Shrinkage of microaggregates in Brazilian Latosols during drying: significance of the clay content, mineralogy and hydric stress history

Abstract

SummaryLatosols (Oxisols, Ferralsols) are characterized by a poor soil horizon differentiation, with a strong microgranular structure formed by microaggregates 50 to 300 μm in size. This microgranular structure is generally considered to be very stable and the shrinkage properties of microaggregates as poor or absent. The objective of our study was to analyse the shrinkage properties of microaggregates in diagnostic Bw horizons collected in Latosols with various particle size distributions and mineralogical compositions depending on their location in a regional toposequence across the Brazilian central plateau. We measured the water retention properties at −300 and −1500 kPa with a centrifugation method. The morphology and size of elementary particles were examined by transmission electron microscopy; specific surface area (SSA) was determined by nitrogen adsorption. We also determined the pore size distribution of microaggregates by the combined use of mercury intrusion and the nitrogen desorption isotherm. Our results show that microaggregates of the Latosols studied were not rigid and shrank during drying. The pore volume of the −300 and −1500 kPa‐treated samples, that of the dried microaggregates and the SSA were closely related to the clay content. The mineralogy of particles <2 μm played a secondary role in the properties studied. Our results show that microaggregate shrinkage at −300 kPa and −1500 kPa varied with the location of the Latosols in the landscape. Thus, microaggregates of Latosols located on the upper highland surface of Late Tertiary shrank less than those of the lowland surface of Late Quaternary, and this difference was attributed to their different hydric stress histories.Propriétés de retrait des microagrégats de Latosols brésiliens: importance de la teneur en argile, de la composition minéralogique et de l’histoire hydrique.RésuméLes Latosols (Oxisols, Ferralsols) sont caractérisés par une faible différenciation de leurs horizons et une structure microgranulaire représentée par des microagrégats de 50 à 300 μm de diamètre. Ces microagrégats sont généralement considérés comme étant très stables et leurs propriétés de retrait comme étant très limitées, voire absentes. L’objectif de cette étude est d’analyser les propriétés de retrait des microagrégats dans l’horizon diagnostic Bw de Latosols de composition granulométrique et minéralogique variable en fonction de leur position le long d’une toposéquence régionale sélectionnée pour l’étude dans le Plateau Central brésilien. Nous avons mesuré les quantités d’eau retenues à−300 et −1500 kPa en utilisant la méthode par centrifugation. La morphologie et la taille des particules élémentaires ont étéétudiées en microscopie électronique à transmission et à l’aide de mesure de surface BET. Nous avons aussi déterminé la distribution de taille des pores dans les agrégats déshydratés en combinant les données de la porosimétrie au mercure et celles issues de l’isotherme de désorption d’azote. Nos résultats montrent que les microagrégats des Latosols étudiés ne sont pas rigides et diminuent de volume lors de la dessiccation. Le volume poral des microagrégats à−300 et −1500 kPa ainsi que leur volume poral après déshydratation sont étroitement liés à la teneur en argile. En revanche, la composition minéralogique de la fraction <2 μm ne jouerait au plus qu’un rôle secondaire dans les variations du volume poral. Nos résultats ont montré que les propriétés de retrait des microagrégats varient en fonction de la position des Latosols dans le paysage. Ainsi, les microagrégats des Latosols situés sur les hauts plateaux de la fin du Tertiaire diminuent moins de volume lors de la dessiccation que les agrégats situés sur les surfaces du Quaternaire récent et situées en contrebas dans le paysage. Une telle différence de comportement serait liée à l’histoire hydrique des Latosols, ceux situés sur les surfaces les plus anciennes ayant vraisemblablement subi des contraintes hydriques plus élevées que ceux situés sur les surfaces les plus récentes.