A influência da ação de congelamento-descongelamento e das características do tamanho das partículas na resistência ao cisalhamento do solo negro

Por que campos congelados importam

Nas planícies de solo negro do Nordeste da China, os agricultores dependem de alguns dos terrenos mais férteis do planeta. Ainda assim, todo inverno esse solo congela repetidamente e descongela na primavera. Essas variações de temperatura alteram discretamente o modo como os grãos do solo se aderem entre si e a facilidade com que podem ser lavados ou levados pelo vento. Este estudo faz uma pergunta simples, porém crucial: como ciclos repetidos de congelamento–descongelamento, combinados com diferentes tamanhos de grãos do solo, alteram a resistência e a estabilidade desse valioso solo negro?

Como o estudo foi organizado

Os pesquisadores coletaram solo negro de uma importante região agrícola na província de Heilongjiang, onde culturas como milho e soja são amplamente cultivadas. Eles removeram cuidadosamente raízes e pedras e então separaram o solo em sete grupos: um com uma mistura natural de tamanhos de grãos e seis compostos por faixas estreitas de tamanho, desde pedaços grossos maiores que 5 milímetros até partículas muito finas menores que um quarto de milímetro. Todas as amostras foram ajustadas para um nível de umidade baixo e realista de inverno, cerca de 4%, e expostas a ciclos controlados de congelamento a −8 °C e descongelamento a 10 °C, por até 30 ciclos — semelhantes às condições sazonais mais severas da região.

Medindo o quão fortemente o solo se mantém unido

Para avaliar como esses tratamentos alteraram o solo, a equipe usou um equipamento padrão de laboratório que empurra uma parte da amostra sobre outra para medir sua resistência ao deslizamento. A partir desses testes, calcularam três propriedades-chave. A coesão reflete a ligação “semelhante a cola” entre os grãos. O ângulo de atrito interno descreve quão bem os grãos se travam e se esfregam entre si. Juntas, essas propriedades determinam a resistência ao cisalhamento — a capacidade do solo de resistir a ser rasgado ou erodido pela água e pela gravidade. Também usaram métodos estatísticos para separar a influência dos ciclos de congelamento–descongelamento da do tamanho das partículas e para ver como ambos interagem.

Grãos grossos versus finos: tendências opostas

Os resultados revelaram uma divisão marcante entre solos grossos e finos. No solo natural misto e nas amostras dominadas por grãos maiores que 1 milímetro, a coesão e a resistência ao cisalhamento diminuíram na maioria dos casos à medida que o número de ciclos de congelamento–descongelamento aumentou. O primeiro ciclo causou os maiores danos e, após 30 ciclos, esses grupos grossos perderam até cerca de um terço de sua força de ligação. Em contraste, solos compostos majoritariamente por grãos menores que 1 milímetro comportaram-se de forma oposta: o congelamento e o descongelamento repetidos os tornaram mais fortes. Em alguns casos, sua coesão mais que dobrou e sua resistência ao cisalhamento subiu ligeiramente. Para o ângulo de atrito interno, o limiar chave deslocou-se para 2 milímetros: solos finos tendiam a ganhar ou manter atrito, enquanto solos mais grossos tendiam a perdê‑lo. No geral, o solo natural misto manteve a maior resistência porque grãos de vários tamanhos podem se empacotar e se sustentar mutuamente de forma mais eficaz do que grãos uniformes.

Por que o congelamento altera o solo dessa forma

O estudo sugere que a água que vira gelo e depois derrete repetidamente rearranja os grãos do solo e altera seus pontos de contato. Em solos grossos, a água congelada expande as lacunas entre os grandes grãos e afrouxa a estrutura; quando o gelo derrete, as partículas têm espaço para se mover, deslizam mais facilmente e o solo torna‑se mais fraco. Nos solos finos, pelo contrário, partículas pequenas podem ser empurradas e compactadas mais próximas umas das outras pelos mesmos movimentos de congelamento–descongelamento, travando‑se em uma estrutura mais densa e entrelaçada que aumenta a coesão. Em todos os testes, o tamanho das partículas mostrou‑se o principal controlador da resistência ao cisalhamento, com os ciclos de congelamento–descongelamento desempenhando um papel forte, porém secundário.

O que isso significa para proteger o solo negro

Para não especialistas, a conclusão é que nem todo solo reage ao inverno da mesma forma. No cinturão de solo negro do Nordeste da China, o congelamento repetido pode enfraquecer solos grossos e nodulosos enquanto gradualmente adensa e fortalece solos muito finos. Como o risco de erosão depende muito da facilidade com que o solo pode ser quebrado e transportado, conhecer a mistura local de tamanhos de grãos ajuda a prever onde as áreas são mais vulneráveis após invernos rigorosos. Essas descobertas podem orientar melhores práticas de manejo do solo, como reduzir o distúrbio em áreas dominadas por agregados grossos, e oferecem uma base científica para proteger um dos recursos agrícolas mais importantes da China.

Citação: Zhao, R., Chang, H., Yu, J. et al. The influence of freeze-thaw action and particle size characteristics on the shear resistance of black soil. Sci Rep 16, 6176 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36780-z

Palavras-chave: solo de congelamento-descongelamento, erosão do solo negro, resistência ao cisalhamento do solo, tamanho de partículas do solo, agricultura em regiões frias