COMISSÃO I - FÍSICA DO SOLO

RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA EM LATOS SOLOVERMELHO-AMAREW IRRIGADO DE PETROLINA (PE) (1)

E. N. CHOUDHURY (2) & A.A MILLAR(3)

RESUMO

Foram estudadas as características de retenção e movimento de água. em duas uni-dades de Latossolo Vermelho-Amarelo irrigadas do Projeto Bebedouro em Petrolina. (PE). Paraas düerentes camadas do perfil do solo, definiram-se as curvas de retenção de água. e con-dutividade capilar, relacionando-se a condutividade e a taxa de drenagem das camadas àscondições de umidade e à água. armazenada. no perfil do solo. Verificou-se que a capacidadede retenção de água. entre as tensões de 0,1 e 15 bares aumentou com a profundidade nasduas unidades de solos e que a drenagem interna desses solos foi contínua e uniforme atravésde todo o perfil, sendo que as relações obtidas podem ser utilizadas na definição da compo-nente de drenagem nos balanços hídricos.

SUl\'Il\'IARY: WATER RETENTION AND MOVEMENT IN RED YELLOWLATOSOL FROM PETROLINA) PE) BRAZIL

The water retention and water movement characteristics of two irrigated latosols units[rom the Bebedouro Project, Petrolina (PE), were studied. The water retention curves and capillaryconduciivity were dejined to diijereni depths of the soil profile and the relationship of capillarycanductivity and drainage rate with moisture conditions and water storage in the soil projile were[ound.

It was veriiied that the soil water holding capacity within.the tension range [rotn 0.1 through15 bars increased as the depth increased for the two latosols units and thai lhe internal drainageof ihose soils is continuous and unijorm through the projile. Therejore, lhe relationship obtainedmay be utilized in ihe dejinitioti of the drainage component oi lhe water balances.

INTRODUÇÃO

A caracterização da retenção e' das proprie-dades transmissoras da água no solo é um requi-sito necessário para a descrição quantitativa doperfil do solo no ciclo hidrológico.

A obtenção das curvas de retenção de águadossolos, em condições de irrigação, é fundamen-tal, por constituir elemento básico nos estudosda dinâmica da água e das relações hídricas dosistema solo-planta-atmosfera. Os dados das cur-vas de retenção permitem calcular a difusividadecapilar e estabelecer a relação entre condutivi-dade capilar versus potencial matricial (Blacket alii, 1969; Black et alii, 1970; Millar, 1975),como também estimar o nível de potencial ma-tricial onde culturas podem desenvolver sem acar-retar reduções significativas nas produções (Vit-

tum et alii, 1958; Millar, 1976 e Choudhury etalii, 1978) e, conseqüentemente, a lâmina de águaa ser aplicada nas irrigações.

A utilização prática do conhecimento daspropriedades transmissoras do solo reflete-se emgrande número de processos físicos, químicos ebiológicos de importância agrícola, quando o soloé manejado sob condições de irrigação. Entreesses fenômenos, pode-se mencionar a contribui-ção de água pelo lençol freático aos cultivos (Ríj-tema, 1965, e Wind, 1961), a absorção de águapelo sistema radicular das culturas (Gardner,1960), o movimento de nutrientes associados aofluxo de água (Gardner, 1965, e Nielsen & Big-gar, 1973), a drenagem interna abaixo da zonaradicular efetiva (Black et alii, 1970; LaRue etalii, 1968, e Millar et alii '"') e a salinização oumovimento de sais para a superfície no fluxo

(1) Contribuição conjunta do CPATSA/EMBRAPA e CODEVASF (Convênio EMBRAPA/CODEVASF). Recebido para publicação emsetembro de 1979 e aprovado em julho de 1982.

, (2) Pesquisador em Fisica de Solo do Centro do Trópico Semi-Árido (CPATSA/EMBRAPA), Caixa Postal 23, CEP 063000, Petro-lina (PE).

(3) Técnico do IlCA e Consultor Técnico do CPATSA/EMBRAPA.(0) Mlllar, A. A.; Choudhury, E. N.; Abreu, T. A. dos S. Determinação de evapotransplração em tomate industrial através do

balanço completo de água sob diferentes regimes de irrigação. (Trabalho apresentado no IV Congresso de Irrigação e Dre-nagem, Salvador, 1978).

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capilar (F'AO, 1973). Por outro lado, o conheci-mento das características transmissoras do soloé um elemento básico para determinar um ade-quado manejo dos sistemas de irrigação subsu-perficial e por gotejamento (Griddle & Kalisva-art, 1967).° presente trabalho teve por objetivo estu-dar as relações hidricas e as características domovimento de água no perfil de duas unidadesde latossolos sob condições de irrigação.

TEORIA

A equação da continuidade em uma dimen-são e o movimento da água em um perfil dosolo sem superfície evaporante é:

88/8t = 8 (K 8H/8Z)/8Z) (1)onde 8 é o conteúdo volumétrico de água e K éa condutividade capilar. A carga hidráulica paraa profundidade z é dada por H = ---Ym + z, onde--Ym é o potencial matricial e z, o potencial gravi-tacional.

A variação da água armazenada no perfildo solo é obtida pela integração da equação (1)na profundidade L quando se mantém t cons-tante (Rose & Stern, 1967), obtendo-se:

dW/dt = - (K 8H/8Z) Z=L (2)

onde W é a água armazenada no perfil do soloaté ao profundidade Z = L e o termo (K 8H/8Z)é a taxa de drenagem na profundidade Z = L.A equação (2) é a variação das componentes daequação do balanço hidrológico quando a preci-pitação (irrigação), escoamento superficial e eva-poração são iguais a zero.

Black et alii (1969) mostraram que a taxade drenagem em um perfil de solo uniforme detextura arenosa na profundidade L pode ser rela-cionada diretamente com a água armazenada noperfil L. Levando-se isso em consideração, aequação (2) pode ser assim representada:

dW/dt = -f(W)

e para computar a água armazenada no solo, estaequação pode ser escrita em forma finita:

/::,.W= -/::,.t f(W)

onde W é o valor médio da água armazenadadurante o intervalo de tempo /::,.t.

Black et alii (1970) verificaram que em umsolo arenoso, a função de drenagem f (W) podeser aproximada por:

f(W) C'.l K(8a)

onde oa = W/L é o valor médio do conteúdoda água através da profundidade L.

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Da mesma forma, poder-se-ia representar ataxa de drenagem do perfil do solo em funçãoda lâmina de água armazenada, a qual é dis-cutida neste trabalho.

MATERIAL E ]\IÊTODOS

o trabalho foi realizado em área cultivada anual-mente no Campo Experimental de Bebedouro do Centrode Pesquisa Agropecuária do Trópico Hemi-Arido/EM-BRAPA, em Petrolina (PE), no período de agosto asetembro de 1976.

o clima da região, segundo Hargreaves (1974), éclassificado como muito árido. A temperatura duranteo ano oscila entre 23 e 28oC. Os meses mais quentessão outubro e novembro e os mais frios, junho e julho.A precipitação média anual é 400mm (Hargreaves, 1973),com umidade relativa média de 67,8% e evaporaçãomédia anual de 1.300 a 2.000mm (FAO/PNUD, 1971).Os solos estudados foram classificados por Pereira &Souza (1968) como Latossolo Vermelho-Amarelo, are-noso (unidade 37 AA) e Latossolo Vermelho-Amarelotextura média (unidade 37 BB).

Para a determinação das propriedades hídricas eestudo de movimento da água no solo, foram selecio-nadas as unidades 37 AA e 37 BB, por serem maisrepresentativas dos solos irrigáveis. Efetuou-se a 'aber-tura de perfis representativos para coleta de amostras dematerial de solo nas profundidades de 0-30, 30-60, 60-90,90-120 e 120-150cm a fim de determinar as curvas deretenção de água.

As curvas de retenção de água foram determinadasnas amostras com estrutura alterada, em duplicata, se-gundo Richards (1965), usando-se extratores de placade cerâmica para as tensões de 1/10, 1/3, 1, 2, 5, 10 e15, bares.

Na determinação da condutividade capilar, usou-seo procedimento de campo, cujo método foi amplamentediscutido por Rose et alii (1965), Davidson et alii (1969),Gardner (1970),e Hillel et alii (1972). Consistiu ele emdelimitar uma parcela 5m x 5m e instalação no centroda parcela de tensiômetros às profundidades de 15, 45,75, 105 e 135cm. Três tubos de acesso foram colocadospróximos aos tensiômetros até à profundidade de 180cm,para determinações de umidade, nas camadas de 0-30,30-60, 60-90, 90-120 e 120-150cm, usando uma sonda denêutrons Troxler modelo 1257 SN 445, com medidor por-tátil (Stewart & Taylor, 1957, e Barrada, 1965,). Apli-cou-se água à parcela até completa saturação do perfile, cessada a infiltração, cobriu-se a superfície com plás-tico e solo para impedir a evaporação. Durante a redis-tribuição de água no perfil, mediram-se as cargas hi-dráulicas, mediante tensiômetros, e o conteúdo volumé-trico de água nas diferentes camadas do perfil. Usandoesses dados, determinaram-ses os gradientes hidráulicosmédios e a densidade de fluxo para curtos intervalos detempo em função da umidade correspondente. Aplican-do-se diretamente a equação de Darcy, determinou-se acondutividade capilar para cada camada.

Com os dados de condutividade capilar e dos gra-dientes hidráulicos nos perfis de solo, determinaram-se,ao longo do tempo, as taxas de drenagem 'e estabele-ceram-se as seguintes relações: taxa de drenagem ver-sus conteúdo de água nas camadas entre os tensiômetros,taxa de drenagem versus lâmina de água armazenadanas camadas de 0-30, 0-60, 0-90 e 0-120cm, e taxa dedrenagem versus tempo, compreendido desde o términoda infiltração da lâmina de água aplicada para satu-ração do perfil até o sexto dia.

RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA EM LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO IRRIGADO... 23

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nas unidades de solos 37 AA e 37 BB, ascurvas de retenção se apresentam semelhantes,com maiores variações nos conteúdos de águaentre as tensões de 1/10 e 2 bares (Figura 1).Constata-se que ambas as unidades apresentambaixo poder de retenção de água. No entanto, a37 BB apresenta maior retenção em relação à37 AA, principalmente devido à textura. A 37 AAé arenosa na superfície e franco-argílo-arenosaa partir de 80cm e, a 37 BB, é arenosa na super-fície e franco-argila-arenosa a partir de 50cm(Pereira & Souza, 1968).

.J -I

d -0,8Z -0,6W>-~ -0,4

- 20

~ ILATOSSOLO 37 AAI

-iO ~- B I-6 Io

~ _4 I.o.J'

<!Õ -2ií:~:;:

(LATOSSOLO 3766)

-0.2

-o, r'0,02 0,05 0,10 0,\5 0,20 0,05 0,10 0,15

CO~ITEUDO DE iGUA. em' erri'

Figura 1. Curvas de retenção de água, de LatossoloVermelho-Amarelo, unidades 37AA e 37BB.

No solo 37 AA, a condutividade capilar nacamada 15-45cm é maior que nas camadas 45-75e 105-135cm (Figura 2 e Quadro 1). Comparandoos valores da camada 15-45cm com a 75-105cm,verifica-se que a condutividade capilar é maiornesta última, para valores de umidade superiora O,175cm3 crrr". Sendo a condutividade capilarinfluenciada pela textura, estrutura e uniformi-

dade na geometria dos poros (Nielsen et alii,1973), os valores mais altos verificados nas cama-das superiores podem ser devidos a uma melhordistribuição de poros, proporcionada pelo preparodo solo por ocasião do plantio das culturas. Ascaracterísticas transmissoras da unidade 37 BBsão bem diferentes, principalmente quando secomparam as camadas superiores com as maisprofundas (Figura 2 e Quadro 1). A condutivi-dade capilar das camadas 75-105cm e 105-135cmé superior à das camadas 15-45cm e 45-75cm,sendo que estas últimas apresentam comporta-mento quase semelhante com relação ao movi-mento de água. Analisando as retas da figura 2,verifica-se que nestes solos poder-se-ia usar umarelação entre a condutividade capilar e o con-teúdo de água para a camada O-75cm e para acamada 75-165cm.

6.0

~,O ILATOSSOLO 37AA)

"~ 2,9'O

§ 1,0

2 ~::o:«~ 0,4õ:«uw 0,2o«o:;: 0,1

~ 0,08

~ 0,06oc> 0,04

0,20 0,25/0,15 0,20

eONTEUDO DE ÁGUA(8l,Cm3 em"

Figura 2. Condutlvidade capilar em função do conteú-do de água para diferentes cantadas do perfíl deLatossolo Vennelho-Amarelo, unidades 37AA e 37BB.

Quadro 1. EquaQÕes das condutividades capilares da água de Latossolo Vermelho-Amarelo, unidades 37AA e 37BB

Camada Equações de condutividade capilarcm.dia-1

Latossolo Vermelho-Amarelo, hor. A arenoso - 37ÀA

K (O) 5,56 x 10-6 exp (67,538) 1"2 = 0,94**K (8) 5,22 x 10-6 exp (61,508) 1'2 = 0,93**K (8) = 1,97 x 10-7 exp (86,478) 1'2 = 0,94**K (8) = 7,99 x 10-8 exp (86,478) r2 = 0,91*"

Latossolo Vermelho-Amarelo texto média 37BB

K (8) 1,08 x 10-5 exp (52,968) 1'2 = 0,93**K (8) = 2,32 x 10-6 exp (58,838) r2 = 0,95**K (8) = 7,85 x 10-5 exp (47,238) r2 = 0,88**K (8) = 1,34 x 10-5 exp (48,588) r2 = 0,89**

cm

105 - 13515 - 45.45 - 7575 - 105

105 - 13515 - 4545 - 7575 - 105

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Na figura 3, analisando os dados das taxasde drenagem em função do tempo para a unidade37 AA, verifica-se que, nos três primeiros diasapós a aplicação de água, as taxas de drenagemdecrescem de 9,0 para 0,066, de 3,8 para 0,19,de 3,0 para 0,10 e de 0,9 para 0,060cm dia-i,para as profundidades de 30, 60, 90 e 120cmrespectivamente. Na unidade 37 BB, as taxas dedrenagem decrescem de 10,0 para 0,36, de 8,0para 0,38 e de 11,0 para O,44cm dia-1 para asprofundidades de 30, 60 e 90cm respectivamente.

ILATOSSOLO 37 AAI ILATOSSOLO 37881

"eui5Eo~wo«z 0,4wa::owo

0,04

0.02L-----1.---L-1------L-~-=---'-----'--"--...L4--1':-5 -Jj

TEMPO, dia

Figura 8. Taxa de drenagem em ftmção do tempo paradiferentes profundidades de Latossolo Vermelho--Amarelo, unidades S7AA e 37BB.

Desses dados, deduz-se a importãncia do po-tencial gravitacional nas propriedades de reten-ção de água nesses solos, principalmente nos trêsprimeiros dias após uma irrigação, pois do quartoao sexto dia as variações de drenagem são acen-tuadamente reduzidas. Isso se verifica em solosarenosos, uma vez que a condutividade capilardecresce rapidamente com a redução do conteúdode água no solo e conseqüente redução na taxade drenagem, como se pode ver através da rela-

çâo entre taxa de drenagem e conteúdo de águada figura 4 e quadro 2 para as unidades 37 AAe 37 BB.

ILATOSSOLO 37 AAI •

~~"O

Eo~ 0,4

~Z~ 0,2owo

~ ~6~~ 0,06

o .o I '-:-'--'--L--L..-'--L--L..-'--'-'--L-L..L-L-L...L-L-LL--'---L.L--'---L.L---L-L.L---L..J

0,10 0,15 0,20 0,25/0,10 0,15 0,20 0,25

CONTEUDO DE ÁGUA (e), em' crri'

Figura 4. Taxa de drenagem em função do conteúdode água em diferentes camadas de Latossolo Ver-melho-Amarelo, unidades S7AA e S7BB.

A figura 5 ilustra a taxa de drenagem noperfil do solo em função da água armazenadapara as camadas de 0-30, 0-60, 0,90 e 0-120cmdas unidades 37 AA e 37 BB. Observa-se que ascurvas das diferentes camadas são praticamenteparalelas, o que demonstra a uniformidade doperfil de solo, especialmente na unidade 37 AA,e que os solos arenosos drenam em forma con-tínua e uniforme através de todo o perfil.

A relação entre taxa de drenagem e lãminade água armazenada no perfil é de utilidade embalanços hídricos, especialmente no caso de solosde perfil uniforme, para definir a componente dedrenagem, baseando-se na informação da águaarmazenada.

Normalmente, considera-se que a capacidadede armazenamento de água no solo é uma carac-terística estática: a partir daí, têm-se definidoos limites de aproveitamento de água pelas plan-

Quadro 2. EqlllL9Õesdas taxas de drenagem da água de Latossolo Vermelho-Amarelo, unidades 37AA e 37BB

Camada Equações da taxa de drenagem

cm.xíía-iLatossolo Vermelho-Amarelo texto arenosa

D (e) = 4,74 x 10-6 exp ( 63,85e)D (e) = 1,71 x 10-9 exp (105,65e)

Latossolo Vermelho-~relo texto média

D (e) = 3,25 x 10-4 exp ( 36,18e)

D (e) = 3,32 x 10-6 exp ( 60,37e)

D (e) = 1,91 x 10-5 exp ( 54,15e)

em

0- 9090 - 120

0- 30

30 - 6060 - 90

37AA

r2 = 0,92**r2 = 0,98**

S7BB

r2 = 0,99**r2 = 0,99**r2 = 0,93**

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RETENÇÃO E MOVIMENTO DE ÁGUA EM LA TOSSOLO VERMELHO-AMARELO IRRIGADO ...

2 -

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E 0,6c9 0,4::;:w~ 0,2Zwc:O 0,10 ~~ 0,08..- o

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25LÃMINA DE ÁGUA ARMAZENADA (U. em

Figura 5. Taxa de drenagem em função da lâmina deágua armazenada em diferentes camadas de Latos-solo Vermelho-Amarelo, unidades 37AA e 37BB.

tas. Em balanços hídricos, a componente de dre-nagem é geralmente desprezada, de maneira quenão haveria movimento de água quando o con-teúdo de água no solo fosse inferior à capacidadede campo. O erro provém de considerar o solocomo estático, na sua condição de capacidade decampo, quando, na realidade, a água continua amovimentar-se a taxas mais baixas, como indicaa figura 3, com relativa importância no balançode água, não podendo, portanto, ser desprezadasem uma comprovação experimental.

Existem antecedentes na literatura indicandoque a componente de drenagem pode chegar arepresentar 50-60% da água aplicada num cicloda cultura (LaRue et alii, 1968; Millar, 1970;Pereira et alii, 1974, e Reichardt et alii, 1974).

OONCLUSÕES

A lâmina de água retida entre as tensões de0,1 e 15 bares aumentou com a profundidadenos dois latossolos, sendo de 1,1mmjcm na cama-da 0-30cm e 2,07 a 2,43mmj em na camada 120-150cm nas unidades 37 A'A e 37 BB respecti-vamente.

A drenagem interna dos latossolos das uni-dades 37 AA e 37 BB é uniforme e contínua atra-vés de todo o perfil do solo.

A relação entre taxa de drenagem e águaarmazenada no solo pode ser utilizada na defi-nição da componente de drenagem nos balançoshídricos.

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