estimativa da umidade na capacidade de campo em solos sob cerrado

111Estimativa da umidade na capacidade de campo em solo sob Cerrado

R. Bras. Eng. Agrc. Ambiental, v.15, n.2, p.111116, 2011.

1 Departamento de Hidrulica/UFT, ALC n. 14, Av. NS 15, CEP 77020-210, Palmas, TO. Fone: (63) 3232-8020. E-mail: [email protected] Embrapa Arroz e Feijo, CP 179, CEP 75375-000, Santo Antnio de Gois, GO. Fone: (62) 3533-2151. E-mail: [email protected]

Estimativa da umidade na capacidade de campoem solos sob Cerrado

Rui da S. Andrade1 & Lus F. Stone2

RESUMOObjetivou-se, com este trabalho, estimar a umidade na capacidade de campo (cc) a partir de equaobaseada na curva de reteno de gua do solo (CRA) e de correlaes com atributos fsico-hdricos edados de textura e matria orgnica, para solos muito-argilosos, argilosos, mdios e arenosos. O estudofoi realizado com 2242 amostras de solo do Cerrado, das quais constavam informaes sobreclassificao textural, atributos fsicos e reteno da gua do solo. Para 745 amostras havia aindainformao sobre a condutividade hidrulica saturada (Ko) e, para 472, sobre teores de argila, silte, areiae matria orgnica. Para as amostras com Ko medida, cc foi determinada com base em parmetros daequao de Genuchten (1980), assumindo-se que a taxa de drenagem () uma porcentagem p de Ko.Consideraram-se valores de p iguais a 0,0025; 0,0050; 0,0100; 0,0150 e 0,0200. Verificou-se, ento,ser possvel estimar cc a partir de equao baseada na CRA, considerando-se como sendo 1% dovalor de Ko. cc tambm pode ser estimada em funo da umidade no ponto de inflexo da CRA e daporosidade total para cada horizonte do solo. Para equivalente a 1% do valor de Ko, a tenso de guano solo correspondente cc se situou entre 6,5 e 7,5 kPa.

Palavras-chave: curva de reteno de gua do solo, taxa de drenagem, atributos fsicos, textura do solo

Estimation of moisture at field capacityin soils under Cerrado

ABSTRACTThe objective of this study was to estimate the soil moisture at field capacity (fc) by an equation based onthe soil water retention curve (SWRC) and by correlation with physico-hydrical attributes and data fromtexture and organic matter for very clayey, clayey, loamy, and sandy soils. The study was carried out with2242 samples from Cerrado soils, which contained information on textural classification, physicalattributes and soil water retention. For 745 samples, there was information on the saturated hydraulicconductivity (Ko) and for 472, on clay, silt, sand and organic matter contents. For samples with measuredKo, fc was determined based on parameters of the equation of Genuchten (1980), assuming that thedrainage rate () is a percentage p of Ko. p values of 0.0025, 0.0050, 0.0100, 0.0150, and 0.0200 wereconsidered. It was observed that fc can be estimated by the equation based on SWRC, considering as1% of the Ko value. fc can also be estimated as a function of moisture at the inflection point of SWRC andsoil porosity for each soil horizon. The soil water tension corresponding to fc was between 6.5 and 7.5kPa, for equivalent to 1% of the Ko value.

Key words: soil water retention curve, drainage rate, physical attributes, soil texture

Revista Brasileira deEngenharia Agrcola e Ambientalv.15, n.2, p.111116, 2011Campina Grande, PB, UAEA/UFCG http://www.agriambi.com.brProtocolo 059.10 07/04/2010 Aprovado em 29/11/2010

112 Rui da S. Andrade & Lus F. Stone


INTRODUO

O manejo adequado de sistemas de irrigao depende dascaractersticas fsicas e qumicas do solo. A interao da guacom essas caractersticas manifesta propriedades como o limitesuperior de umidade que determinado solo apresenta, tambmdenominado capacidade de campo, de grande importncia nosprocessos de armazenagem e disponibilidade de gua para asplantas. Diversos autores tm discutido as imprecises doconceito pioneiro de capacidade de campo dado por Veihmeyer& Hendrickson (1949), em que definem capacidade de campocomo a quantidade de gua retida pelo solo depois que oexcesso tenha drenado e a taxa de movimento descendentetenha decrescido acentuadamente o que ocorre, geralmente,dois a trs dias depois de uma chuva ou irrigao em solospermeveis de estrutura e textura uniforme. Reichardt (1988)questiona este conceito, quanto subjetividade, em algumasde suas expresses, excesso de gua, tempo ideal de drenagem,solos permeveis e homogneos etc., mas o consideraimportante para os que estiverem interessados apenas nomanejo de culturas irrigadas, quando a definio de capacidadede campo se torna til e prtica. Segundo o autor, a capacidadede campo um processo dinmico, no uma caracterstica damatriz do solo, que depende de interesses especficos de cadasituao. Por exemplo, ele recomenda que, para os irrigantes, acapacidade de campo deve ser determinada depois de dois atrs dias ps-chuva ou irrigao, em obedincia a um turno derega menor que dez dias e, para os interessados em lixiviaode nutrientes e pesticidas e recarga de aquferos subterrneos,que este tempo seja mais longo.

A capacidade de campo depende do fluxo de drenagem eeste por sua vez se acha mais merc da condutividadehidrulica do que do potencial total da gua no solo. Reduesdrsticas do fluxo de gua de drenagem foram observadas porReichardt (1988) em um Latossolo Vermelho-Amarelo de texturamdia, ao verificar que em apenas um dia esse fluxo reduziupara 0,3% de seu valor original, devido reduo tambmsignificativa da condutividade hidrulica, quando praticamenteno houve alterao do gradiente de potencial total de guano solo.

A determinao da tenso que governa a capacidade decampo , igualmente, motivo de inmeros trabalhos,sobremaneira daqueles realizados em laboratrio, com amostrasdeformadas e indeformadas. A definio da tenso matricial degua no solo entre 10 kPa e 33 kPa como correspondente capacidade de campo, tem encontrado resistncia entrepesquisadores. Reichardt (1988) notou que a tenso matricialno alcanou o valor clssico de 33 kPa, mesmo depois de 45dias, apesar de reconhecer a no existncia da relao diretaentre fluxo e tenso da gua do solo. Vrios autores tmpostulado que a capacidade de campo para solos tropicaiscorresponderia a tenses variando de 6 a 10 kPa (Ferreira &Marcos, 1983; Reichardt, 1988; Andrade et al., 1991; Mello etal., 2002). A adoo de certa tenso representativa dacapacidade de campo de interesse geral, dado praticidadede se caracterizar rapidamente a sua umidade correspondente,por meio de curvas caractersticas de reteno de gua.

Ferreira & Marcos (1983) propuseram o conceito do pontode inflexo da curva caracterstica de reteno de gua no solocorresponder capacidade de campo e obtiveram resultadossignificativos quando este ponto foi correlacionado com aumidade determinada na tenso de 6 kPa. Dexter & Bird (2001),por sua vez, consideraram o ponto de inflexo da curva dereteno de gua ajustada pelo modelo de Genuchten (1980)como o ponto timo para preparo do solo em termos deumidade, e a capacidade de campo como equivalente tensode 10 kPa.

Em campo, a determinao da capacidade de campo requergasto de tempo e tem custos. Sua estimativa, no entanto, porintermdio de modelos matemticos pode ser uma alternativaeconmica, em curto espao de tempo e de reconhecidaviabilidade tcnica. As funes de pedotransferncia soequaes que facilitam a estimativa de caractersticas edficas,de difcil determinao, a partir de outros atributos maisfacilmente obtidos (Oliveira et al., 2002). Macedo (1991)desenvolveu funes de pedotransferncia a partir de umaclassificao textural, teor de matria orgnica emicroporosidade (tenso igual a 6 kPa), para estimar acapacidade de campo base de volume.

Objetivou-se com este trabalho verificar a possibilidade dese estimar a umidade na capacidade de campo a partir deequao baseada na curva de reteno de gua do solo e decorrelaes com atributos fsico-hdricos e dados de textura ematria orgnica, para solos muito-argilosos, argilosos, mdiose arenosos.

MATERIAL E MTODOS

O estudo foi realizado com 2242 amostras de solo, das quaisconstavam informaes sobre classificao textural, densidadedo solo (Ds) e de partculas (Dp), e reteno da gua do solo,registradas nos bancos de dados dos Laboratrios de Solo daEmbrapa Arroz e Feijo e Embrapa Cerrados. Para 745 amostrashavia ainda informao sobre a condutividade hidrulicasaturada (Ko) e para 472 sobre teores de argila, silte, areia ematria orgnica. Essas amostras abrangiam solos sob Cerradodas regies Centro-Oeste, Norte e Nordeste do Brasil.

Os dados de reteno da gua do solo foram ajustados auma curva pela equao de Genuchten (1980), que dada por:

rh1rs mn

em que , s e r so, respectivamente, os contedos de guado solo correspondentes tenso h, saturao e umidaderesidual, em m3 m-3, h a tenso matricial da gua do solo, emkPa, n e m (m = 1-1/n) so parmetros empricos adimensionaisde ajuste e um parmetro expresso em kPa-1. O ajuste foifeito com o auxlio do programa Soil Water Retention Curve -SWRC (Dourado Neto et al., 2001).

Para as 745 amostras com Ko medida, a umidade nacapacidade de campo (cc) foi determinada com base nasequaes para determinao da densidade de fluxo

(1)



gravitacional e da umidade do solo na profundidade de interesseL, de acordo com o tempo de redistribuio da gua do solo,propostas por Loyola & Prevedello (2003), que utilizamparmetros da equao de Genuchten (1980).

O tempo correspondente capacidade de campo (Tcc), emh, pode ser expresso como:

1

Ko1

Ko1rsLTcc

em que

Ldtd

a densidade de fluxo gravitacional ou taxa de drenagem, agoracom a conotao de fluxo no momento em que o solo est emseu limite superior, ou seja, na capacidade de campo,

1n

25,2

e Ko expressa em cm h-1.

Substituindo-se a equao (2) na equao proposta porLoyola & Prevedello (2003) para determinao da umidade dosolo na profundidade de interesse, tem-se:

rKo11rscc

11

1

Assumindo que a condio de capacidade de campo atingida quando a taxa de drenagem se reduz para dadaporcentagem p da condutividade hidrulica saturada, conformeproposto por Prevedello (1999), a Equao 3 se simplifica para:

rp11rscc1

1

1

A equao para obteno da tenso correspondente capacidade de campo (hcc) dada por:

rccrs

hcc

n1

m1

O tempo correspondente capacidade de campo (Tcc) agorapode ser calculado por:

1p1

Ko1rsLTcc

Considerou-se L igual a 20 cm e o Tcc foi determinado paravalores de p iguais a 0,0025; 0,0050; 0,0100; 0,0150 e 0,0200. Osvalores obtidos foram comparados com os da literatura, paradeterminar o valor mais adequado de p. Para este valor foicalculada cc e hcc para todas as 2242 amostras, separadaspor classe textural muito argilosa (teor de argila (Ag) maior ouigual 60%), argilosa (60% > Ag maior ou igual 35%), mdia(35% > Ag maior ou igual 15%) e arenosa (Ag < 15%).

Considerando-se todas as amostras estabeleceram-secorrelaes mltiplas entre a cc, determinada com o valorestabelecido de p, e os atributos densidade do solo, em Mg m-3,porosidade total, macroporosidade, microporosidade e umidadedo solo no ponto de inflexo da curva de reteno da gua,todas expressas em m3 m-3 e ndice S.

Calculou-se a porosidade total (Pt) pela equao: Pt = (1-Ds/Dp). A microporosidade foi considerada a quantidade degua retida pelo solo na tenso de 6 kPa. Obteve-se amacroporosidade pela diferena entre a porosidade total e amicroporosidade (EMBRAPA, 1997).

Determinou-se a umidade no ponto de inflexo da curva dereteno da gua do solo (i) de acordo com Dexter & Bird(2001) por:

r

m11rsi

m

O ndice S, que a declividade da curva de reteno dagua do solo em seu ponto de inflexo, foi calculado segundoDexter (2004) por:

m1

m11rsnS

Estabeleceram-se, tambm, correlaes mltiplas entre aumidade na capacidade de campo expressa base de massa,determinada com o valor estabelecido de p, e os teores deargila, silte, areia e matria orgnica, para as 472 amostras deque se tinham essas informaes.

RESULTADOS E DISCUSSO

Considerando-se as 745 amostras com dados de Ko, osvalores de p iguais a 0,0100 e 0,0150 propiciaram valores de Tccentre 63,1 e 44,1 h (Tabela 1), muito prximos da recomendaode Reichardt (1988) para profissionais em irrigao, de que acapacidade de campo seja determinada dois a trs dias aps oprocesso de molhamento do solo, quando o turno de rega formenor que dez dias.

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)



Desta forma se consideraram, de incio, os valores de piguais a 0,0100 e 0,0150 no clculo de cc e hcc com a utilizaoda equao 4, para todas as 2242 amostras, separadas por classetextural. Observa-se que o uso desses valores de p resultouem valores de hcc entre 5,7 e 7,5 kPa, dependendo da texturado solo (Tabela 2).

Filho (2000) encontraram, na determinao in situ, o valor mdiode 0,210 m3 m-3 no perfil de 0,60 m, prximo ao valor mdioobtido com p = 0,0100; j Souza et al. (2002) determinaram acapacidade de campo de um solo arenoso pelo mtodo diretoem casa de vegetao e encontraram o valor de 0,254 m3 m-3,mais prximo da mdia de capacidade de campo para p = 0,0150,que foi 0,249 m3 m-3 (Tabela 2).

Apresenta-se, na Tabela 3, a comparao entre umidadesna capacidade de campo medidas por diferentes metodologiase as obtidas com a aplicao da equao 4, para p = 0,0100 ep = 0,0150. A correlao entre cc medida e a estimada comp = 0,0100 foi expressa pela equao cc estimada = 1,090cc medida, R2 = 0,83**. Para p = 0,0150, a equao foicc estimada = 1,125 qcc medida, R2 = 0,83**. Observou-setendncia dos valores de capacidade de campo estimados seaproximarem mais dos valores medidos quando se utilizoup = 0,0100.

Prevedello (1999) verificou, para uma Terra Roxa Estruturada,que os valores de umidade ou tempo na capacidade de campopouco diferiram para p = 0,0150 ou 0,0100. Com base nesteresultado e no obtido para um Latossolo Vermelho-Amarelofase arenosa, o autor concluiu que a adoo de como sendo1% do valor Ko, tanto para o solo homogneo quanto para oheterogneo, foi capaz de estimar a umidade na capacidade decampo com valores bem prximos daqueles observados emcondies de campo. A comparao entre os resultados obtidosno presente trabalho e os dados da literatura, corrobora comesta assertiva.

Considerando-se todas as 2242 amostras, as correlaesentre cc determinada pela equao 4 para p = 0,0100, e osatributos fsico-hdricos que propiciaram os mais altos valoresde R2, foram:

a) Para uma varivel independentecc = 1,0167i - 0,0418, R2 = 0,92**b) Para duas variveis independentescc = 1,5663i - 0,5207Pt - 0,0063, R2 = 0,98**c) Para trs variveis independentescc = 1,4345i - 0,4038Pt - 0,1365S - 0,0036, R2 = 0,99**d) Para quatro variveis independentescc = 1,4476i - 0,4129Pt - 0,1498S - 0,0099Ds + 0,0095, R2 =

0,99**

Verifica-se que, quando se considerou apenas uma varivelindependente, a melhor correlao foi com i, o que corroboracom a proposio de Ferreira & Marcos (1983) e Mello et al.(2002) de considerarem a umidade no ponto de inflexo da curva

Tabela 1. Tempo mdio para atingir a capacidade decampo (Tcc), em razo de valores da relao entre a taxade drenagem e a condutividade hidrulica saturada (p)

Valor de p Tcc (h) 0,0025 213,4

0,0050 116,3 0,0100 63,1 0,0150 44,1 0,0200 34,1

Tabela 2. Valores da umidade na capacidade de campo(cc) e da tenso correspondente (hcc), em razo de valoresda relao entre a taxa de drenagem e a condutividadehidrulica saturada (p)

p = 0,0100 p = 0,0150 Classe

textural cc (m3 m-3)

hcc (kPa)

cc (m3 m-3)

hcc (kPa)

Muito argilosa 0,409 7,5 0,417 6,5 Argilosa 0,401 7,4 0,409 6,4 Mdia 0,354 6,8 0,362 6,0 Arenosa 0,239 6,5 0,249 5,7

Esses valores esto prximos do valor 6 kPa, que pode ser

considerado alternativa vivel para estimao da umidade nacapacidade de campo, quando se tem a curva caracterstica dereteno de gua dos solos (Ferreira & Marcos, 1983; Andradeet al., 1991). Mello et al. (2002) verificaram que o limite superiorda gua disponvel correspondeu a 6 kPa, sendoestatisticamente igual ao ponto de inflexo da curvacaracterstica de reteno, quando o modelo de ajuste da curvade reteno de gua do solo se tratar de uma polinomial cbica.

Em um solo de textura argilosa, Dardengo et al. (2005)determinaram o valor de 0,396 m3 m-3 para a capacidade decampo, pelo mtodo direto em vasos, valor bem prximo damdia de 0,401 m3 m-3 obtida com p = 0,0100 (Tabela 2). Souza etal. (2000) obtiveram, em solo de textura mdia e pelo mtododireto em casa de vegetao, o valor de 0,347 m3 m-3, valorprximo mdia 0,354 m3 m-3 informada nesta tabela para omesmo valor de p. Em solo de textura arenosa, Fabian & Ottoni

Tabela 3. Valores da umidade na capacidade de campo (cc) medida e determinada pela equao 4 para diferentesvalores da relao entre a taxa de drenagem e a condutividade hidrulica saturada (p)

PI - perfil instantneo

cc (m3 m-3) Classe textural Referncia Mtodo cc (m

3 m-3) medida p = 0,0100 p = 0,0150

Muito argilosa Polyanna et al. (2005) PI 0,321 0,348 0,356 Muito argilosa Casaroli & van Lier (2008) Vaso 0,322 0,384 0,395 Argilosa Polyanna et al. (2005) PI 0,334 0,357 0,364 Argilosa Polyanna et al. (2005) PI 0,325 0,372 0,379 Argilosa Costa et al. (1997) Tubo 0,323 0,323 0,337 Mdia Costa et al. (1997) Tubo 0,250 0,276 0,293 Mdia Casaroli & van Lier (2008) Vaso 0,243 0,245 0,257



de reteno de gua no solo como a capacidade de campo.Fabian & Ottoni Filho (2000), testando equaes com uma,trs e cinco variveis independentes para estimar a capacidadede campo de um Podzlico Vermelho-Amarelo, constataram queo menor erro relativo foi obtido com a equao que consideravaapenas uma varivel, a microporosidade (mp). No presentetrabalho e apesar da correlao entre cc e mp ser altamentesignificativa (cc = 0,7519 mp + 0,098, R2 = 0,57**), o coeficientede determinao foi menor do que quando se consideraramoutros atributos, significando que considerar a umidade natenso de 6 kPa como igual capacidade de campo, pode nocorresponder realidade. Observou-se, ainda, que o uso deduas variveis independentes, i e Pt, foi suficiente para explicara quase totalidade da variabilidade de cc.

As correlaes entre a umidade na capacidade de campodeterminada pela equao 4 para p = 0,0100 e expressa basede massa (Ucc), e os teores de argila (Ag), silte (Silt), areia (Ar)e matria orgnica (MO) que propiciaram os mais altos valoresde R2, considerando-se as 472 amostras de solo, foram:

a) Para uma varivel independenteUcc = 0,0023Ag + 0,2192, R2 = 0,61**b) Para duas variveis independentesUcc = 0,0019Ag + 0,0024Silt + 0,2143, R2 = 0,70**Ucc = 0,0020Ag + 0,0145MO + 0,2025, R2 = 0,70**c) Para trs variveis independentesUcc = 0,0018Ag + 0,0019Silt + 0,0111MO + 0,2026,

R2 = 0,75**d) Para quatro variveis independentesUcc = 0,0026Ag + 0,0025Silt + 0,0011Ar + 0,0108MO + 0,1253,

R2 = 0,77**

Silva et al. (2008) verificaram forte influncia da argila nareteno de gua de um Latossolo Vermelho, sendo o nicocomponente textural usado para ajustar funes depedotransferncia. Giarola et al. (2002) encontraram o valor deR2 = 0,79 para a correlao entre a umidade na capacidade decampo e os teores de argila e de silte de solos da regio Sul doBrasil.

Verifica-se que o uso de trs variveis independentes, Ag,Silt e MO, j explica suficientemente a variabilidade de Ucc,no sendo relevante a adio do teor de areia na equao deregresso. Como os valores do coeficiente de determinaono foram muito altos, recomenda-se cautela no uso dessasequaes de pedotransferncia.

CONCLUSES

1. possvel estimar a umidade na capacidade de campo apartir de equao baseada na curva de reteno de gua dosolo, considerando-se a taxa de drenagem como sendo 1% dovalor da condutividade hidrulica saturada em cada horizontedo perfil do solo ou em solos homogneos.

2. A umidade na capacidade de campo tambm pode serestimada em funo da umidade no ponto de inflexo da curvade reteno de gua e da porosidade total para cada horizontedo solo.

3. Para uma taxa de drenagem equivalente a 1% do valor dacondutividade hidrulica saturada do solo, a tenso de guano solo correspondente umidade na capacidade de campo sesituou entre 6,5 e 7,5 kPa.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao pesquisador da Embrapa Cerrados,Dr. Euzbio Medrado da Silva, pelas informaes fornecidassobre anlises fisico-hdricas de amostras de solo armazenadasno banco de dados dessa instituio.

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estimativa da umidade na capacidade de campo em solos sob cerrado

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