Os solos são sistemas com três estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso.  A fração sólida tem dois grupos de componentes, as partículas minerais (argila, silte e areia) e a matéria orgânica. As frações de água e ar estão contidas no espaço aberto entre as partículas sólidas, chamado de poros do solo e variam de acordo com a textura e a estrutura do solo, bem como com o tempo.

A água é retida no solo de duas maneiras: como um filme revestindo as partículas sólidas (matriz do solo) e no espaço poroso. A ação capilar (capilaridade) é fundamental na retenção de água pelos poros do solo. Tubos com pequenos diâmetros (tubos capilares) podem ser usados para ilustrar a ação capilar. Como os poros do solo, os tubos capilares têm diâmetros diferentes. Quando uma extremidade de um tubo capilar é colocada na água, a água sobe no tubo porque a ação capilar é maior do que a força da gravidade (Figura 1).

Figura 1. Elevação devido a ação capilar em diferentes diâmetros de tubos capilares.

A água sobe mais nos pequenos tubos capilares do que nos maiores. Tubos capilares maiores correspondem a solos de textura mais grosseira (arenosos), enquanto os menores correspondem a solos de textura mais fina (argilosos).  Desta forma, a água não será completamente drenada do perfil do solo, sendo que uma fração fica “retida”.

As plantas necessitam de ar e água em quantidades apropriadas no solo para um ambiente adequado de cultivo que propicie pleno desenvolvimento. Na saturação, praticamente não há ar presente no solo e isso afeta severamente o desenvolvimento das plantas.

O teor de água do solo pode ser expresso como potencial de água do solo, que é uma medida do estado de energia da água do solo em relação ao da água em uma referência padrão e geralmente é expresso em unidades de pressão. A referência padrão é geralmente associada a um alto nível de energia e tem valor zero.

O potencial mátrico do solo indica a quantidade de energia que a planta deve gastar para extrair água do perfil do solo e tem valores negativos. À medida que o potencial mátrico diminui (valor mais negativo), a disponibilidade hídrica do solo decresce e as plantas precisam consumir mais energia para absorver a água. Exemplificando, para o solo úmido, o potencial mátrico do solo tem um pequeno valor negativo (por exemplo, -0,4 bar ou -40 kPa) e à medida que decresce a disponibilidade de água no solo às plantas, fazendo com que as raízes das plantas tenham maior dificuldade em absorver água, também diminuem os valores de potencial mátrico (em direção a um valor negativo maior; -15 bar ou -1500 kPa).

Como a disponibilidade de água do solo para a cultura varia com a textura do solo, a quantidade de água disponível no solo para o mesmo valor de potencial matricial também varia. A relação entre o potencial mátrico e a umidade do solo é representada na curva de retenção de água  no solo, sendo característica de cada solo em função d e sua textura, estrutura e compactação.

O termo “capacidade de campo” (CC) corresponde ao teor máximo de água que um determinado solo pode reter por capilaridade, após saturação e livre drenagem por gravidade, e é convencionalmente associado ao teor de água no solo correspondente ao potencial mátrico de -0,1 bar (solos arenosos) ou de  -0,33 bar (solos argilosos).

O ponto de murcha permanente (PMP) é outro parâmetro importante na dinâmica da água no solo e pode ser definido como a quantidade de água por unidade de volume do solo que é tão firmemente retida pela matriz do solo que as raízes não conseguem absorver, causando o murchamento da planta. Em outras palavras, corresponde ao potencial hídrico do solo sob o qual as plantas não conseguem manter a pressão de turgor, mesmo que uma série de mecanismos de defesa tenham sido desencadeados. Está associado ao potencial mátrico de -15 bar.

A água disponível (AD) é calculada considerando o volume do solo explorado pelas raízes e o intervalo de umidade compreendido entre a CC e  o PMP.  No entanto, a água não pode ser absorvida pelas raízes com a mesma taxa ao longo de toda a faixa de umidade compreendida entre CC e PMP.

Quando o solo está na capacidade de campo, a absorção pelas raízes promove inicialmente a remoção de água do centro dos poros maiores (espaços ≥ 50 nm, que são muito grandes para se ter qualquer força capilar significativa), mantendo a água próxima das partículas devido às forças de adesão. A redução do teor de água provoca uma diminuição drástica da condutividade hidráulica do solo, pois a água é substituída por ar nos espaços entre as partículas do solo. Assim, o movimento da água no solo fica limitado à periferia dos poros do solo, o que pode promover restrições na condutividade hidráulica para a superfície da raiz, resultando em déficit hídrico e podendo atingir o ponto de murcha permanente. Em quase todas as plantas, ocorre significativa redução de produtividade  se o teor de água no solo se aproximar do PMP.

Desta forma, para cada cultura agrícola há um valor de umidade do solo ou de potencial matricial de água no solo que define o momento de irrigar, podendo ser chamado de gatilho de irrigação (Figura 2). Com base nessas definições, a água do solo é classificada em três categorias: 1) excesso de água no solo ou água gravitacional, 2) água disponível no solo e 3) água indisponível no solo. A água disponível é dividida em a) água prontamente disponível, sem estresse da planta e b) água menos disponível, com estresse hídrico da planta.

A Figura 2 é uma representação esquemática dos componentes do reservatório de água do solo, cujo tamanho depende da profundidade efetiva do sistema radicular da cultura.

Figura 2:  Retenção de água no solo e disponibilidade hídrica para as plantas.