação de força externa de origem antrópica (tráfego de máquinas ou de animais sob pastejo direto), como por fenômenos naturais (impacto das gotas de chuva e ciclos de umidecimento e secagem do solo) que causam o esboroamento dos torrões e reacomodação dos mesmos em um menor volume em relação ao ocupado imediatamente posterior à escarificação. Aceitando-se como adequada as definições acima, o primeiro processo corresponderia à compactação e o segundo ao adensamento do solo. O processo de adensamento pode ser comprovado pelo aumento da densidade e redução da porosidade nas camadas mais profundas do solo encontrados em condições naturais (sem atividade humana), que é causado tanto pela pressão exercida pelas camadas situadas acima como pelo acúmulo de partículas finas ou de sais em camadas subsuperficiais, que preenchem o espaço poroso e aumentam a densidade do solo.

Causas da compactação do solo

As práticas que levam à compactação estão geralmente relacionadas com a oxidação da matéria orgânica do solo e, consequentemente, redução da agregação e da estabilidade dos agregados. Entre estas podem ser citadas o preparo intensivo do solo, a baixa disponibilidade de pastagem para os animais em áreas de lavoura sob pastejo, a monocultura e outras que resultem em fornecimento de palha em quantidade inferior à necessária para a manutenção da atividade biológica no solo em nível adequado.

O principal fator que leva à compactação do solo é a aplicação de pressões maiores do que a capacidade de suporte (resistência) do mesmo. Essa resistência é variável de acordo com a umidade do solo e com o grau de compactação anterior, sendo menor quando o solo está solto (preparado) e/ou com umidade favorável para que ocorra esse processo (Soehne, 1958), quando também ocorre um maior aprofundamento da ação das forças aplicadas na superfície (Figura 1). O solo manejado sob plantio direto apresenta maior resistência à compactação nas camadas superficiais comparativamente ao solo preparado, como resultado do histórico de tráfego de máquinas ou de animais sobre a superfície do solo (Veiga et al., 2006).

Figura 1: Profundidade de distribuição de uma pressão no perfil em função da resistência do solo (Soehne, 1958 – modificado).

A intensidade de compactação depende principalmente da pressão aplicada na superfície, enquanto a profundidade de compactação depende da largura de aplicação dessa força e da resistência das camadas superficiais, que podem atenuá-la (Soehne, 1958). Assim, quando se aumenta a massa de uma máquina ou equipamento e não se aumenta proporcionalmente a área de contato do pneu desta, aumenta-se a intensidade de compactação. Por outro lado, quando se aumenta proporcionalmente a área de contado do pneu com o aumento da massa da máquina, aumenta-se a profundidade de compactação (Figura 2). Por isso, não é esperado encontrar camadas compactadas a uma profundidade maior que 15 cm quando se utiliza máquinas de pequeno porte ou pisoteio animal em áreas manejadas sob plantio direto e, caso seja encontrada, provavelmente é uma ”herança” do sistema de manejo anterior.

Figura 2: Profundidade de distribuição da pressão em função da largura de sua aplicação na superfície do solo (Soehne, 1958 – modificado).

Parâmetros utilizados para diagnosticar a compactação

Vários parâmetros podem ser utilizados para considerar um solo compactado ou não. A observação de raízes tortas (Figura 3) em um número significativo de plantas, pela análise visual do sistema radicular em diferentes pontos da lavoura, é o mais fácil de ser utilizado por agricultores e técnicos. Outro indicador biológico da existência de compactação do solo é a ocorrência de determinadas plantas espontâneas, com destaque para a guanxuma (Sida sp.). Essa espécie possui um sistema radicular agressivo e se estabelece rapidamente em áreas com compactação severa, principalmente pela falta de concorrentes pelos fatores de crescimento (água, luz e nutrientes).

Figura 3: Perfil de distribuição das raízes em solo com e sem indicação de camada compactada (Desenho fornecido por Eduardo Suzuki).

A existência de camadas com resistência à penetração superior ao valor restritivo para o crescimento radicular, que se situa ao redor de 2 MPa para as culturas de sequeiro, podem se detectadas quando da determinação do perfil de resistência com o penetrômetro, desde que observada a condição de umidade uniforme na profundidade de determinação.

Não há um valor referencial para porosidade total mínima, uma vez que esta varia de acordo com a granulometria do solo. Uma condição propícia para livre fluxo de ar e de água da atmosfera para o solo, e vice-versa, é obtida quando a macroporosidade está acima de 10%. No sistema plantio direto, no entanto, este valor poderia ser um pouco inferior, em função da existência de poros verticais contínuos e estáveis desde a superfície até camadas mais profundas, resultado da construção de galerias pela mesofauna do solo e pela decomposição do sistema radicular das culturas. Por outro lado, valores muito altos de macroporosidade resultam numa drenagem excessiva do solo e favorem a evaporação de água do solo, com redução mais rápida de sua disponibilidade para as culturas.

A densidade do solo também pode ser utilizada como um indicador da existência de camada compactada, mas, para isso, deve-se fazer um ajuste da densidade para o teor de argila do solo, pois quanto maior o teor de argila, menor a densidade do solo restritiva ao crescimento das raízes (Reichert et at, 2007). Isso porque quanto maior a percentagem de material mais fino existente no solo maior a porosidade e menor a densidade do mesmo, em função da dificuldade de ajustar essas partículas no mesmo volume quando comparado com partículas de maior diâmetro.

Figura 4. Densidade crítica do solo determinada a partir do intervalo hídrico ótimo (DScIHO) e da densidade do solo restritiva ao crescimento radicular (DScRest). Os números indicam os resultados obtidos nos diferentes estudos. (Reichert et al., 2007)

Alguns estudos têm demonstrado que um estado intermediário de compactação do solo é mais adequado para a produção das culturas do que a condição de solo muito solto ou excessivamente compactado (Figura 5). A principal razão para isso seria o aumento do volume de poros com diâmetro entre 50 e 0,5 µm, os quais armazenam água disponível para as plantas. A condição de compactação intermediária, desde que não atinja nível restritivo ao crescimento das raízes, também aumenta a resistência do solo e possibilita o tráfego com máquinas em uma faixa mais ampla de umidade sem provocar compactação adicional. Esse aspecto é particularmente importante por ocasião da colheita, quando muitas vezes é necessário entrar na lavoura mesmo que a umidade esteja favorável à compactação, utilizando-se a máquina mais pesada existente na propriedade.

Figura 5. Relação entre o grau de compactação e o rendimento relativo da cultura da soja em solos de diferentes classes texturais (Reichert et. al., 2007).

Métodos para determinar a existência de compactação

Podem ser empregados vários métodos ou equipamentos para medir a compactação do solo, cada um podendo apresentar aspectos positivos ou negativos. Os principais deles são a avaliação visual do sistema radicular, avaliação da densidade e porosidade, determinação da capacidade de infiltração de água no solo à campo ou da condutividade hidráulica saturada em laboratório e a determinação da resistência à penetração no campo ou em laboratório.

A avaliação visual do sistema radicular pode ser feita de forma expedita no campo, abrindo-se uma pequena trincheira ao longo de uma linha de semeadura e expondo o sistema radicular da cultura. Quando uma percentagem significativa de plantas apresentarem um desvio lateral abrupto das raízes, a uma profundidade mais ou menos homogênea, há indicação de existência de camada compactada a partir dessa profundidade. Esse processo é mais fácil de ser observado em plantas com sistema radicular que apresenta uma raiz principal (pivotante), tais como as culturas de soja, feijão e nabo forrageiro. Essa avaliação também pode ser efetuada através de métodos mais elaborados, tais como o perfil cultural ou o desenho do sistema radicular, tomando-se como guia um reticulado exposto na lateral de uma trincheira (Figura 6).

Figura 6. Exposição e colocação de um quadro reticulado para desenho do sistema radicular (Foto fornecida por Dalvan Reinert).

A avaliação de parâmetros de densidade e de porosidade é efetuada em laboratório, em amostras coletadas com a estrutura preservada em anéis volumétricos de diferentes tamanhos. Essa coleta pode ser efetuada em várias camadas, possibilitando o diagnóstico tanto da intensidade como da localização de camadas compactadas (Figura 7). O aumento da densidade do solo e a redução da porosidade total e da macroporosidade são indicativos de um maior estado de compactação. A comparação desses valores com os obtidos em estudos de relação entre crescimento radicular e densidade do solo permite inferir se a compactação atingiu nível crítico para aquele tipo de solo. Com exceção da macroporosidade, os parâmetros determinados através desse método apresentam pequena variação espacial em uma lavoura, não necessitando de um número muito grande de pontos de amostragem para caracterizar o estado de compactação da mesma.

Figura 7. Perfil de densidade e macroporosidade do solo determinadas em camadas de 5 cm de um Cambissolo utilizado com lavouras sob preparo convencional (LA) e pastagem perene (PA). A linha pontilhada vertical indica o valor restritivo de cada parâmetro.

A capacidade de infiltração de água no solo determinada à campo informa sobre a porosidade de drenagem, tanto do volume como da continuidade e estabilidade da mesma. No entanto, não informa sobre a localização da camada que está restringindo essa infiltração, principalmente se há drenagem lateral da água como ocorre no horizonte E dos Argissolos (solos com incremento significativo do teor de argila em profundidade) com mudança textural clara ou abrupta do horizonte E para o B. Esse problema pode ser parcialmente minimizado quando são efetuadas coletas de amostras em diferentes camadas para a determinação da condutividade hidráulica saturada do solo, em laboratório, pois cada camada é avaliada separadamente. Deve-se ressaltar que tanto a determinação à campo como em laboratório apresenta uma grande variação espacial, necessitando de um grande número de determinações para caracterizar adequadamente a condição da lavoura, o que se constitui em uma forte limitação desses métodos.

A determinação da resistência do solo à penetração de uma haste provida de um cone na extremidade, determinada com aparelhos que registram os valores em incrementos de profundidade, se constitui em uma das metodologias que traz informações importantes para diagnóstico da compactação e para a tomada da decisão sobre a estratégia de mitigá-la. Isso porque fornece um perfil de resistência à penetração, que permite o diagnóstico da profundidade e espessura da camada compactada e da magnitude da resistência oferecida pelo solo ao mecanismo de perfuração (Figura 8), podendo ser relacionado com dados de limites críticos para a penetração do sistema radicular de diferentes culturas. O valor obtido, no entanto, apresenta uma grande dependência da umidade do solo, sendo também afetado pela velocidade de penetração. Resultados mais aplicáveis são obtidos quando a determinação é efetuada com velocidade de penetração constante e a camada avaliada apresenta condição de umidade uniforme e próxima da capacidade de campo, o que ocorre de 2 a 4 dias após uma chuva que umedeça toda a camada avaliada. Para minimizar o efeito da variação da umidade do solo entre as camadas e no tempo, a resistência à penetração tem sido determinada no laboratório, em amostras coletadas com a estrutura preservada em camadas diagnósticas nas lavouras, as quais têm sua umidade equilibrada em um ou mais níveis de tensão de água e submetidas ao teste utilizando-se um aparelho com velocidade constante de penetração, em laboratório (Figura 9).

Figura 8. Perfil de resistência do solo à penetração determinada logo após a semeadura em três posições de três sistemas de preparo, com as condições de umidade homogênea no perfil (Veiga et al, 2006, modificado).

Figura 9. Milton da Veiga: ”A determinação da resistência à penetração em condições controladas aumenta a precisão da determinação do estado de compactação do solo”.

Práticas de manejo para prevenir a compactação

As práticas de manejo que previnem a compactação são aquelas que promovem a melhoria da estrutura do solo, o que é conseguido com a adoção de práticas que resultem em pequena mobilização do solo e em grande adição anual de material orgânico para estimular a atividade microbiana. Na decomposição da matéria orgânica os microrganismos atuam na formação e estabilização dos agregados em curto prazo, pela ação das hifas de fungos, médio prazo, pela produção de compostos orgânicos de fácil decomposição (polissacarídeos) e em longo prazo, pela formação de compostos orgânicos aromáticos estáveis associados com cátions polivalentes e polímeros fortemente adsorvidos (Tisdall & Oades, 1982).

Estratégias devem ser adotadas para reduzir a aplicação de pressões sobre a superfície das lavouras, tais como a redução do número de operações com máquinas e equipamentos (Figura 10), da pressão aplicada por unidade de área e da intensidade de pastejo em áreas com integração lavoura-pecuária. Estudos devem ser efetuados para estabelecer a resistência à compactação, estimada através da tensão de pré-consolidação, para as principais classes de solos e sistemas de manejo, para auxiliar a indústria de máquinas e equipamentos na definição das características técnicas destes.

Figura 10: O tráfego intenso promovido na operação de silagem pode ser reduzido com o uso de equipamento com maior largura de corte.

Uma redução efetiva do potencial de compactação pelo tráfego de uma máquina ou equipamento é obtida quando se aumenta a área de contato do pneu com o solo sem aumentar a sua massa, como, por exemplo, quando se aumenta a largura dos pneus ou se utiliza rodados duplos (Figura 11A), bem como diminuindo a inflação dos pneus, desde que estes apresentem características que suportem essa variação. Quando se tratar de um equipamento que não pode ter a largura dos pneus aumentada, como, por exemplo, o pulverizador, recomenda-se o uso de tráfego controlado (Figura 11B). Essa prática é recomendada pelo conhecimento de que a existência de compactação aumenta a resistência do solo e que a repetição do tráfego na mesma posição evita a generalização da compactação na área. Recomenda-se, contudo, que a direção de tráfego seja perpendicular ao declive, para evitar o estabelecimento de processo erosivo nas faixas de tráfego.

Figura 11. O uso de rodados duplos em máquinas pesadas (A) e de tráfego controlado (B) são estratégias para prevenir a compactação generalizada na área.

No caso de áreas utilizadas no sistema de integração lavoura-pecuária com pastejo direto, o princípio fundamental é a disponibilidade de pasto (Figura 12A). Quando utilizado pastejo extensivo, a altura da pastagem deve se situar entre 15 e 20 cm, que corresponde a uma oferta de forragem que permite o pastejo seletivo dos animais sem excessivo deslocamento. Nessa condição, a palhada existente atenua a pressão das patas dos animais sobre o solo, reduzindo o potencial de compactação. No sistema de pastejo rotativo, é necessário observar um período mínimo de 21 a 28 dias entre pastejos e sobra de pasto quando da retirada dos animais, indicando que houve uma oferta de forragem adequada, sem pisoteio excessivo. Nesse caso também é recomendável a disponibilidade de uma área com pastagem perene com espécies de inverno, ou com sobre-semeadura de espécies de inverno sobre pastagem perene de verão, para colocar os animais nos dias em que a condição de umidade for muito favorável à compactação. Em ambos os casos é recomendável a retirada do gado com antecedência mínima de 30 dias da dessecação, para possibilitar o rebrote da pastagem, com produção de quantidade adequada de palha e a redução da compactação da camada superficial do solo através de ciclos de umidecimento e secagem.

A implantação das pastagens e de plantas de cobertura do solo deve ser feita através de semeadura direta, para evitar o revolvimento e manter a resistência do solo, reduzindo, assim, compactação adicional por ocasião do pisoteio dos animais e tráfego de máquinas. Essa prática deverá ser adotada com urgência nas regiões onde ainda são utilizadas grades para esse fim (Figura 12B), sob pena de alcançar níveis generalizados de compactação na camada superficial, restritivos ao crescimento radicular, com redução de produção de pasto e das culturas comerciais.

Figura 12. Pequena disponibilidade de pasto (A) e uso da grade para incorporar a semente de pastagem (B) são práticas de manejo que favorecem a compactação superficial do solo no sistema de integração lavoura-pecuária.

A tão falada rotação de culturas deveria passar do discurso para a prática, diversificando as espécies cultivadas tanto no tempo (sequência) como no mesmo espaço (consórcio ou coquetel de espécies). O uso de consórcios ou coquetéis de espécies de plantas de cobertura de inverno é viável na região sul do Brasil tanto nas áreas utilizadas apenas para produção de grãos como nas utilizadas no sistema de integração lavoura-pecuária, pois existem espécies adaptadas para as condições edafoclimáticas regionais com facilidade de compra ou produção de sementes.

Práticas para reduzir o grau de compactação

Quando a compactação está abaixo, porém próxima, do nível restritivo ao crescimento radicular, pode-se estabelecer uma estratégia de recuperação do solo através de rotação de culturas incluindo espécies com sistema radicular vigoroso (milho, sorgo e nabo forrageiro), além de plantas com sistema radicular fasciculado abundante e com grande produção de massa seca da parte aérea (centeio, aveia e azevém), preferencialmente consorciadas. Isso resultaria em um maior aporte de matéria orgânica e viabilizaríamos a manutenção da qualidade da estrutura nas lavouras que estão nessa condição e, principalmente, na melhoria da estrutura nas lavouras com diferentes níveis de compactação e de degradação do solo.

O uso de escarificador ou subsolador para eliminar camadas compactadas somente é indicado em casos de diagnóstico de compactação severa, quando já ocorre prejuízo significativo à produção das culturas comerciais e aumento da erosão do solo, não devendo ser interpretado como uma operação de preparo do solo para implantação de culturas e sim como uma estratégia de recuperação das condições físicas do solo. Neste caso, inicialmente deve ser determinada a profundidade da camada compactada, uma vez que a haste do equipamento deve atingir uma profundidade maior do que o limite inferior desta. A operação deve ser efetuada preferencialmente no outono, quando é mais viável deixar o solo sem tráfego durante o ciclo de culturas. Nessa estação normalmente ocorre um menor volume de chuvas, viabilizando a realização da operação em uma condição de solo mais para seco do que para úmido, mesmo que isso resulte em maior demanda de potência, consumo de combustível e formação de torrões grandes (Figura 13A). Antes da operação deve ser espalhada sobre a área uma mistura de sementes de, pelo menos, três espécies de inverno ou da estação seca adaptadas para a região (”coquetel”), preferencialmente de famílias botânicas diferentes, como, por exemplo, aveia preta (Avena strigosa), nabo forrageiro (Raphanus sativus) e ervilhaca comum ou peluda (Vicia sp.) no sul do Brasil (Figura 13B). Após a operação de escarificação, a área necessita ficar sem qualquer tipo de tráfego, tanto de máquinas como de animais, até a época de semeadura da cultura de verão. Nesse período ocorrerá o destorroamento e reconsolidação natural do solo pela ação do impacto das gotas de chuva e de ciclos de umedecimento e secagem, com aumento do seu grau de consolidação e, consequentemente, de sua resistência ao tráfego na próxima estação. O sistema radicular das culturas, por sua vez, promoverá a estabilização da nova estrutura que está sendo criada, através da ação mecânica das raízes e da ação químico-física dos exudatos liberados. Ao final do ciclo, quando do manejo dessa cobertura, boa parte da nova estrutura será mantida, resultando em um efeito mais duradouro da operação de escarificação ou subsolagem. Além disso, o grande volume de palha produzido promoverá uma atenuação da pressão aplicada na superfície quando do reinício do tráfego na área. Uma conseqüência indesejável dessa estratégia é o aumento do ”embuchamento” por ocasião da primeira semeadura, pois o solo fica mais solto e dificulta o corte da palhada pelo disco de corte e facilita o arranquio de plantas pelo elemento sulcador.

Figura 13. Aspecto da área após a escarificação (A) e o crescimento do consórcio de plantas de cobertura do solo (B).

Referências

Curi, N.; Larach, J.O.I.; Kämpf, N.; Moniz, A.C.; Fontes, L.E;F. Vocabulário da ciência do solo. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1993. 90p.Tisdall, J.M.; Oades, J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils. Journal of Soil Science, 33:141-163, 1982.Soehne, W., 1958. Fundamentals of pressure distribution and soil compaction under tractor tires. Agricultural Engeneering, 39:276-281, 290.Reichert, J.M.; Suzuki, L.E.A.S.; Reinert, D.J. Compactação do solo em sistemas agropecuários e florestais: identificação, efeitos, limites críticos e mitigação. In: Tópicos em ciência do solo. Viçosa: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2007. P. 49-134.Veiga, M.; Horn, R. Reinert, D.J.; Reichert, J.M. Soil compressibility and penetrability of an Oxisol from southern Brazil, as affected by long-term tillage systems. Soil & Tillage Research, v. 92, p.104-113, 2007.

Revista Plantio Direto, edição 110, março/abril de 2009.