utilizaÇÃo do intervalo hÍdrico Ótimo do solo...
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EVERTON BLAINSKI
UTILIZAÇÃO DO INTERVALO HÍDRICO ÓTIMO DO SOLO PARA
MANEJO DE ÁREA IRRIGADA
MARINGÁ
PARANÁ - BRASIL
FEVEREIRO - 2007
EVERTON BLAINSKI
UTILIZAÇÃO DO INTERVALO HÍDRICO ÓTIMO DO SOLO PARA
MANEJO DE ÁREA IRRIGADA
Dissertação apresentada à Universidade Estadual de Maringá, como parte das exigências do Programa de Pós-graduação em Agronomia, área de concentração: Solos e Nutrição de Plantas, para obtenção de título de Mestre.
MARINGÁ
PARANÁ - BRASIL
FEVEREIRO - 2007
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)
(Biblioteca Central - UEM, Maringá – PR., Brasil)
Blainski, Everton
B634u Utilização do intervalo hídrico ótimo do solo
para manejo de área irrigada / Everton Blainski. --
Maringá : [s.n.], 2007.
67 f. : figs., tabs.
Orientador : Prof. Dr. Antônio Carlos Andrade
Gonçalves.
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de
Maringá. Programa de Pós-Graduação em Agronomia,
2007.
1. Qualidade física do solo. 2. Umidade – Física
do solo. 3. Intervalo hídrico ótimo – Qualidade
física do solo. 4. Solo – Resistência à penetração.
I. Universidade Estadual de Maringá. Programa de
Pós-Graduação em Agronomia. II. Título.
CDD 21.ed. 631.432
ii
À minha esposa Rachel Muylaert Locks GuimarãesRachel Muylaert Locks GuimarãesRachel Muylaert Locks GuimarãesRachel Muylaert Locks Guimarães
Aos meus pais Miroslau e AnaMiroslau e AnaMiroslau e AnaMiroslau e Ana
Dedico.Dedico.Dedico.Dedico.
iii
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq, pela concessão de bolsa de estudo.
À Coordenação do Programa de Pós-graduação em Agronomia da
Universidade Estadual de Maringá, pela oportunidade concedida.
Ao Professor-orientador Dr. Antônio Carlos Andrade Gonçalves pela parceria,
paciência, incentivo e amizade durante a realização deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Cássio Antonio Tormena pela valiosa colaboração.
Aos Professores Dr. Paulo Sérgio Lourenço de Freitas, Dr. Roberto Rezende e
Dr. Altair Bertonha, pelo apoio durante a realização deste trabalho.
À M.S. Rachel Muylaert Locks Guimarães pela colaboração e incentivo
principalmente nos momentos mais difíceis.
Aos Servidores Érika C.T. Sato e Reinaldo Bernardo pela atenção,
disponibilidade e amizade prestados durante a realização deste trabalho.
Aos Servidores Osmar Passolongo, Amauridio, Eduardo e Nelson, pelo apoio e
amizade na operacionalização do trabalho.
Aos amigos Eslauco César Dvoranen, Odair José Marques, Rivanildo Dallacort,
Thais O. Iácono, Celso Helbel, Tédson L. de Freitas e Rúbia Molina pela
amizade e apoio.
Aos meus pais Miroslau Blainski e Ana Dutra Blainski pelo incentivo e
confiança em todos os momentos de minha vida.
iv
BIOGRAFIA
EVERTON BLAINSKI, filho de Miroslau Blainski e Ana Dutra Blainski, nasceu
na cidade de Assis Chateaubriand, Estado do Paraná, no dia 01 de junho de
1981. Ingressou na Universidade Estadual de Maringá, Paraná – UEM, em
fevereiro de 2000, no curso de Agronomia. Durante o período de graduação
participou do Programa de Iniciação Científica (PIC) e do Programa de Bolsas
de Iniciação Científica (PIBIC/CNPq-UEM). Graduou-se em dezembro de 2004.
Em março de 2005, ingressou no Programa de Pós-Graduação em Agronomia,
em nível de Mestrado, área de concentração em Solos e Nutrição de Plantas,
na Universidade Estadual de Maringá.
v
ÍNDICE
Página
LISTA DE TABELAS...................................................................................... vii
LISTA DE FIGURAS...................................................................................... viii
RESUMO........................................................................................................ x
ABSTRACT.................................................................................................... xii
1 INTRODUÇÃO............................................................................................ 1
2 REVISÃO DE LITERATURA....................................................................... 3
2.1 Capacidade de Campo (CC)................................................................ 5
2.2 Porosidade de Aeração (PA)................................................................ 6
2.3 Ponto de Murcha Permanente (PMP).................................................. 8
2.4 Resistência do solo à Penetração (RP)............................................... 9
2.5 Intervalo Hídrico Ótimo (IHO)............................................................... 11
3 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................ 14
3.1 Caracterização da área experimental.................................................. 14
3.2 Caracterização da cultura.................................................................... 14
3.3 Instalação e Condução da cultura........................................................ 15
3.3.1 Histórico da área experimental................................................... 15
3.3.2 Preparo do solo e plantio........................................................... 15
3.3.3 Manejo da irrigação.................................................................... 16
3.4 Amostragem de Solo............................................................................ 18
3.5 Determinação da curva de retenção de água no solo (CRA)............... 18
3.6 Determinação da curva de resistência do solo à penetração (CRS)... 19
3.7 Determinação da densidade do solo.................................................... 21
3.8 Determinação da densidade de partículas........................................... 21
3.9 Determinação da porosidade total do solo........................................... 22
3.10 Determinação da umidade do solo na saturação............................... 22
3.11 Determinação do intervalo hídrico ótimo............................................ 22
3.12 Determinação da produtividade da cultura......................................... 23
3.13 Análise estatística dos dados............................................................. 24
vi
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................. 26
4.1 Curva de retenção de água no solo (CRA).............................................. 26
4.2 Resistência do solo à penetração (RP).................................................... 35
4.3 Intervalo Hídrico Ótimo (IHO)................................................................... 39
4.4 Produtividade, distribuição espacial e análise de correlações................. 51
5 CONCLUSÕES........................................................................................... 60
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................ 61
vii
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela - 1 Estatística descritiva para os valores de umidade do solo (θ)
para cada um dos onze valores de potencial de água no solo
(hPa) e para a densidade do solo (ds)...................................... 26
Tabela - 2 Estatística descritiva para os valores de umidade do solo para
cada um dos onze valores de potencial de água no solo e
para a densidade do solo após a remoção dos valores
atípicos das distribuições.......................................................... 27
Tabela – 3 Coeficientes do modelo ajustado para θ em função do
potencial de água no solo e da ds. θ = [(a.(ψb).dsc], erro-
padrão da estimativa, nível de significância e intervalo de
confiança respectivos................................................................ 34
Tabela – 4 Média, desvio-padrão e coeficiente de variação da umidade
do solo (m3m-3), densidade do solo (Mg m-3) e da resistência
média do solo à penetração (MPa) e número de amostras nos
grupos definidos para cada valor de potencial de água no
solo............................................................................................ 36
Tabela - 5 Resultados da análise de regressão não-linear da curva de
resistência do solo à penetração gerada pelo modelo:
RP = [(d.θe)*(dsf)]....................................................................... 38
Tabela - 6 Estatística descritiva dos valores de produtividade relativa da
cultura do feijoeiro e valores de intervalo hídrico
ótimo.......................................................................................... 52
viii
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura – 1 Lâminas de água aplicada via irrigação e via precipitação
pluviométrica, e principais eventos ocorridos durante o ciclo
da cultura................................................................................. 16
Figura – 2 Croqui da área experimental, as estrelas representam os
aspersores dispostos no espaçamento 15 x 18 m. Os
quadrados representam o centro da quadrícula de acordo
com a ordem dos pontos amostrados..................................... 17
Figura – 3 Gráficos “box-plot” para as distribuições de θ em cada um
dos onze valores de potencial de água no solo...................... 29
Figura – 4 Curva de retenção de água no solo para os pontos
experimentais e modelos de van Genuchten e logarítmico
ajustados aos valores médios obtidos experimentalmente..... 30
Figura – 5 Valores de θ na saturação (θs), medidos experimentalmente
e valores de porosidade total (Pt) calculados como
(1 – ds/dp)............................................................................... 32
Figura – 6 Valores de θ para potencial zero (saturação), para a
capacidade de campo e para o ponto de murcha em função
dos valores de densidade do solo........................................... 33
Figura – 7 Relação entre os valores de θ medidos e correspondente
valor de θ estimado pelo modelo de Ross (1991) ajustado
aos dados experimentais......................................................... 34
Figura – 8 Curva característica de retenção de água do solo com θ em
função do Ψ e da densidade do solo e modelo ajustado
θ = [(0,534252.(ψ-0,056513).ds0,299727]........................................ 35
Figura – 9 Relação entre os valores de resistência do solo à
penetração medida e correspondente valor de Rp estimado
pelo modelo ajustado, modelo ajustado a essa distribuição
de valores e seu coeficiente de determinação........................ 38
Figura – 10 Curva de resistência do solo à penetração e modelo
ajustado para essa variável em função da θ e ds................... 39
ix
Figura – 11 Variação da umidade com a ds nos níveis críticos da
capacidade de campo (ψ = -60 hPa), ponto de murcha
permanente (ψ = -15000 hPa), porosidade de aeração (0,1
m3 m-3) e resistência à penetração (Rp = 2,5 MPa)................ 41
Figura – 12 Variação do Intervalo hídrico ótimo em função do aumento
dos valores de densidade do solo.......................................... 42
Figura – 13 Variação do Intervalo Hídrico Ótimo, em função da
densidade do solo, com diferentes valores críticos para
capacidade de campo (a), porosidade de aeração (b) e
resistência à penetração (c) e faixa de valores ds.................. 46
Figura – 14 Distribuição espacial dos valores de porosidade de aeração
no ponto de murcha permanente (a) e na capacidade de
campo (b) e valores de resistência mecânica à penetração
no ponto de murcha permanente (c) e na capacidade de
campo (d) na área em estudo................................................. 48
Figura – 15 Variação temporal de θ para os valores de densudade do
solo de 1,11 Mg m-3 (a); 1,23 Mg m-3 (b); 1,29 Mg m-3 (c);
1,31 Mg m-3 (d); 1,37 Mg m-3 (e); 1,40 Mg m-3 (f);
1,42 Mg m-3 (g) e 1,47 Mg m-3 (h)............................................ 50
Figura – 16 Gráfico “box-plot” para a distribuição dos valores de
produtividade relativa da cultura do feijoeiro e valores de
intervalo hídrico ótimo............................................................. 53
Figura – 17 Semivariograma experimental para os valores de
produtividade relativa da cultura do feijoeiro........................... 54
Figura – 18 Semivariograma experimental para valores de intervalo
hídrico ótimo (IHO).................................................................. 55
Figura – 19 Semivariograma experimental para valores de ds.................. 55
Figura – 20 Distribuição espacial dos valores de produtividade
relativa..................................................................................... 56
Figura – 21 Distribuição espacial dos valores de intervalo hídrico
ótimo........................................................................................ 57
Figura – 22 Distribuição espacial dos valores de densidade do solo.......................................................................................... 57
x
RESUMO
BLAINSKI, Everton. M.S. Universidade Estadual de Maringá, fevereiro de 2007.
Utilização do intervalo hídrico ótimo do solo para manejo de área irrigada.
Professor Orientador: Dr. Antônio Carlos Andrade Gonçalves.
O manejo do solo, em áreas agrícolas, influencia diretamente na
estrutura do meio, que, por sua vez, interage ou afeta uma série de
características do perfil, modificando as variáveis que expressam propriedades
físicas do solo. A degradação da estrutura física do solo tem representado uma
ameaça à sustentabilidade dos sistemas agrícolas. A busca por um índice de
avaliação da qualidade física do solo em substituição ao antigo conceito de
água disponível torna-se cada vez mais importante, visto que diversas outras
características e exigências das culturas podem limitar seu crescimento e
desenvolvimento. O Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) incorpora em um único
conceito a amplitude de água no solo onde são mínimas as limitações ao
desenvolvimento das plantas associadas à disponibilidade de água, aeração e
resistência do solo à penetração. Com isso, buscou-se determinar o IHO num
solo classificado como Nitossolo Vermelho distroférrico e por meio deste,
buscou-se a compreensão da distribuição espacial das propriedades físicas do
solo e as possíveis correlações com a produtividade da cultura do feijoeiro.
Para determinação do IHO, foram coletadas 80 amostras de solo indeformadas
na camada de 5 a 10 cm de profundidade. Essas amostras foram submetidas
aos potenciais de -10, -20, -40, -60, -80, -100, -1000, -8000 e -15000 hPa, para
determinação da curva característica de retenção de água no solo e para
determinação da curva de resistência do solo à penetração. Os limites do IHO
foram determinados pela umidade na capacidade de campo ou pela umidade
em que a porosidade de aeração atingiu 10% e pela umidade no ponto de
murcha permanente ou pela umidade em que a resistência do solo à
penetração atingiu 2,5 MPa. Os resultados demonstraram que o aumento da
densidade do solo influenciou negativamente na amplitude do intervalo hídrico
ótimo. O IHO tornou-se nulo para densidade de 1,42 Mg m-3, considerando os
limites estabelecidos. Com a diminuição da amplitude do IHO, aumenta a
xi
ocorrência de valores de umidade do solo fora dos limites impostos por este
índice. A variável resistência do solo à penetração foi a principal variável a
restringir a magnitude do IHO. A análise espacial revelou que as variáveis
porosidade de aeração, resistência do solo à penetração, produtividade
relativa, intervalo hídrico ótimo e densidade do solo apresentaram estrutura de
dependência espacial com alcances de 15 metros para as variáveis porosidade
de aeração e resistência à penetração, 11,5 metros para as variáveis
produtividade relativa e IHO e 7 metros para a variável densidade do solo.
Palavras-chave: qualidade física do solo, densidade do solo, intervalo hídrico
ótimo.
xii
ABSTRACT
BLAINSKI, Everton. Universidade Estadual de Maringá, February of 2007.
Using the least limiting water range of soil for management on irrigation
area Adviser: Prof. Dr. Antônio Carlos Andrade Gonçalves.
Soil water management on agricultural areas affect directly the soil structure,
influencing several soil characteristics, modifying the variables related to soil
properties. The degradation of soil structure, characterized by the increases on
the values of bulk density, causes many problems on agricultural system. The
least limiting water range (LLWR) had been used as substitute to the concept of
available water, due others soil characteristics could be limiting plants
development. The least limiting water range incorporate on an unique concept
the available water limits, soil aeration and soil resistance penetration. The
objectives of this work were to determine the least limiting water range and
evaluate the effect of soil bulk density, on this index; to evaluate the spatial
variability of soil properties and the relationship between them and crop bean
yield. 80 undisturbed soil samples were collected, on a Oxisoil, for soil physical
properties determination: soil bulk density, soil water retention curve, soil
resistance to penetration and least limiting water range. The results showed
that, with the increases of soil bulk density occurred decreases on soil porosity
and least limiting water range, and the increases of soil resistance penetration.
The critical soil bulk density presented the value 1,42 Mg m-3 (LLWR = 0). The
decreases on LLWR amplitude caused an increase on the probability of soil
moisture be out of the LLWR. The spatial analysis showed that the variables
soil aeration, soil resistance penetration, crop yield, LLWR and bulk density
presented spatial dependence.
Key words: Soil physical quality, least limiting water range, soil density bulk.
1
1. INTRODUÇÃO
O manejo do solo em áreas agrícolas influencia diretamente na
estrutura do meio, que, por sua vez, interage ou afeta uma série de
características do perfil, modificando as variáveis ligadas às propriedades
físicas do solo. Portanto, o manejo do solo altera a quantidade de água
armazenada, a resistência mecânica à penetração e influencia ainda na
porosidade de aeração e na densidade do solo. A resistência à penetração está
intimamente ligada com a densidade do solo e é uma das propriedades físicas
diretamente relacionada ao crescimento das raízes e da parte aérea das
plantas. Em sistemas irrigados, onde há uma busca constante pela otimização
do uso da água, a qualidade física do solo vem sendo amplamente discutida. A
determinação de uma correlação entre produtividade das culturas com a
qualidade física do solo tem se tornado de grande importância. A busca por
um índice de avaliação da qualidade física do solo em substituição ao antigo
conceito de água disponível torna-se cada vez mais importante, visto que
diversas outras características e exigências das culturas podem limitar seu
crescimento e desenvolvimento, destacando-se a aeração e a resistência à
penetração de raízes. Tais índices, no entanto, devem ser calibrados em
função das características dos solos, principalmente da textura, do nível de
compactação e da sua mineralogia.
O intervalo hídrico ótimo (IHO) é uma relação entre quatro fatores
físicos do solo diretamente relacionados com o crescimento das plantas, tendo
como limite inferior, a umidade em que a resistência à penetração torna-se
maior que 2 MPa ou o conteúdo de água associado ao potencial de
–15000 hPa (ponto de murcha permanente) e, como limite superior, o conteúdo
de água no solo quando a aeração é de 0,01 m3 m-3 ou o conteúdo de água no
solo no potencial entre -60 e -100 hPa, associado à capacidade de campo.
O conceito de água disponível para as plantas, como sendo a umidade
do solo existente entre um limite superior, associado à capacidade de campo
do solo e um limite inferior como sendo o ponto de murcha permanente, vem
sendo substituído por um conceito que engloba outros parâmetros, como a
qualidade física do solo. O de IHO incorpora em um único conceito a amplitude
2
de água do solo em que são mínimas as limitações ao desenvolvimento de
plantas associadas à disponibilidade de água, aeração e resistência do solo à
penetração. Desta forma, torna-se fundamental o desenvolvimento de trabalhos
que busquem correlacionar os conceitos de qualidade física do solo e intervalo
hídrico ótimo com produtividade das culturas. Além de se quantificar as perdas
de produtividade quando a umidade do solo encontra-se fora dos limites
estabelecidos neste intervalo.
A qualidade física do solo deve ser considerada, quando se avalia a
resposta das culturas a determinada condição de manejo. Dentre as
características a serem avaliadas, a umidade do solo, porosidade de aeração,
resistência do solo a penetração e a densidade do solo têm grande destaque. A
compactação do solo pode influenciar todos esses fatores, afetando a planta
durante alguma fase do seu ciclo de desenvolvimento. Com isso, nesse
trabalho busca-se preencher algumas lacunas a respeito deste assunto.
Neste trabalho foi formulada a hipótese de que o adensamento do solo,
evidenciado pelo aumento nos valores de densidade promove uma redução na
amplitude do intervalo hídrico ótimo com reflexos negativos na produtividade da
cultura. Além disso, a degradação da qualidade física do solo acarreta uma
diminuição da faixa de umidade do solo em que são mínimas as restrições ao
desenvolvimento vegetal e com isso, torna-se mais difícil manter a umidade do
solo dentro desse intervalo. Além disso, formulou-se a hipótese de que as
propriedades físicas do solo não ocorrem de maneira aleatória no espaço,
apresentando em maior ou menor grau, uma estrutura de dependência
espacial.
O objetivo deste trabalho foi avaliar a qualidade física do solo por meio
do Intervalo hídrico ótimo em um Nitossolo Vermelho distroférrico, cultivado
com a cultura do feijoeiro. Além disso, buscou-se uma compreensão da
distribuição espacial das propriedades físicas do solo e da distribuição temporal
da umidade do solo, buscando um entendimento sobre a existência de
correlações entre a produtividade da cultura do feijoeiro e qualidade física do
solo, através das variáveis resistência do solo a penetração (RP), densidade do
solo (ds), porosidade de aeração (PA), capacidade de campo (CC) e ponto de
murcha permanente (PMP) e Intervalo hídrico ótimo (IHO).
3
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O feijão (Phaseolus vulgaris L.) é extremamente sensível a baixos
níveis de oxigênio no ar do solo, estando susceptível a graves prejuízos na
fase inicial da germinação das sementes e na elongação da raiz principal, com
reflexos negativos no stand final de plantas e na produtividade.
Segundo Gamero (1985) a compactação do solo pode influenciar todos
os fatores que afetam a qualidade física do solo, prejudicando a planta durante
alguma fase do seu ciclo de desenvolvimento.
Alterações na atmosfera do solo podem ser observadas em condições
de elevados valores de densidade do solo e em condições excessivas de
umidade, o que pode ocorrer naturalmente ou em decorrência de compactação
do solo advinda de ações de manejo.
Diversos trabalhos mostram os efeitos negativos do adensamento do
solo no desenvolvimento radicular e na produtividade de culturas como o arroz
(Ribeiro et al., 2003), eucalipto (Silva et al., 2002b), feijoeiro (Kaiser et al.,
2003), milho (Gris et al., 2003) e soja (Oberhauser et al., 2003; Streck et al.,
2003), o que pode ser creditado a problemas de ordem física e/ou nutricional,
com variações em função da susceptibilidade das culturas e de cultivares
adotados.
Com isso, o conceito de água disponível para as plantas, como sendo
a umidade do solo existente entre a capacidade de campo do solo e o ponto
de murcha permanente, vem sendo substituído por um conceito que engloba
outras variáveis, como a qualidade física do solo.
As propriedades físicas do solo que exercem influência no crescimento
das plantas podem ser agrupadas em função de estarem relacionadas
diretamente ou indiretamente com o seu desenvolvimento: no primeiro grupo
incluem-se as propriedades envolvidas no fornecimento de água e de oxigênio,
que determinam a temperatura e a resistência do solo à penetração, sendo
determinantes nos processos fisiológicos ligados ao crescimento radicular,
crescimento foliar e fotossíntese. Entre as propriedades físicas do solo que se
relacionam indiretamente com o desenvolvimento das plantas destacam-se a
textura, a densidade, agregação e porosidade do solo (Letey, 1985).
4
Em relação à disponibilidade de oxigênio no ambiente radicular, a taxa
de difusão de oxigênio (TDO), ou a capacidade do solo em permitir a difusão
de O2 é um fator preponderante, dependendo da porosidade de aeração (PA),
que, por sua vez, depende do conteúdo de água e da porosidade do solo
(Letey, 1985). Em solos com umidade próxima à saturação e com porosidade
reduzida, a porosidade de aeração torna-se limitante ao desenvolvimento das
plantas, e não a capacidade de campo, como anteriormente assumido. Dessa
forma, Letey (1985) postulou que uma taxa de difusão de oxigênio de
0,20 mg cm-2 seria o limite mínimo aceitável, enquanto Libardi (2000) sugere
que uma porosidade de aeração de 0,1 m3 m-3 seria o mínimo necessário para
garantir essa TDO.
A retenção e a disponibilidade de água no solo estão entre os fatores
mais diretamente ligados à produtividade Silva et al. (2002a). Além disso,
atuam de forma indireta no aumento da resistência à penetração e na redução
da porosidade de aeração. O conceito de água disponível é definido em função
de dois extremos de potencial com que a água é retida no solo, sendo que no
solo úmido o potencial de -100 hPa define a capacidade de campo, e, no outro
extremo, o potencial de -15000 hPa marca o ponto de murcha permanente. A
água encontrada no solo entre esses dois extremos é chamada de água
disponível e, teoricamente, é a água que as plantas teriam à disposição para
desenvolver seus processos fisiológicos (Reichardt & Timm, 2004). No entanto,
em diversos casos a água disponível não apresenta correlações consistentes
com o crescimento vegetal, visto que as plantas se comportam de forma
diferenciada em sua capacidade de absorver água do solo, principalmente em
condições de baixos potenciais, e, ainda, apresentam respostas que podem ser
modificadas em função de outras características do solo.
Segundo Silva et al. (2002a), a busca de um índice de qualidade física
do solo que integrasse os efeitos do potencial com que a água é retida no
mesmo, a resistência à penetração e a aeração não é recente. Silva et al.
(1994) propuseram um modelo denominado “Least Limiting Water Range”,
englobando propriedades físicas do solo que pudessem ser obtidas de forma
expedita, sendo integradas em função da sua densidade. Tal termo foi
posteriormente traduzido por Tormena (1998) como Intervalo Hídrico Ótimo
(IHO), sendo definido como a faixa de conteúdo de água em que são mínimas
5
as limitações para o crescimento das plantas, levando-se em consideração o
potencial matricial (Ψ), a aeração (PA) e a resistência do solo à penetração
(RP). Assim, o IHO aperfeiçoou o conceito de água disponível ao incluir as
limitações ao crescimento de plantas, até então ignoradas ou avaliadas de
forma independente do conceito de água disponível. Em solos bem
estruturados, com valores moderados de densidade, a faixa de umidade em
que as plantas encontram condições ótimas para o crescimento é definida
pelas umidades na capacidade de campo e no ponto de murcha permanente.
Com a degradação da estrutura do solo e conseqüente aumento da densidade,
ocorre uma redução da porosidade total, causando redução da porosidade de
aeração e aumento da resistência à penetração, que passariam, então, a limitar
o crescimento das plantas (Silva et al., 2002a). Dessa forma, o IHO torna-se
um parâmetro mais sensível às mudanças estruturais no solo que a água
disponível.
O IHO integra em um único índice os efeitos da umidade do solo, tendo
destaque a umidade no potencial associado à capacidade de campo e ao ponto
de murcha permanente. Além disso, a porosidade de aeração e a resistência
do solo à penetração, são variáveis integradas pelo IHO. Com isso, o
conhecimento dessas variáveis é de fundamental importância para
determinação deste índice.
2.1 Capacidade de Campo (CC)
Entre as primeiras definições do conceito da capacidade de campo
(CC), a de principal contribuição foi a de Veihmeyer e Hendrickson (1931). De
acordo com esses autores, a capacidade de campo é: “a quantidade de água
retida pelo solo depois que o excesso tenha drenado e a taxa de movimento
descendente tenha decrescido acentuadamente, o que geralmente ocorre dois
a três dias depois de uma chuva ou irrigação em solos permeáveis de estrutura
e textura uniforme”. Esse conceito tem sido sujeito a críticas. O principal
argumento em que se baseiam as críticas deve-se ao fato desse conceito ser
arbitrário e não uma propriedade intrínseca do solo (Reichardt e Timm, 2004).
Entretanto, a definição da capacidade de campo (CC) é de grande utilidade,
6
pois, pode ser utilizada como indicativo do limite superior aproximado de
quantidade da água disponível para as plantas. Os procedimentos
normalmente adotados para a determinação da capacidade de campo
normalmente associam a umidade com um determinado potencial de água no
solo, sendo comumente adotado, o potencial de -100 hPa (Silva et al., 1994;
Tormena et al., 1998; Araújo et al., 2004; Leão et al., 2004; Reichardt e Timm,
2004), para solos de textura argilosa e o potencial de -60 hPa (Reichardt e
Timm, 2004) para solos de textura arenosa.
Apesar dos métodos de laboratório serem amplamente utilizados na
determinação da capacidade de campo, Reichardt e Timm (2004) afirmam que
nenhum método de laboratório é capaz de representar a dinâmica de água no
perfil, ressaltando, por exemplo, que o conteúdo de água relativo aos
potenciais de -330, -100 ou -60 hPa são apenas correlacionáveis com a
umidade na capacidade de campo, porém, não sendo a capacidade de campo
em si, confirmando a necessidade da sua mensuração direta.
Segundo metodologia descrita por EMBRAPA (1979), a determinação
direta da capacidade de campo in situ consiste na aplicação de uma lâmina de
água por inundação, numa área delimitada, para garantir o molhamento pleno
do perfil de solo, com posterior proteção superficial da região umedecida,
visando evitar a perda de água por evaporação ou a adição por ocorrência de
chuvas. A umidade da capacidade de campo, por profundidade, é normalmente
obtida após dois a quatro dias da completa infiltração da lâmina aplicada.
2.2 Porosidade de Aeração (PA)
A aeração do solo é o mecanismo de troca de gases, que evita a
deficiência de O2 e toxidez de CO2 no ambiente radicular. Assim, um solo bem
arejado é aquele em que as trocas de gases entre o ar do solo e a atmosfera
são suficientemente rápidas para evitar deficiência de O2 ou toxidez de CO2
BRADY (1989). Segundo esse autor, um solo em que a aeração é considerada
satisfatória, deverá possuir, pelo menos, as duas características a seguir: em
primeiro lugar, deverá haver espaço suficiente, livre de sólidos e de água; em
segundo lugar, deverá haver ampla possibilidade para pronta movimentação de
7
gases essenciais para o interior e para fora destes espaços, possibilitando a
renovação continua do suprimento de O2 constantemente utilizados nas
reações biológicas.
A composição do ar do solo é diferente da composição do ar presente
na atmosfera. O nível de CO2 da atmosfera em volume, é aproximadamente
0,03% de modo que no solo esta concentração pode variar de 0,2 a 1% nas
camadas superficiais. O ar presente no solo também possui menor conteúdo
de O2, em torno de 20,3%, quando comparado com os 20,99% presentes na
atmosfera. Os altos níveis de CO2 são resultantes do processo de respiração
dos organismos viventes do solo, que consomem o O2 liberando o CO2 como
produto final. O O2 é essencial para a atmosfera do solo. A respiração das
raízes das plantas depende em grande parte do suprimento de O2 do ar do
solo. A respiração fornece energia para diversos processos metabólicos,
incluindo a absorção ativa de íons pelas raízes (Mengel & Kirkby, 1982).
Em relação à disponibilidade de oxigênio no ambiente radicular o fator
preponderante não é a quantidade volumétrica de O2 presente e sim a taxa de
difusão de oxigênio (TDO), ou seja, a capacidade do solo em permitir uma
difusão adequada deste gás da atmosfera até as raízes consumidoras, bem
como a liberação do CO2. Letey (1985) propõe uma TDO de 0,2 µ cm-2 como o
mínimo requerido para um crescimento radicular adequado. Para fins práticos,
considera-se o valor de porosidade de aeração (PA) de 10%, ou seja,
0,1 m3 m-3 da porosidade total do solo, livre de água, como o valor mínimo para
garantir uma TDO adequada para um desenvolvimento satisfatório dos
vegetais (Betz et al., 1998; Grable & Siemer, 1968; Silva et al., 1994; Zou et al.,
2000). Além disso, a respiração microbiana decresce subitamente em
condições de umidades elevadas ou em condições de umidade no solo muito
baixa, isso ocorre devido a reduzida difusão de O2 ou devido a falta de
umidade no solo.
8
2.3 Ponto de Murcha Permanente (PMP)
Com o processo de secamento do solo, o fenômeno de retenção de
água pelo solo não pode ser mais explicado pela ação da força capilar ou
tensão superficial. A água passa a ser retida pela força de adsorção existente
entre as partículas de solo e as moléculas de água Brady (1989). Dessa forma,
as raízes das plantas não são mais capazes de absorver água numa taxa
condizente com a demanda evaporativa plena ou potencial, fazendo com que a
planta entre em murchamento. Nessas condições, a planta não consegue
retornar ao estágio anterior de turgidez, com isso, diz-se que o solo atingiu o
seu limite inferior de água disponível, definido como ponto de murcha
permanente (PMP). Esse limite varia com a demanda evaporativa, o que
depende do clima, da cultura em si e de seus estágios de desenvolvimento
(Boedt e Verheye, 1985), não sendo uma propriedade intrínseca do solo.
Em condições de campo, é comum notar que, à tarde, algumas plantas
murcham, mesmo estando o solo com umidade relativamente alta. Essas
plantas recuperam a turgidez durante a noite e permanecem túrgidas até a
tarde do dia seguinte. Este caso é chamado de “murchamento temporário”, e é
mais comum durante os dias muito quentes.
Segundo Veihmeyer e Hendrickson (1931), o ponto de murcha
permanente pode ser definido como a umidade do solo em que as folhas das
plantas em crescimento atingem um estado de murcha a partir do qual não se
recuperam quando colocadas em uma atmosfera saturada por 12 horas, sem
adição de água no solo.
Comumente, a umidade do solo no potencial de -15000 hPa é referida
como sendo o PMP (Richards & Weaver, 1944; Silva et al., 1994; Tormena et
al., 1998; Mello et al., 2002; Souza et al., 2002; Araujo et al., 2004; Leão et al.,
2004; Reichardt & Timm, 2004), tendo em vista que o murchamento
permanente das folhas, em condições de vasos contidos em estufas, acontece
aproximadamente a essa tensão. Porém, o método indireto de determinação do
PMP gera algumas discussões, pois, sugere que todas as espécies se
comportem similarmente em diferentes solos e climas Winter (1984).
O procedimento para a indicação do ponto de murcha permanente pelo
método fisiológico direto é classicamente realizado em pequenas quantidades
9
de amostras de solo contidas em vasos em casa de vegetação, usando o
girassol como planta indicadora. Pesquisas têm evidenciado que o algodoeiro é
uma planta tolerante a baixos teores de água no solo, diferentemente de
culturas como girassol e feijão, comumente empregadas como plantas de teste
na determinação do PMP (Kiehl, 1979). Porém, a umidade referente a um
potencial de no solo de -15000 hPa, obtida por secamento de amostras
indeformadas em câmara de pressão (Richards e Weaver, 1944), tornou-se o
método de determinação do PMP mais freqüentemente aplicado (Reichardt &
Timm, 2004).
2.4 Resistência do solo à Penetração (RP)
A resistência do solo à penetração das raízes (RP) é uma propriedade
física adotada como indicativo da compactação do solo (Imhoff et al., 2000;
Stone et al., 2002), por apresentar relações diretas com o crescimento das
plantas (Hoad et al., 2001) e por ser mais eficiente na identificação de estados
de compactação comparada à densidade do solo (Silva, 2003). RP e a
densidade do solo apresentam uma relação direta, enquanto que a umidade do
solo influencia inversamente na RP (Silva et al., 1994; Tormena et al., 1998).
A densidade e a umidade do solo são variáveis importantes para
determinação da RP. A coleta de dados para a determinação desta variável
deve ser realizada com o controle da umidade do solo, permitindo dessa forma
evidenciar os efeitos do manejo sobre a estrutura do solo, uma vez que os
efeitos de sistemas de manejo podem ser confundidos com os efeitos da
umidade sobre a resistência do solo à penetração.
A RP, ao influenciar na forma, dimensão e distribuição do sistema
radicular das plantas, tem importância fundamental no rendimento das culturas
(Taylor et al., 1966; Ehlers et al., 1983). No entanto, a relação entre a RP e o
crescimento das raízes é apenas inferido, a partir de correlações negativas
entre essas características, de forma semelhante ao encontrado por Ehlers et
al. (1983) em plantas de aveia e por Kaiser et al. (2003) na cultura do feijoeiro.
Nota-se, de forma consistente, um aumento da resistência à penetração dos
solos à medida que diminui a umidade, o que traz mais um complicador ao
10
entendimento da ação das características físicas dos solos sobre o
comportamento das plantas (Baver et al., 1972; Benjamin et al., 2003).
Observando isso, Vaz e Hopmans. (2001) introduziram um novo
conceito de medida de resistência à penetração e umidade utilizando a técnica
da TDR, fazendo medidas simultaneamente em um solo siltoso da Califórnia
EUA. Vaz et al. (2001) obtiveram correlações experimentais entre resistência à
penetração, densidade e umidade utilizando um tipo de equipamento que se
consistiu basicamente de um penetrômetro de impacto com uma sonda TDR
tipo espiral acoplado na haste do penetrômetro acima do cone padrão.
Outra alternativa para contornar a influência da umidade sobre a RP
geralmente é determinada quando o conteúdo de água no solo equivale à
capacidade de campo (Smith et al., 1997).
A RP é obtida em MPa, sendo esse valor considerado como a força
impeditiva ao crescimento e funcionamento do sistema radicular baseado nos
resultados experimentais de Letey (1985). Para determinação do IHO, tem-se
utilizado valores de RP de 2,0 MPa em lavouras anuais (Silva et al., 1994;
Tormena et al., 1998), 2,5 MPa em pastagens (Leão, 2002) e 3,0 MPa em
solos de florestas (Zou et al., 2000).
Em trabalhos conduzidos em casa de vegetação, Mielniczuk et al.
(1985), verificaram redução na massa de matéria seca da parte aérea de aveia
e trigo a partir da resistência do solo à penetração de 2,3 MPa em Latossolo
Roxo. Merotto & Mundstock (1999) verificaram menor produtividade de matéria
seca de trigo a partir da resistência do solo à penetração de 2,0 MPa em
Podzólico Vermelho-Escuro.
Na determinação da resistência do solo à penetração, são utilizados
diversos tipos penetrômetros, o que tem dificultado a interpretação dos
resultados. Assim, Herrick & Jones. (2002) recomendam a utilização de
penetrômetros estáticos com velocidade constante de penetração tanto por sua
maior precisão como também para padronizar as determinações.
11
2.5 Intervalo Hídrico Ótimo (IHO)
O potencial produtivo de uma cultura pode ser definido como uma
função direta de seus atributos genéticos e de fatores relacionados ao clima e
ao solo. Dentre as diversas funções do solo, uma delas é garantir um ambiente
adequado para o desenvolvimento das plantas, uma vez que suas
propriedades físicas influenciam no desenvolvimento das mesmas e são
frequentemente inter-relacionadas (Wu et al., 2003). As condições físicas do
solo têm um papel determinante no crescimento e na produtividade das
culturas. Atualmente reconhece-se que o estudo de aspectos relacionados à
disponibilidade de água e à estrutura do solo, são de fundamental importância
para o entendimento de muitos processos agrícolas (Dexter; Youngs, 1992).
Diversas propriedades físicas do solo têm sido empregadas para
quantificar as mudanças causadas pelo manejo do solo. Geralmente, as
propriedades físicas do solo são analisadas individualmente, não sendo
consideradas as possíveis interações entre elas. Letey. (1985), em uma
tentativa para integrar várias propriedades físicas em um único parâmetro,
desenvolveu o conceito do “non-limiting water range” (NLWR), que
posteriormente foi aprimorado por Silva et al. (1994) sendo renomeado para
“least limiting water range” (LLWR). No Brasil o “LLWR” foi utilizado pela
primeira vez por Tormena et al. (1998) e foi traduzido para “intervalo hídrico
ótimo” (IHO). O IHO integra três fatores diretamente associados com o
crescimento das plantas em uma única variável e é considerado como um
excelente índice na avaliação da qualidade física do solo para o crescimento
das plantas (Silva & Kay, 1996; Sharma & Bhushan, 2001; Wu et al., 2003).
Segundo Kay et al. (1997), o IHO refere-se à faixa de conteúdo de
água no solo em que não ocorrem limitações hídricas ao crescimento das
plantas devido à disponibilidade de água, aeração e resistência do solo à
penetração das raízes (Silva et al., 1994; Topp et al., 1994; Tormena et al.,
1998). O IHO engloba numa única medida os efeitos da estrutura do solo nos
fatores físicos que influenciam diretamente o crescimento das plantas (raízes e
parte aérea), tendo a densidade do solo como uma variável independente e
outras quatro variáveis dependentes, sendo: a umidade em que a porosidade
de aeração (θAR10%) torna-se insuficiente para suprir a demanda da planta
12
(0,10 m3 m-3); ou a umidade na capacidade de campo (θCC) estimada através
da curva de retenção de água em potenciais matriciais entre -60 a -100 hPa
como limite superior, e como limite inferior a umidade no ponto de murcha
permanente (θPMP) associado ao potencial matricial de -15000 hPa; ou a
umidade em que a resistência do solo a penetração das raízes torna-se
limitante ao desenvolvimento das plantas (θRP) associado a valores entre 2,0 e
3,0 MPa (Silva et al., 1994; Tormena et al., 1998). O IHO pode ser definido
como:
)ou()ou(IHO RPPMP%10ARCC θθ−θθ=
Segundo Silva et al. (1994), podem ocorrer valores de densidade do
solo em que são nulos os valores de IHO. Os valores de densidade do solo
associados às condições restritivas ao desenvolvimento radicular das plantas
foram denominados por esses autores de densidade crítica (dsc).
O IHO é positivamente correlacionado com o teor de matéria orgânica
do solo e negativamente correlacionado com a densidade do solo (Silva & Kay,
1994; Kay et al., 1997). A degradação da estrutura do solo resulta numa
redução do IHO (Letey, 1985) que, pode aumentar a probabilidade das raízes
das culturas serem expostas à ocorrência de limitações físicas do solo (Silva &
Kay, 1997b). Isso sugere que a compactação e a redução nos teores de
matéria orgânica do solo aumentam a probabilidade de ocorrência de
condições físicas impróprias para o crescimento das plantas. Silva & Kay
(1996) demonstraram que o crescimento de plantas de milho foi negativamente
correlacionado com a magnitude do IHO e com a ocorrência de umidade do
solo fora dos seus limites. Stirzaker (1997) demonstrou que o aumento da
densidade do solo acarretou uma redução do IHO e do crescimento vegetativo
de plantas de tomate.
Cavalieri et al. (2004) conseguiram discriminar os efeitos de diferentes
sistemas de manejo do solo sobre a qualidade física de um Latossolo Vermelho
distrófico utilizando o IHO, mostrando que o preparo mínimo com escarificação
foi mais eficiente em proporcionar boas condições para o desenvolvimento de
plantas, quando comparado ao plantio direto e plantio convencional.
13
Tormena et al. (2003) mostraram que o IHO foi significativamente
modificado pelos sistemas de preparo, sendo que o preparo mínimo com
escarificação e o plantio convencional com aração e gradagem ofereceram
valores de IHO mais amplos que o plantio direto, com reflexos positivos na
produtividade da cultura da mandioca. Da mesma forma, o IHO e a densidade
crítica do solo, caracterizada por apresentar IHO nulo foram considerados
promissores na avaliação da qualidade estrutural do solo, com vistas à
maximização da produção de soja (Beutler et al., 2003).
Esses trabalhos corroboram a hipótese de que a magnitude do IHO é
um indicador da freqüência com que a estrutura do solo determina condições
físicas adequadas ou inadequadas para o desenvolvimento das culturas.
O IHO vem sendo empregado em estudos de sistemas de manejo de
solo em lavouras anuais, pastagens, fruticultura e florestas (Silva et al., 1994;
Beltz et al., 1998; Tormena et al., 1999; Zou et al., 2000; Leão, 2002; Benjamin
et al., 2003; Negro, 2003; Cavalieri, 2004). Como já mencionado anteriormente,
o IHO apresenta como vantagem em relação a outros indicadores de qualidade
física do solo por integrar, em um único índice, os efeitos da umidade do solo
(θcc a θPMP), da porosidade de aeração (PA) e da resistência do solo à
penetração das raízes (RP) na disponibilidade de água para as plantas.
Outra maneira de expressar o IHO é por meio do potencial matricial de
água no solo, passando a ser chamado de Intervalo Ótimo de Potencial de
Água no Solo (IOP), conforme definido por Tormena et al. (1999) e utilizado por
Araújo et al. (2003) para demonstrar que a escarificação pode reverter os
problemas de compactação do solo gerados pelo uso continuado de plantio
direto.
14
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Caracterização da área experimental
O trabalho foi conduzido na unidade de pesquisa em agricultura
irrigada no Centro Técnico de Irrigação – CTI da Universidade Estadual de
Maringá, UEM. A área experimental está localizada no município de Maringá,
com latitude de 23°25’ sul e longitude de 51°57’ oeste. A altitude média é de
540 metros.
O clima da região, segundo classificação de Köppen, é caracterizado
como Cfa, mesotérmico úmido com chuvas abundantes no verão e inverno
seco, com precipitação média anual de 1500 mm. Nos meses de julho e agosto
concentram-se os menores índices pluviométricos.
O solo da área é classificado como Nitossolo Vermelho distroférrico
(EMBRAPA, 1999), horizonte A moderado, B nítico, textura argilosa. O relevo é
considerado homogêneo, com suave ondulação, apresentando declividade
média de 8%.
A análise granulométrica do solo da área experimental foi realizada
pelo método de Bouyoucos com amostras deformadas coletadas na
profundidade de 0 a 0,15 m. A composição granulométrica do solo indicou os
seguintes teores: areia 175 g kg-1, silte 90 g kg-1 e argila 735 g kg-1.
3.2 Caracterização da cultura
Para realização deste estudo, foi utilizada a cultura do feijoeiro
(Phaseolus vulgaris L.). A cultivar utilizada foi a IAPAR 81. Essa cultivar tem
como principais características: porte ereto, ampla adaptabilidade, hábito de
crescimento indeterminado, flor de coloração branca, florescimento em média
aos 43 dias após a emergência (DAE), ciclo médio de 92 dias. Os grãos
pertencem ao grupo comercial Carioca, de excelente qualidade culinária, com
coloração bege clara e com listras marrom-claras.
15
A cultivar apresenta moderada resistência à antracnose, ferrugem e
oídio; resistente ao mosaico comum e susceptível a bacteriose, mancha
angular e mosaico dourado. Apresenta bom nível de tolerância a altas
temperaturas e pequenos déficits hídricos ocorridos durante a fase reprodutiva.
Apresenta ainda, elevada uniformidade de maturação das vagens quando
comparada à outras cultivares.
Para o plantio, o espaçamento recomendado entre linhas é de 0,40 a
0,60m, com 12 a 13 plantas distribuídas uniformemente por metro linear,
totalizando uma população média de 240.000 plantas ha-1.
3.3 Instalação e Condução da Cultura
3.3.1 Histórico da área experimental
Nos últimos anos a área experimental foi utilizada para a realização de
trabalhos científicos voltados para a área de agricultura irrigada. No ano de
2000 a área foi cultivada com a cultura da soja no sistema de plantio
convencional, permanecendo em pousio até o ano de 2004. Neste período,
foram realizadas diversas roçadas na área experimental. No ano de 2004, a
área foi cultivada a cultura do feijoeiro em sistema de plantio convencional. Na
safra de inverno a área permaneceu novamente em pousio. No ano de 2005,
foi cultivada a cultura do feijoeiro nas safras de verão e inverno. No ano de
2006, a área experimental passou por uma escarificação e novamente foi
implantada a cultura do feijoeiro em sistema de plantio convencional na safra
de inverno.
3.3.2 Preparo do Solo e Plantio
Antes da instalação da cultura do feijoeiro, a área experimental passou
por uma dessecação seguida de roçada. Em seguida, a área foi submetida a
uma escarificação à uma profundidade média de 0,40m seguida de duas
gradagens. Antes do plantio, foi aplicado o herbicida pré-emergente Trifuralina
nortox (2,4 l ha-1) seguido de uma gradagem superficial para incorporação do
16
produto no solo. A adubação de base foi realizada de acordo com análise de
fertilidade de solo no dia do plantio (12/04/2006). Foi aplicado nos sulcos de
plantio 300 kg ha-1 do formulado 4-20-20 de NPK com o auxilio de uma
semeadora Fankhauser modelo IF-13.
A semeadura foi realizada manualmente com espaçamento entre linhas
de 0,50 m e com cerca de 15 sementes viáveis por metro linear.
A emergência das plântulas ocorreu 9 dias após o plantio. Foram
realizadas três adubações de cobertura com sulfato de amônia. A primeira
realizada 18 dias após a emergência (DAE), a segunda, no inicio da floração 44
DAE e a terceira adubação de cobertura foi realizada no início da fase de
formação de vagens 57 DAE. O ciclo da cultura teve duração de 96 DAE,
conforme descrito na Figura 1.
0
5
10
15
20
25
30
35
12/0
4/0
6
19/0
4/0
6
26/0
4/0
6
03/0
5/0
6
10/0
5/0
6
17/0
5/0
6
24/0
5/0
6
31/0
5/0
6
07/0
6/0
6
14/0
6/0
6
21/0
6/0
6
28/0
6/0
6
05/0
7/0
6
12/0
7/0
6
19/0
7/0
6
26/0
7/0
6
Irrigação Chuva
Pla
ntio
1a a
dub
cobe
rtur
a
Flo
resc
imen
to
Col
heita
For
maç
ão d
e va
gens
2a a
dub
cobe
rtur
a
3a a
dub
cobe
rtur
a
Em
ergê
ncia
1° IA
F-1
8/5
2° IA
F-2
6/5
4° IA
F-0
9/6
5° IA
F-1
6/6
6° IA
F-2
3/6
7° IA
F-0
7/7
3° IA
F-0
2/6
Figura 1 – Lâminas de água aplicadas via irrigação e via precipitação pluviométrica, e principais eventos ocorridos durante o ciclo da cultura.
3.3.3 Manejo da Irrigação
O sistema de irrigação utilizado foi do tipo aspersão convencional fixo,
composto de uma linha principal e duas linhas laterais adjacentes, dotadas de
103 110 117 124 131 138 145 152 159 166 173 180 187 194 201 208
Dia do ano
Lâm
ina
- m
m
17
quatro aspersores em cada linha da marca FABRIMAR, modelo A232 com
diâmetro de bocais de 5,6 x 3,2 mm. O espaçamento adotado foi de 18 metros
entre os aspersores de uma mesma linha de derivação e 15 metros entre as
duas linhas. Esse espaçamento proporcionou um coeficiente de uniformidade
de Christiansen (CUC) de 80%.
Após a instalação do sistema de irrigação, foi demarcada a área
experimental com 15 metros de largura e 48 metros de comprimento (+
bordadura), totalizando uma experimental com 720 m2. A cultura foi instalada
com bordadura de 1,5 metros na lateral e 1,0 metro no comprimento,
totalizando uma área total de 900 m2. Essa área foi divida em 80 quadrículas
com dimensões de 3,0 x 3,0 m (9,0 m2), conforme Figura 2. Estudos
preliminares realizados por Gonçalves et al. (2004) demonstraram a
conveniência de se adotar esse número de pontos, espaçamentos e os
procedimentos utilizados neste trabalho.
No centro de cada quadrícula foi instalada uma sonda de TDR com
0,20 m de comprimento para monitoramento diário da umidade do solo. Ao lado
de cada sonda de TDR foi instalada uma haste metálica para fixação de
coletores de lâmina de irrigação.
1
2
3
4
5 6
7
8
9
10 11
12
13
14
15 16
17
18
19
20 21
22
23
24
25 26
27
28
29
30 31
32
33
34
35 36
37
38
39
40 41
42
43
44
45 46
47
48
49
50 51
52
53
54
55 56
57
58
59
60 61
62
63
64
65 66
67
68
69
70 71
72
73
74
75 76
77
78
79
80
-1.5 1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5 49.5
Direção X - m
01.5
34.5
67.5
910.5
1213.5
15
Dire
ção
Y -
m
Figura 2 – Croqui da área experimental, as estrelas representam os aspersores dispostos no espaçamento 15 x 18 metros. Os quadrados representam o centro da quadrícula de acordo com a ordem dos pontos amostrados.
Para o monitoramento da umidade do solo, foi utilizada a técnica da
TDR. As sondas de TDR usadas nesse experimento foram construídas e
calibradas no laboratório do Centro Técnico de Irrigação – CTI da Universidade
Estadual de Maringá, conforme procedimento descrito por Trintinalha (2005).
18
3.4 Amostragem de Solo
A amostragem do solo foi realizada na segunda quinzena do mês de
agosto de 2006. As amostras foram coletadas no centro de cada quadrícula,
próximas às sondas de TDR. Para isso, foi removida a camada superficial de
solo (0,05 m) e introduziu-se um anel metálico com diâmetro médio de 0,05 m e
altura média de 0,05 m com o auxilio de um atuador hidráulico apoiado
verticalmente ao pára-choque de um trator. Imediatamente após a retirada das
amostras, estas foram envolvidas em papel alumínio e acondicionadas em
sacos plásticos até serem preparadas para análises. Em cada um dos 80
pontos foi coletada uma amostra de solo deformada na mesma profundidade
para determinação da textura e da densidade de partícula do solo.
3.5 Determinação da curva de retenção de água no solo (CRA)
Após a coleta, as amostras foram preparadas para as análises
retirando-se o excesso de material. Em seguida, foram saturadas em
recipientes por meio da manutenção de uma lâmina de água máxima de dois
terços da altura dos anéis metálicos, conforme metodologia descrita por
GONÇALVES, 1997.
Depois de saturadas, as amostras foram pesadas e levadas à mesa de
tensão adaptada de Topp e Zebtchuk. (1979), na qual foram submetidas aos
potencias de -10, -20, -40, -60, -80 e -100 hPa, estabelecidos por meio da
diferença de nível em uma coluna de água. Em seguida estas amostras não
deformadas foram levadas para a câmara de Richards no interior das quais
foram submetidas a pressões de ar equivalentes aos potenciais de -500 hPa e,
posteriormente, ao potencial de -1000 hPa. Para obtenção da umidade nos
potenciais de -8000 e -15000 hPa, foram utilizadas amostras deformadas de
solo coletadas em cada um dos 80 pontos, submetidas a pressões
equivalentes a estes potenciais, em um extrator de membrana de celulose,
conforme metodologia descrita por Reeve & Carter.(1991).
19
A curva de retenção de água no solo foi ajustada inicialmente por meio
da equação proposta por van Genutchen (1980) ajustada a partir da hipótese
de Mualen, conforme equação 1:
( )[ ]mn
rsr
.1 ψα+
θ−θ+θ=θ (1)
Em que θ equivale ao conteúdo de água (m3 m-3); θs equivale ao
conteúdo de água na saturação (m3 m-3); θr equivale ao conteúdo de água
residual (m3 m-3); Ψ equivale ao potencial mátrico (hPa); α m e n são os
coeficientes do ajuste do modelo. Adotou-se a restrição para m = (1 - 1/n) no
ajuste do modelo aos dados experimentais.
Ajustou-se também aos dados experimentais da curva de retenção de
água no solo, um modelo que expressa a umidade em função do potencial de
água no solo, conforme procedimento descrito por Silva et al. (1994) utilizando
a função empregada por Ross et al. (1991) descrita pela equação 2.
b.a ψ=θ (2)
Em que, a e b são coeficientes de ajuste do modelo.
A partir da equação 2, incorporou-se o efeito da densidade do solo ao
modelo ajustado conforme metodologia descrita por Leão et al. (2005),
apresentada na equação 3.
cb
dsa ψθ ..= (3)
Em que a, b e c são coeficientes de ajuste do modelo.
3.6 Determinação da curva de resistência do solo à penetração (CRS)
Para determinação da curva de resistência do solo à penetração (CRS)
as amostras indeformadas foram novamente saturadas e dividas em 8 grupos
com 7 a 9 amostras cada (total de 64 amostras). Cada grupo de amostras foi
20
submetido a um potencial diferente, sendo estes: -20, -40, -60, -80, -100, -500,
-1000 e -15000 hPa. Após alcançarem o equilíbrio nos potenciais descritos
anteriormente, foi determinada a resistência do solo à penetração (RP) no
centro de cada amostra. Para a determinação de RP, foi utilizado um
penetrômetro estático similar ao descrito por Tormena et al. (1998). O
penetrômetro utilizado é constituído de uma haste metálica com um cone na
sua extremidade com semi-ângulo de 30° e área da base de 0,1075 cm2, ligado
a um medidor composto por uma célula de carga com capacidade nominal de
20kg. A velocidade de penetração foi de 1cm min-1, desta forma, em cada
amostra foram realizadas 257 leituras de RP até a profundidade de 4,28 cm,
das quais, a resistência do solo à penetração foi calculada considerando a
média das leituras entre 1 e 4,28 cm de profundidade. Para conversão dos
valores de RP de força (Kgf) para MPa, utilizou-se a seguinte expressão:
912407,0.)()( KgfMPa RPRP = (4)
Em que RP(Mpa) equivale à resistência do solo à penetração (MPa) e
RP(Kgf) equivale à resistência do solo à penetração medida em kgf.
Segundo Tormena et al. (1998) a RP apresenta uma relação direta com
a ds, enquanto θ influencia inversamente nos valores de RP. Com isso, é
possível identificar uma relação funcional entre RP, ds e θ, sendo descrita com
a curva de resistência do solo à penetração (CRS). Para o ajuste da CRS, foi
utilizado o modelo não linear proposto por Busscher (1990), segundo os
procedimentos descritos por Silva et al. (1994).
RP = d . θe . dsf (5)
Em que d, e e f são coeficientes de ajuste do modelo.
Para determinação do Intervalo Hídrico Ótimo (IHO) foi utilizada a CRS
para determinação da umidade em que a RP atinge o valor crítico considerado.
Foi utilizada a equação 6 obtida da equação 5 para determinação da umidade
do solo em que a RP atingiu o valor crítico considerado.
21
=
f
edsd
RP/1
.θ (6)
Em que θ equivale à umidade do solo (m3 m-3), RP equivale à
resistência do solo à penetração (MPa), ds equivale à densidade do solo
(Mg m-3) e d, e e f são coeficientes de ajuste do modelo.
3.7 Determinação da densidade do solo
Após determinação da RP, as 64 amostras utilizadas foram secas em
estufa a 105°C até atingirem massa constante, para determinação da umidade
(θ) correspondente e para determinação da densidade do solo (ds), conforme
EMBRAPA (1997). As demais amostras (16) foram secas nessas mesmas
condições, após terem sido retiradas da mesa de tensão. A ds foi determinada
pela equação 7.
VM
ds SS= (7)
Em que MSS equivale a massa de solo seco e V (g) equivale ao volume
ocupado pelo solo (cm-3).
3.8 Determinação da densidade de partículas
Para determinação da densidade de partículas (dp) foram utilizados
balões volumétricos com 50 ml, estes, foram preenchidos com 20 gramas de
solo seco e completados com álcool etílico, seguido de agitação para
eliminação das bolhas de ar, segundo metodologia descrita por EMBRAPA
1997. A dp foi determinada pela equação 8.
)VV(M
dpab
SS
−= (8)
Em que Vb equivale ao volume do balão volumétrico (ml) e Va equivale
ao volume de álcool gasto para completar o volume do balão volumétrico (ml).
22
3.9 Determinação da porosidade total do solo
A porosidade total do solo (Pt) foi calculada em função da densidade
do solo e da densidade de partículas do mesmo, conforme equação 9.
−=
dpds
1Pt (9)
Em que, Pt equivale à porosidade total do solo (m3 m-3), ds equivale à
densidade do solo (Mg m-3) e dp equivale à densidade de partículas (Mg m-3).
3.10 Determinação da umidade do solo na saturação.
A umidade do solo na saturação (θs) foi calculada como a diferença
entre a massa total na saturação e a massa de solo seco. Para isso, as
amostras indeformadas foram saturadas em recipientes por meio da
manutenção de uma lâmina de água máxima de dois terços da altura dos anéis
metálicos e pesadas em balança de precisão com resolução de 0,01g. A
pesagem foi realizada com as amostras imersas em um recipiente com água a
fim de evitar perda de água pela ação da gravidade. A umidade do solo na
saturação foi determinada por meio da equação 10.
ds.M
MMθ
SS
SSSSATS
−= (10)
Em que θS equivale à umidade do solo na saturação (m3 m-3), MSSAT
equivale à massa de solo na saturação (kg), MSS equivale à massa de solo
seco (kg) e ds equivale à densidade do solo (Mg m-3)
3.11 Determinação do intervalo hídrico ótimo
O intervalo hídrico ótimo (IHO) engloba, em uma única medida, os
efeitos da estrutura do solo nos fatores físicos que influenciam diretamente no
crescimento das plantas, tendo a densidade do solo como uma variável
23
independente e outras quatro variáveis dependentes. Estas variáveis são:
umidade do solo na qual a porosidade de aeração (θAR10%) torna-se insuficiente
para suprir a demanda da planta (0,10 m3.m-3); ou a umidade na capacidade de
campo (θCC) como limite superior, e como limite inferior a umidade no ponto de
murcha permanente (θPMP) ou a umidade em que a resistência do solo a
penetração das raízes torna-se limitante ao desenvolvimento das plantas (θRP),
associado a valores entre 2,0 e 3,0 MPa (Silva et al., 1994; Tormena et al.,
1998). Neste trabalho, os valores de θCC e θPMP foram obtidos nos potenciais de
-60 e -15000 hPa utilizando a curva de retenção de água no solo obtida pela
equação 3. Os valores de θRP foram obtidos pelo modelo matemático ajustado
aos dados de RP (Equação 6). Os valores de θAR10%, foram obtidos pela
equação 11.
−
−=θ 1,0
dpds
1%10AR (11)
A amplitude do IHO foi calculada para cada um dos 80 pontos
amostrados, considerado como o limite superior o menor valor entre θCC e
θAR10% e o limite inferior como maior valor entre θPMP e θRP.
3.12 Determinação da produtividade da cultura
Ao final do ciclo da cultura foi realizada a colheita manualmente. Foram
selecionadas 10 plantas por quadrícula. Procurou-se selecionar plantas que
representassem o estande final de cada um dos 80 pontos da área. As plantas
selecionadas foram abrigadas em local arejado para uma pré-secagem. Em
seguida, essas foram debulhadas manualmente e, a massa de grãos obtida foi
armazenada em sacos de papel numerados e levados à estufa de circulação
forçada de ar com temperatura de 70°C até atingir massa constante. Após o
material se retirado da estufa, foi pesado em balança de precisão com
resolução de 0,01g.
Neste estudo optou-se por adotar a produtividade relativa como medida
do componente de produção, visto que, não foi objetivo do mesmo quantificar a
24
produtividade da cultura e sim buscar uma compreensão da distribuição
espacial desta variável e da interrelações com as demais variáveis
relacionadas com a qualidade física do solo. A produtividade relativa foi obtida
dividindo-se todos os valores de produtividade pelo valor máximo desta
variável. Portanto, os valores de produtividade relativa apresentaram valores na
faixa de 0 a 1.
3.13 Análise estatística dos dados
A análise das distribuições das variáveis estudadas foi realizada
inicialmente por meio da estatística descritiva. Utilizou-se o “software” Statistica
for Windows (STAT SOFT, 1993). Foram calculados momentos estatísticos
que permitiram caracterizar a posição central e a dispersão dos dados (média,
mediana, mínimo, máximo, desvio padrão e coeficiente de variação) além de
expressar a forma da distribuição, por meio dos coeficientes de assimetria e
curtose. Também foram determinados os quartis inferior e superior e a
amplitude interquartílica, necessários para avaliar se dos dados atípicos podem
ser considerados candidatos a “outliers” (Libardi et al., 1996). O coeficiente de
variação foi determinado para expressar a dispersão relativa dos dados.
Para verificar o ajuste dos dados à distribuição normal, além dos
coeficientes de assimetria e curtose, foi utilizado o teste de Kolmogorov-
Smirnov ao nível de 5% de probabilidade. Para uma avaliação visual da
proximidade da distribuição dos dados a uma distribuição teórica, foram usados
gráficos “box-plot”.
Os limites para caracterização de dados de distribuição possivelmente
atípicos foram definidos pelo quartil inferior menos 1,5 vezes a amplitude
interquartílica (limite inferior – LI) e pelo quartil superior mais 1,5 vezes a
amplitude interquartílica (limite superior – LS). Valores extremos a esses limites
foram caracterizados como candidatos a “outliers”.
A estatística descritiva é uma análise importante para caracterizar a
distribuição dos dados, porém, essa ferramenta ignora a posição espacial dos
mesmos. A distribuição das variáveis RP, PAR10%, produtividade relativa, IHO e
ds foram submetidas à análise descritiva espacial (Libardi et al., 1996). Para
25
estas variáveis foram gerados mapas de superfície utilizando-se a técnica de
krigagem (Vieira, 1983), a partir dos valores obtidos experimentalmente e de
posse do modelo de semivariograma ajustado ao semivariograma
experimental, construído para cada conjunto de dados. Para isso, foram
utilizados os programas computacionais Geoeas para construção dos
semivariogramas experimentais, Microsoft Excel para visualização dos modelos
ajustados aos dados experimentais e Surfer 7.0 para construção dos mapas de
superfície.
26
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 – Curva de retenção de água no solo
A estatística descritiva para as variáveis de densidade do solo e
umidade (θ) em cada um dos onze potenciais de água no solo para as
amostras coletadas nos 80 pontos da área estudada é mostrada na Tabela 1.
Todas as variáveis apresentaram coeficientes de variação considerados baixos
(Warrick & Nielsen, 1980), com valores entre 2,5 e 5,5%. Os valores reduzidos
de coeficiente de variação evidenciam a uniformidade da área estudada e a
eficiência na metodologia empregada para obtenção dos valores dessas
variáveis.
Tabela 1 – Estatística descritiva para os valores de umidade do solo (θ) para cada um dos onze valores de potencial de água no solo (hPa) e para a densidade do solo (ds)
ds Ψ1 Ψ2 Ψ3 Ψ4 Ψ5 Ψ6 Ψ7 Ψ8 Ψ9 Ψ10 Ψ11 Estatística
0 -10 -20 -40 -60 -80 -100 -500 -1000 -8000 -15000
Número 80 80 80 80 80 80 80 80 80 58 80 80
Média 1,359 0,573 0,521 0,507 0,481 0,468 0,460 0,456 0,412 0,397 0,343 0,330
Mediana 1,375 0,569 0,519 0,508 0,482 0,468 0,461 0,458 0,413 0,397 0,346 0,336
Mínimo 1,114 0,532 0,498 0,473 0,426 0,408 0,403 0,398 0,351 0,355 0,297 0,286
Máximo 1,471 0,650 0,590 0,562 0,505 0,503 0,491 0,489 0,472 0,432 0,388 0,370
Q. Inferior 1,325 0,558 0,512 0,498 0,470 0,458 0,450 0,446 0,399 0,383 0,334 0,322
Q.Superior 1,405 0,584 0,528 0,514 0,492 0,479 0,472 0,467 0,429 0,411 0,356 0,340
A.Interquartil 0,081 0,026 0,015 0,015 0,022 0,021 0,022 0,020 0,030 0,027 0,022 0,019
D. Padrão 0,069 0,024 0,014 0,013 0,014 0,016 0,016 0,016 0,023 0,020 0,018 0,017
CV(%) 5,1 4,2 2,7 2,5 2,9 3,4 3,5 3,6 5,5 5,0 5,2 5,2
L Inferior 1,204 0,518 0,490 0,475 0,438 0,427 0,418 0,416 0,354 0,343 0,300 0,293
L Superior 1,526 0,624 0,550 0,537 0,525 0,511 0,505 0,497 0,474 0,451 0,390 0,369
A avaliação da distribuição de cada variável inclui a análise da
existência de dados atípicos, denominados candidatos a “outliers”, conforme
caracterizado por Libardi et al (1996). Para isto, foram definidos os limites
inferior e superior para cada uma das distribuições, conforme metodologia
descrita por esses autores.
A comparação dos valores de mínimo e máximo de cada distribuição,
com os respectivos valores de limite inferior e limite superior, revelou a
existência de “outliers” para todas as variáveis mostradas na Tabela 1. Em
27
função disto, as séries de valores foram analisadas, buscando-se identificar os
valores que estavam fora do intervalo delimitado pelos limites inferior e
superior. Para as análises seguintes, estes valores foram removidos das
respectivas distribuições.
Após a remoção dos candidatos a “outliers”, foram realizadas novamente
as análises estatísticas para cada uma das distribuições. Os resultados
mostrados na Tabela 2 foram diferentes dos resultados encontrados para as
distribuições completas (sem remoção dos candidatos a “outliers"), revelando
que a remoção dos dados atípicos alterou a simetria das distribuições
estudadas. Estas distribuições sem os dados atípicos foram as utilizadas para
as demais etapas desse trabalho. Destaca-se que foram removidos apenas 5%
ou menos de valores de cada distribuição. Destaca-se ainda que a distribuição
de valores para o potencial de -1000 hPa (equivalente ao Ψ9 na Tabela 2), foi
mantida com o mesmo número de pontos, ou seja, 58, uma vez que não foram
identificados dados atípicos para esta. O número inferior ao utilizado para as
demais distribuições (80), foi devido a uma limitação metodológica.
Tabela 2 – Estatística descritiva para os valores de umidade do solo para cada um dos onze valores de potencial de água no solo e para a densidade do solo após a remoção dos valores atípicos das distribuições.
Estatística ds Ψ1 Ψ2 Ψ3 Ψ4 Ψ5 Ψ6 Ψ7 Ψ8 Ψ9 Ψ10 Ψ11
Número 77 76 79 77 79 79 79 79 78 58 79 77
Média 1,367 0,570 0,520 0,507 0,482 0,468 0,461 0,456 0,413 0,397 0,344 0,331
Mediana 1,378 0,567 0,519 0,509 0,482 0,469 0,462 0,458 0,413 0,397 0,346 0,336
d 0,08* 0,08* 0,05* 0,09* 0,11* 0,08* 0,06* 0,08* 0,06* 0,08* 0,08* 0,13*
Mínimo 1,234 0,532 0,498 0,481 0,448 0,427 0,422 0,417 0,360 0,355 0,303 0,295
Máximo 1,471 0,615 0,549 0,530 0,505 0,503 0,491 0,489 0,472 0,432 0,388 0,368
Q. Inferior 1,333 0,557 0,512 0,499 0,471 0,459 0,450 0,447 0,399 0,383 0,335 0,322
Q.Superior 1,405 0,579 0,527 0,513 0,493 0,480 0,472 0,467 0,429 0,411 0,356 0,340
A.Interquartil 0,072 0,022 0,015 0,014 0,022 0,021 0,022 0,020 0,030 0,027 0,022 0,018
D. Padrão 0,058 0,019 0,012 0,010 0,013 0,015 0,015 0,015 0,022 0,020 0,017 0,016
Assimetria -0,50 0,41 0,28 -0,07 -0,44 -0,30 -0,37 -0,34 -0,17 0,02 -0,30 -0,37
Curtose -0,31 -0,19 -0,26 -0,25 -0,42 -0,02 -0,25 -0,22 -0,08 -0,62 -0,04 0,00
CV (%) 4,2 3,4 2,2 2,0 2,7 3,1 3,2 3,3 5,3 5,0 4,9 4,6 L. Inferior 1,224 0,523 0,490 0,478 0,437 0,427 0,418 0,418 0,355 0,343 0,302 0,295
L. Superior 1,514 0,612 0,549 0,534 0,527 0,511 0,505 0,496 0,474 0,451 0,389 0,366
* - distribuição normal pelo teste de K-S, no nível de 5% de probabilidade.
28
As variáveis mostradas, na Tabela 2 apresentaram distribuições com
valores de média e mediana muito próximos. Isso sinaliza para a simetria da
distribuição dos dados para todas as variáveis estudadas. A semelhança entre
os valores de média e mediana pode caracterizar uma distribuição como
normal, uma vez que esse tipo de distribuição deve apresentar valores iguais
para estas medidas de posição (Costa Neto, 1990). A normalidade da
distribuição dos dados pode ser corroborada pelo teste de Kolmogorov-Smirnov
por meio da estatística d, ao nível de probabilidade de 5%, conforme
apresentado na Tabela 2.
Para caracterização da normalidade de uma distribuição, os
coeficientes de assimetria e curtose devem assumir valores nulos. Porém,
segundo Nielsen et al (1973), na natureza, raramente, são encontradas
distribuições que sejam absolutamente normais. Na Tabela 2, são mostrados
os valores dos coeficientes de assimetria e curtose para cada uma das
distribuições. Pode-se afirmar que apesar da ligeira diferença de zero
apresentada por estes coeficientes, não evidenciam um afastamento
expressivo da normalidade para as distribuições. Apesar disto, o coeficiente de
assimetria (Tabela 2) apresentou-se negativo para a maioria das distribuições,
revelando um ligeiro alongamento à esquerda para estas distribuições, porém
sem comprometer a simetria. De maneira semelhante, os coeficientes de
curtose, apesar de ligeiramente diferentes de zero, caracterizam as
distribuições como ligeiramente platicúrticas, porém, sem caracterizar
afastamento expressivo da normalidade. Pode-se observar, na Tabela 2, que
este caráter ligeiramente platicúrtico da distribuição faz com que os valores
mínimo e máximo estejam próximos dos valores referentes aos limites inferior e
superior do intervalo de caracterização de candidatos a valores atípicos.
Na Figura, 3 são mostrados os gráficos “box-plot” dos valores de θ para
cada potencial. Foi utilizada a mediana como medida de posição, identificando-
se também os quartis inferior e superior e os valores extremos (mínimo e
máximo). Pode-se observar que as distribuições apresentam-se simétricas,
com amplitude total e interquartílica relativamente baixa, evidenciando a
reduzida variabilidade dos valores em cada distribuição.
29
Ψ1 Ψ10 Ψ20 Ψ40 Ψ60 Ψ80 Ψ100 Ψ500 Ψ1000 Ψ8000 Ψ15000
Potencial (-hPa)
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
(m
3 m-3
)
Mediana 25%-75% Min-Max
Figura 3 – Gráficos “box-plot” para as distribuições de θ em cada um dos onze
valores de potencial de água no solo.
A observação da Figura 3 permite verificar a relação direta entre os
valores da variável θ e do potencial de água no solo. A redução dos valores de
potencial promoveu redução dos valores médios e das medianas das
distribuições de valores de umidade. A superposição das faixas de valores de
θ, entre valores de potenciais, está relacionada quase que exclusivamente com
a variabilidade entre amostras, ou seja, a persistência da posição relativa de
cada amostra nas distribuições de valores é muito elevada, conferindo
fidelidade ao processo de medida.
Na Figura 4 são mostrados os valores médios de θ e o respectivo valor
do módulo do potencial de água no solo (Ψ), apresentados em escala
logarítmica. São apresentados também dois modelos ajustados a estes
valores. O modelo de van Genuchten (1980), com a hipótese de Mualen,
descrito pela linha de maior espessura no gráfico, o qual explica cerca de
99,8% da variação dos dados. O modelo baseado na função empregada por
Ross et al. (1991) descrita pela equação 2, expresso pela linha de menor
espessura, revela que 99,6% da variação dos dados de umidade pode ser
explicada por este. Observa-se, assim, que os dois modelos praticamente se
superpõem, revelando que este solo apresenta, em média, uma curva
característica de retenção de água que é praticamente uma reta. Pode-se
inferir deste fato que as ações de manejo conduzidas ao longo dos anos neste
solo contribuíram para uma considerável degradação estrutural do mesmo. Os
30
poros de maior diâmetro, responsáveis pela movimentação rápida de água no
sistema, bem como pela aeração na região do sistema radicular os quais se
relacionam com a θ em elevados valores de potencial foram consideravelmente
reduzidos neste processo de degradação. Machado (2006) mostra o efeito da
degradação imposta pelas ações de manejo sobre a curva de retenção na
medida em que a distribuição dos poros de maior diâmetro é alterada.
Os valores médios mostrados na Figura 4, assim como os modelos
ajustados, permitem associar ao potencial de -60 hPa o valor de umidade do
solo igual a 0,47 m3 m-3 e o valor de 0,33 m3 m-3 ao potencial de -15000 hPa.
Estes valores correspondem respectivamente à capacidade de campo (CC) e
ao ponto de murcha permanente (PMP) para este solo. A comparação com os
valores identificados por Trintinalha (2005), para esta mesma área, revela uma
certa modificação do valor médio de umidade correspondente ao potencial de
-60 hPa. O valor identificado por aquele autor foi 0,44 m3 m-3, e possivelmente,
essa variação está associada à alteração estrutural do solo, com redução da
macroporosidade e, conseqüentemente, ligeira elevação do conteúdo de água
retido nos potenciais elevados. O valor médio de densidade do solo obtido por
Trintinalha (2005) foi de 1,34 Mg m-3. No presente trabalho, obteve-se o valor
de 1,37 Mg m-3, o que explica o incremento nos valores de θ na CC.
θRoss= -0,0257Ln(Ψ) + 0,5751
R2 = 0,996
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
1 10 100 1000 10000 100000
Ψ hPa
m3 m
-3)
CRA - VG
CRA - Ross
Figura 4 – Curva de retenção de água no solo para os pontos experimentais,
modelo de van Genuchten e modelo baseado na função empregada por Ross et al. (1991) ajustados aos valores médios obtidos experimentalmente.
( )
( )
998,02R0807,00878,1.2453,01
105,0570,0105,0VG =
ψ+
−+=θ
31
A curva característica de retenção de água mostrada na Figura 4 revela
também que este solo apresenta elevada capacidade de reter água em toda a
faixa de valores de potencial de interesse agronômico. Assim, a disponibilidade
de água entre a capacidade de campo e o ponto de murcha é relativamente
baixa, assumindo valor médio da ordem de 0,14 m3 m-3. Para o sistema
agrícola em questão, na qual foi adotada uma profundidade de solo de 0,20
metros, a lâmina correspondente à disponibilidade total de água foi de 28 mm.
Adotando-se um fator de disponibilidade de água no solo da ordem de 50%
tem-se uma lâmina de água disponível para a cultura de 14 mm, a ser
consumida entre irrigações. Destaca-se que o sistema de irrigação utilizado
permitiu efetuar irrigações com lâmina média de 15 mm, operando durante uma
hora e meia.
Os valores de umidade do solo na saturação (θs) foram obtidos por
pesagem das amostras. Usualmente, adota-se o valor referente à porosidade
total do solo (Pt), calculada conforme equação 9, como sendo a umidade nesse
potencial. Na Figura 5, são mostradas estas duas séries de valores, em um
gráfico de dispersão. Pode-se verificar nesta Figura que, em média, as duas
séries se equivalem. Destaca-se que o modelo ajustado aos pares de valores
obtidos intercepta a reta 1:1 na porção intermediária da distribuição dos
valores. Destaca-se também que a dispersão dos pares de valores faz com que
o coeficiente de determinação assuma valor de 0,44, evidenciando que a
distribuição dos poros de maior diâmetro, apresenta considerável variabilidade
entre amostras. A utilização dos valores medidos de θs ou dos valores de
porosidade total (Pt) não altera a curva de retenção identificada para o solo em
questão. Portanto, optou-se pela utilização dos valores medidos (Pt).
32
y = 0.7139x + 0.1632
R2 = 0.4385
0.52
0.54
0.56
0.58
0.60
0.62
0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62
Porosidade total - m3m-3
(m
3 m-3
)
Figura 5 – Valores de θ na saturação (θs), medidos experimentalmente e
valores de porosidade total (Pt) calculados como (1 - ds/3,17).
O conteúdo de água no solo, sobretudo nos valores elevados de
potencial, depende fundamentalmente do volume de poros que este apresenta.
Como a densidade do solo (ds) é um índice que expressa, em razoável
extensão, a condição estrutural deste, a umidade do solo pode estar
correlacionada com a densidade do mesmo. Para avaliar o efeito da ds sobre a
umidade do solo em três valores de potencial de água no solo,
correspondentes à saturação, à capacidade de campo e ao ponto de murcha,
foi construído o gráfico mostrado na Figura 6. Pode-se verificar que a ds
influencia, de maneira significativa o valor da umidade do solo, nestes valores
de potencial, o que permite inferir que essa influência se manifesta em toda a
faixa de valores de potencial adotada. Destaca-se a existência de uma relação
inversa entre a umidade do solo na saturação e a ds, ou seja, o incremento no
valor de ds implica em redução na capacidade de retenção de água. Para a
capacidade de campo (CC), esta relação é direta, ou seja, maiores valores de
ds implicam em maiores valores de umidade do solo. Esta relação se mantém
para o potencial correspondente ao ponto de murcha permanente (PMP).
33
O paralelismo entre as retas referentes aos modelos ajustados para
umidade na CC e para umidade no PMP em função de ds revela que a
disponibilidade de água no solo não varia substancialmente com a densidade,
embora a quantidade total de água retida no solo varie com o crescimento de
ds.
y = -0,2252x + 0,8771
R2 = 0,44
y = 0,1804x + 0,222
R2 = 0,52
y = 0,1985x + 0,0598
R2 = 0,54
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
1.22 1.27 1.32 1.37 1.42 1.47
Densidade do solo - Mg m-3
(m
3 m-3
)
Saturação Capacidade de campo Ponto de murcha
Figura 6 – Valores de θ para potencial zero (saturação), para a capacidade de
campo e para o ponto de murcha em função dos valores de densidade do solo.
O teste F da análise de variância da regressão evidenciou que os
modelos ajustados a cada série de valores de umidade foram altamente
significativo (p < 0,0001). Os coeficientes do modelo foram testados pelo teste
“t” e mostraram-se todos altamente significativos (p < 0,0001).
Uma vez que a densidade do solo influencia significativamente no valor
da umidade do solo, procurou-se ajustar um modelo potencial relacionando θ
como função do Ψ e da ds. Para este fim foi utilizado o modelo apresentado por
Ross et al. 1991, conforme mostrado na equação 3. O ajuste foi realizado por
meio de regressão não-linear. Foram utilizados os valores de umidade (θ),
potencial de água no solo (Ψ) e densidade (ds) mostrados na Tabela 2 (após a
remoção dos valores atípicos).
34
Tabela 3 – Coeficientes do modelo ajustado para θ em função do potencial de água no solo e da ds. θ = a.dsb.ψc, erro-padrão da estimativa, nível de significância e intervalo de confiança respectivos
Intervalo de confiança
Coeficientes Estimativa Erro-padrão P Inferior Superior
a 0,534252 0,005224 <0,0001 0,523997 0,54506 b 0,299727 0,03405 <0,0001 0,240046 0,359407 c -0,056513 0,000488 <0,0001 -0,057470 -0,05556
Na Figura 8, são mostrados os valores medidos e a superfície de
valores gerados pelo modelo ajustado, cujos coeficientes, níveis de
significância, erro-padrão de estimativa e intervalo de confiança são mostrados
na Tabela 3. O teste F da análise de variância da regressão evidenciou que o
modelo ajustado foi altamente significativo (p < 0,0001). Os coeficientes do
modelo foram testados pelo teste “t” e mostraram-se todos altamente
significativos (p < 0,0001).
A qualidade do ajuste do modelo aos valores experimentais, cujos
coeficientes constam na Tabela 3, pode ser evidenciado pelo coeficiente de
determinação igual 0,9466 (Figura 7), o que permite a determinação da
umidade do solo para cada valor de potencial adotado, em função da
densidade do solo.
y = 0,9359x + 0,0291
R2 = 0,9466
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65
θ medida (m3m-3)
mod
elo
(m3 m
-3)
Figura 7 – Relação entre os valores de θ medidos e correspondente valor de θ estimado pelo modelo de Ross (1991) ajustado aos dados experimentais.
35
Na Figura 8, estão mostrados os valores medidos e a superfície de
valores gerados pelo modelo ajustado. Verifica-se que com o aumento da
densidade do solo, em conjunto com o aumento do potencial de água do solo
promove um aumento no valor de umidade do solo.
0,60 0,56 0,51 0,46 0,41 0,36 0,31
0,65
0,25
0,30
0,40
0,35
0,45
0,50
0,55
0,60
θ
1,20
1,50
1,451,40
1,35
1,30
1,25ds
ln Ψ12
02
46
810
0,60 0,56 0,51 0,46 0,41 0,36 0,31
0,65
0,25
0,30
0,40
0,35
0,45
0,50
0,55
0,60
θ
1,20
1,50
1,451,40
1,35
1,30
1,25ds
ln Ψ12
02
46
810
Figura 8 – Curva característica de retenção de água do solo com θ em função
do Ψ e da ds e modelo ajustado (θ = 0,534252.ds0,299727.ψ-0,056513).
4.2 – Resistência do solo à penetração (RP)
A resistência do solo à penetração foi medida em 64 amostras
indeformadas, obtidas na área experimental, após terem sido submetidas aos
potenciais de -20, -40, -60, -80, -100, -1000 hPa, em grupos de cerca de oito
amostras. Além destes, um grupo de nove amostras foi deixado para secar de
forma a atingir valores de θ cuja ordem de grandeza se situasse em torno do
valor de potencial de -15000 hPa. Na Tabela 4, são mostrados os valores de θ,
ds e valores médios RP obtidos para estes grupos de amostras. Para estes
valores de Ψ, foram calculados os valores médios, desvio-padrão e coeficiente
de variação para as variáveis θ (m3 m-3), ds (Mg m-3) e RP (MPa).
36
Tabela 4 – Média, desvio-padrão e coeficiente de variação da umidade do solo (m3m-3), densidade do solo (Mg m-3) e da resistência média do solo à penetração (MPa) e número de amostras nos grupos definidos para cada valor de potencial de água no solo.
Umidade do solo densidade do solo Resistência à penetração Potencial Num.
média dp CV média dp CV média dp CV -20 8 0,51 0,018 3,4 1,34 0,057 4,2 0,69 0,258 37,6 -40 8 0,48 0,009 1,8 1,33 0,044 3,3 0,81 0,302 37,5 -60 7 0,47 0,010 2,0 1,41 0,027 1,9 1,59 0,302 19,0 -80 8 0,46 0,017 3,6 1,33 0,080 6,0 1,37 0,505 36,9 -100 8 0,45 0,021 4,7 1,34 0,073 5,5 1,33 0,471 35,4 -500 8 0,41 0,022 5,3 1,39 0,065 4,7 3,80 0,999 26,3 -1000 9 0,38 0,022 5,8 1,36 0,100 7,4 4,78 1,190 24,9 -15000* 8 0,34 0,017 4,9 1,39 0,062 4,5 10,48 2,404 22,9 Geral 64 0,44 0,056 12,8 1,36 0,071 5,2 3,16 3,292 104,3
* - valor aproximado de potencial após secagem das amostras.
Observa-se, na Tabela 4, que valores menores de potencial implicam
em maiores valores médios da resistência média do solo à penetração, nas
amostras analisadas. Verifica-se também que a redução do valor do potencial
está associada a uma substancial redução do coeficiente de variação dos
valores de resistência média à penetração. Isso pode ser atribuído ao fato de
que os mecanismos físicos que determinam a RP apresentam-se mais
variáveis em valores elevados de θ. Na medida em que o solo seca, esta
variabilidade diminui, fazendo com que os valores obtidos para as diferentes
amostras sejam mais semelhantes entre si. Cabe destacar que para o potencial
de -60 hPa, o valor do coeficiente de variação (CV) reduziu-se bruscamente
para 19%. Isto deve estar associado ao fato de que o grupo de amostras
selecionado para este potencial apresentou densidade do solo média mais
elevada que os demais, com valor de 1,41 Mg m-3 e, sobretudo, apresentou
valor do coeficiente de variação da densidade consideravelmente inferior, de
apenas 1,9%. Assim, embora as amostras tenham sido escolhidas ao acaso,
de forma a se ter diferentes valores de densidade dentro de cada grupo, este
grupo foi selecionado com uma certa tendenciosidade que, embora
desfavorável, não comprometeu a qualidade da análise realizada.
A observação dos valores mostrados, na Tabela 4, revela que os
valores médios obtidos para resistência à penetração média das amostras
mostram uma possível limitação do desenvolvimento do sistema radicular para
37
condições de umidade ligeiramente superiores à umidade do solo relacionada
ao potencial de -1000 hPa. O valor médio da resistência à penetração, nesta
condição, supera o valor 2,0 MPa, o qual tem sido considerado limitante para o
desenvolvimento do sistema radicular de culturas anuais por vários autores
(Silva et al, 1994; Tormena et al, 1998). Os valores obtidos mostraram que a
RP está relacionada com o valor do potencial de água no solo, ou seja,
depende do conteúdo de água do solo. Mostraram também que a densidade do
solo exerce influência sobre esta relação. Uma informação útil neste sentido
pode ser obtida pela análise dos dados de RP para Ψ igual a -60 hPa. Como
destacado, este grupo de amostras apresentou valores de ds mais elevada e
com pequena variação. Com isso, o valor de RP foi expressivamente superior
aos valores obtidos para Ψ menores. Assim, ajustou-se, por meio de regressão
não linear, um modelo de RP em função da umidade do solo com base em
volume e de densidade, conforme apresentado por Busscher (1990).
Os coeficientes de ajuste do modelo foram estabelecidos devido a uma
ampla variação para os valores de θ, com coeficiente de variação (CV) de
12,8% (Tabela 4). Esta variação decorreu do fato de que as medidas de RP
foram realizadas em um intervalo de valores de umidade associados aos
potenciais de -20 hPa até -15000 hPa, ou seja, potenciais que abrangem
praticamente toda variação do conteúdo de água no solo no intervalo
compreendido entre a saturação e o ponto de murcha permanente. Essa
variação de umidade existente entre as amostras, associado à variabilidade
dos valores de ds com CV de 5,2%, proporciona um CV muito alto para a
variável resistência à penetração (104,3%), conforme mostrado na Tabela 4. A
ampla faixa de valores de θ e ds permitiram o ajuste de um modelo que
relaciona a RP com essas variáveis, com capacidade para abranger as
diversas situações que ocorrem no campo.
Assim como a θ pode ser descrita como função do potencial de água
no mesmo e da ds, a RP também depende fortemente do conteúdo de água do
mesmo e da ds. O ajuste do modelo apresentado na equação 5 de RP em
função de θ e ds foi realizado por meio de regressão não-linear. Foram
utilizados os valores de θ e ds mostrados na Tabela 4.
Na Figura 10, são mostrados os valores medidos. A superfície de
valores gerados pelo modelo ajustado, cujos coeficientes, níveis de
38
significância e erro-padrão de estimativa e intervalo de confiança são
mostrados na Tabela 5. O teste F da análise de variância da regressão
evidenciou que o modelo ajustado foi altamente significativo (p < 0,0001). Os
coeficientes do modelo foram testados pelo teste “t” e mostraram-se todos
altamente significativos (p < 0,0001).
Tabela 5 – Resultados da análise de regressão não linear da curva de resistência do solo à penetração gerada pelo modelo: RP = d.θe.dsf
Intervalo de confiança Coeficientes Estimativa Erro-padrão P Inferior Superior
d 0,00131 0,000578 0,02 0,00034 0,00227 e -5,74251 0,29628 <0,001 -6,23737 -5,24766 f 8,50105 0,740871 <0,001 7,26363 9,73847
Os valores mostrados na Tabela 5 evidenciam a qualidade do ajuste do
modelo aos valores experimentais. Isso pode ser corroborado pelo coeficiente
de determinação igual 0,913 (Figura 9). Além disso, a pequena dispersão dos
pontos ao redor do modelo ajustado e o valor próximo à unidade para a
inclinação da reta (“slope”), permitem determinar a RP, em função de θ e da ds,
sendo fundamental para a determinação de valores de θ em que a RP não
restrinja o desenvolvimento radicular.
y = 1,0022x - 0,0139
R2 = 0,913
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14
RP medida - MPa
Rp
mod
elo
- M
Pa
Figura 9 – Relação entre os valores de resistência do solo à penetração medidos e correspondente valor de Rp estimado pelo modelo ajustado, modelo ajustado a essa distribuição de valores e seu coeficiente de determinação.
39
14 12 10 8 6 4 2
14
2
4
6
8
10
12
RP
0,58
0,26
0,540,50
0,46
0,420,38
0,34
0,30
θ
1,051,10
1,50
1,45
1,40
1,35
1,30
1,25
1,20
1,15
ds
14 12 10 8 6 4 2
14
2
4
6
8
10
12
RP
0,58
0,26
0,540,50
0,46
0,420,38
0,34
0,30
θ
1,051,10
1,50
1,45
1,40
1,35
1,30
1,25
1,20
1,15
ds
Na Figura 10 são mostrados os valores medidos e a superfície de
valores gerados pelo modelo ajustado. Verifica-se que o secamento do solo,
em conjunto com o aumento da densidade, promove um aumento acentuado
na resistência do solo à penetração, assim como obtido por Imhoff et al. (2000).
Figura 10 – Curva de resistência do solo à penetração e modelo ajustado para
essa variável em função da umidade do solo e da densidade.
4.3 – Intervalo Hídrico Ótimo (IHO)
Para determinação do intervalo hídrico ótimo foram utilizadas as
equações ajustadas para as curvas de resistência do solo à penetração, assim
como as curvas de retenção de água no solo para os potenciais
correspondentes à capacidade de campo e ponto de murcha permanente, além
da curva de porosidade de aeração. Sendo assim, foram determinadas as
seguintes equações:
]60.))(.0534252,0[( 056513,0299727,0 −= dsCCθ (12)
]15000.))(.0534252,0[( 056513,0299727,0 −= dsPMPθ (13)
40
)74251,5/1(50105,8 )))(.00131,0/(5,2[( −= dsRPθ (14)
]1,0)17,3/(1[%10 −−= dsARθ (15)
O intervalo hídrico ótimo (IHO) foi determinado por meio da
representação das equações 12 13, 14 e 15 em um mesmo sistema de
coordenadas x e y. No eixo x, é representada a variável independente
densidade do solo, em Mg m-3, e o eixo y está representada a umidade do solo.
O IHO corresponde ao intervalo entre os limites críticos estabelecidos para
umidade na capacidade de campo (θCC), umidade em que a porosidade de
aeração atinge 0,1 m3 m-3 (θAR10%), umidade do solo no ponto de murcha
permanente (θPMP) e umidade em que a resistência do solo à penetração atinge
o valor crítico estabelecido (θRP).
O IHO é definido em seu limite superior pela θCC ou pela θAR10% e em
seu limite inferior pela θPMP ou pela θRP. Para o presente trabalho o IHO está
representado na Figura 11 pela área hachurada.
No presente trabalho, o IHO foi reduzido com o aumento dos valores
da ds. O limite superior do IHO foi estabelecido pela θCC até a densidade de
1,35 Mg m-3, a partir deste ponto a θAR10% passou a determinar o limite superior
do IHO. O limite inferior do IHO foi determinado pela θPMP até a ds de 1,15 Mg
m-3. Em densidades maiores que esse valor, o limite inferior do IHO passa a
ser a umidade em que a resistência do solo à penetração atinge o valor crítico
estabelecido (RP = 2,5 MPa). Sendo assim, a θRP foi o fator que reduziu o IHO
com maior freqüência, corroborando os resultados obtidos por Silva et al.
(1994) com solos canadenses e por Tormena et al. (1998) em solos brasileiros.
Tormena et al 1998, estudando solos de textura muito argilosa, constaram que,
com o aumento da ds, ocorreu simultaneamente um decréscimo na θAR10% e um
aumento na θRP, caracterizando um resultado semelhante ao observado nesse
trabalho.
Os valores de θCC e θPMP aumentaram com o aumento do valor de ds.
Isso ocorre em função da redistribuição do tamanho de poros que, em virtude
do aumento da ds, proporciona uma redução da macroporosidade e aumento
da microporosidade. Esse fenômeno exerce grande influencia na retenção de
água no solo para condições de Ψ elevado (elevada umidade), condição
41
altamente dependente da estrutura do solo. Porém, para condições de baixos
Ψ (baixa umidade) a retenção de água está associada à textura do solo,
correspondendo à água retida em poros de dimensões microscópicas e em
películas muito finas ao redor das partículas individuais do solo. Com isso, o
aumento do conteúdo de água retido no PMP em função do incremento da ds
está associado ao aumento do número de partículas disponíveis para a
retenção de água por unidade de volume, em virtude da compactação e o
aumento da θCC está associado ao aumento da microporosidade do solo.
Mesmo com o aumento da θCC e θPMP, em virtude do aumento da ds,
observou-se pouca alteração na água disponível (θCC - θPMP). A amplitude dos
valores de ds obtidos no presente trabalho, foi de 0,36 Mg m-3. Esta faixa de
valores corresponde a um aumento de 0,014 m3 m-3 na água disponível, ou
seja, 10% de incremento em relação ao valor médio dos dados experimentais.
A diminuição da porosidade do solo com o aumento da densidade
influencia negativamente na porosidade de aeração e na resistência do solo à
penetração. Com isso, pode-se observar uma diminuição da θ em que os
espaços livres de água sejam equivalentes a 10% e um aumento da umidade
necessária para garantir a resistência do solo à penetração abaixo do limite
restritivo para o desenvolvimento vegetal.
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
0.58
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50ds (Mg.m-3)
(m3 m
-3)
Cc
Pmp
Pa
Rp
IHO
Figura 11 – Variação da umidade com a densidade do solo nos níveis críticos da capacidade de campo (ψ = -60 hPa), ponto de murcha permanente (ψ = -15000 hPa), porosidade de aeração (0,1 m3 m-3) e resistência à penetração (Rp = 2,5 MPa).
42
O efeito da variação da ds apresentou grande influencia em todas as
variáveis estudadas, porém, com maior intensidade sobre a variável θRP e
θAR10%, sugerindo que, nesse solo, as modificações estruturais apresentam
maior influência sobre essas variáveis do que sobre a variável água disponível.
A amplitude do IHO variou de 0,113 m3 m-3 até zero. Foi possível
observar uma relação inversa entre essa variável e ds. Silva et al. (1994)
indicaram que o valor de densidade do solo, em que o IHO passa a ser nulo,
está associado a condições estruturais restritivas para o crescimento radicular,
denominando-a densidade crítica do solo (dsc). Ou seja, onde ocorre a
intersecção das equações que determinam os limites superior e inferior do IHO.
Nesse trabalho, a dsc correspondeu à intersecção da θAR10% com a θRP, que
é igual a 1,42 Mg m-3, conforme mostrado na Figura 12.
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50
ds (Mg m-3)
IHO
(m
3 m-3
)
Figura 12 – Variação do Intervalo hídrico ótimo em função do aumento dos
valores de densidade do solo.
Os resultados desse trabalho demonstraram que a θAR10% e θRP são
fortemente influenciadas pela ds. Ou seja, com o aumento da ds é possível
observar um decréscimo na umidade do solo necessária para garantir 10% da
porosidade do solo livre de água (θAR10%). Quando a ds atinge valores de
1,35 Mg m-3 é necessário que o solo drene até a capacidade de campo para
que os níveis de aeração estabelecidos sejam alcançados. Em ds acima de
1,35 Mg m-3, são necessárias maiores drenagens para atender esse requisito,
ou seja, para garantir uma porosidade de aeração equivalente a 0,10 m3m-3, a
43
umidade do solo deve ser menor que a umidade na CC. Nesse trabalho,
verificou-se que em 63,75% das amostras a θAR10% foi inferior a θCC. Esses
resultados demonstram que, de forma geral, a aeração desse solo pode ser
considerada limitante ao crescimento das plantas, resultado diferente do obtido
por Tormena et al, (1999), trabalhando com intervalo ótimo potencial (IOP) em
um Latossolo Roxo, onde constatou que a θAR10% não foi limitante ao
crescimento vegetal. Isso pode ser compreendido ao se analisar os valores de
ds, que neste trabalho foram relativamente altos. Com isso, grande parte da
área (63,75%) apresenta ds maior que 1,35 Mg m-3, tornando a θAR10% uma
variável que influencia fortemente na redução do IHO. Por outro lado, em ds
maiores que 1,15 Mg m-3, para a manutenção da RP abaixo do limite
estabelecido como restritivo ao desenvolvimento vegetal (RP < 2,5 MPa) torna-
se necessário um aumento na umidade do solo. Para valores de ds maiores
que 1,42 Mg m-3 a θRP torna-se maior que a θAR10%, caracterizando o IHO nulo.
Nesse trabalho, foi constatada a redução do IHO em função do
aumento da ds. Kay (1989) afirma que o decréscimo do IHO evidencia a perda
da qualidade física do solo, considerando a maior probabilidade das culturas
serem expostas a estresses físicos, o que foi constatado por Silva & Kay
(1996). Esses resultados evidenciam que a degradação da estrutura
caracterizada pelo adensamento do solo acarreta limitações ao crescimento
das plantas pela redução na faixa de água disponível e pela restrição de
aeração sob elevada umidade do solo ou pela elevação da resistência do solo
à penetração, que pode atingir valores limitantes, ao longo do ciclo da cultura.
Segundo Silva & Kay (1997), com estreitamento do IHO, aumenta a
probabilidade de que o conteúdo de água do solo atinja valores inadequados
para o crescimento das plantas. Com isso, para o monitoramento adequado da
qualidade física do solo, torna-se necessário o conhecimento detalhado da
distribuição dos valores de IHO.
Nesse trabalho, o valor de ds de 1,15 Mg m-3, em que a θRP passa a
substituir a θPMP como limite inferior do IHO (Figura 11) e em que o IHO
apresenta um forte decréscimo, representa um valor de advertência a partir do
qual devem ser tomadas maiores precauções no manejo a fim de evitar um
agravamento do problema de adensamento do solo, cujo valor pode ser
considerado baixo. Isso pode estar associado à grande concentração de argila
44
nesse solo, o que pode evidenciar problemas de resistência do solo à
penetração.
O valor de ds em que a θAR10% passa a substituir a θCC como limite
superior, também deve ser levado em consideração na análise do IHO. Nesse
trabalho, a partir da densidade de 1,35 Mg m-3 passa a ocorrer um decréscimo
ainda mais intenso do IHO, decorrente dessa substituição.
Na análise do IHO, é de fundamental importância a determinação dos
limites críticos para as variáveis capacidade de campo, porosidade de aeração,
ponto de murcha permanente e resistência do solo à penetração. A variação
dos limites críticos dessas variáveis causa grande influencia no IHO, como
descrito por Silva et al. 1994. Para isso, foram adotados os valores de CC
associados ao potencial de -60; -80; -100 e -330 hPa. Para a variável
porosidade de aeração, foram adotados como críticos os valores de 8%; 10%;
12,5% e 15%. Para a variável RP, foram adotados como restritivos os valores
de 2,0; 2,5, 3,0; 3,5 e 5,0 MPa. O conceito de ponto de murcha permanente
associado ao potencial de -1,5 MPa é um valor extremamente empregado e
discutido em trabalhos dessa natureza.
O IHO apresentou diferentes respostas à variação dos limites críticos,
sendo que, na medida em que se diminui o valor de potencial associado à CC,
observa-se uma diminuição da amplitude do IHO, assim como uma diminuição
do valor de ds associado à densidade crítica, caracterizada por apresentar IHO
nulo. A mesma tendência foi observada para variável RP, ou seja, reduzindo o
valor que se admite ter de forma a não restringir o desenvolvimento radicular,
tem-se diminuição da amplitude do IHO e diminuição do valor de densidade do
solo crítica. No caso da variável porosidade de aeração, com um aumento do
valor crítico para que a cultura se desenvolva sem problemas de deficiência de
oxigênio, ocorre uma diminuição da amplitude do IHO e uma diminuição do
valor de densidade crítica. Além disso, com o aumento do valor de ds, a
sensibilidade do IHO aumenta para as variáveis resistência à penetração e
porosidade de aeração e diminui para a variável capacidade de campo. Isto
corrobora os resultados obtidos por Silva et al. (1994) para um solo de textura
siltosa.
Nesse trabalho, a densidade média do solo foi de 1,37 Mg m-3.
Associando-se a esse valor o desvio-padrão de 0,07, determina-se um intervalo
45
para a variável ds que varia de 1,30 a 1,44 Mg m-3. Isso demonstra a
dificuldade em estabelecer um limite crítico, principalmente, para as variáveis
resistência à penetração e porosidade de aeração, pois, a adoção de valores
críticos para essas variáveis acarreta grandes mudanças na amplitude do IHO.
Para o valor de densidade média do solo (1,37 Mg m-3), a variação da variável
RP pode causar variações na amplitude do IHO de 0,1 a 0,03 m3m-3. Para a
variação dos limites críticos da variável porosidade de aeração, a amplitude do
IHO variou de 0,06 m3 m-3 a zero, conforme mostrado na Figura 13.
Ehlers et al (1983) observaram valores de RP limitantes de 3,6 MPa
para solos manejados, porém diversos autores trabalham com o valor de 2,0
MPa como limitante ao desenvolvimento radicular. Essa amplitude de valores
demonstra a necessidade de um melhor entendimento a respeito dessa
variável de fundamental importância para a determinação do IHO.
Nesse trabalho, adotou-se como valor crítico de RP o valor de 2,5 MPa
e como porosidade de aeração crítica o valor de 0,10 m3m-3 ou 10% em função
dos valores citados na literatura. Com isso, as análises feitas em relação ao
IHO tiveram esses valores como limites adotados como restritivos ao
crescimento vegetal.
46
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50ds (Mg m-3)
IHO
(m
3 m-3
)
Cc 60 hPa
Cc 80 hPa
Cc 100 hPa
Cc 330 hPa
Média - dpad Média Média + dpad
(a)
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50
ds (Mg m-3)
IHO
(m
3 m-3
)
Pa 8%
Pa 10%
Pa 12,5%
Pa 15%
Média - dpad Média Média + dpad
(b)
0.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50
ds (Mg m-3)
IHO
(m
3 m-3
)
Rp - 5,0 mPa
Rp - 3,5 mPa
Rp - 3,0 mPa
Rp - 2,5 mPa
Rp - 2,0 mPa
Média - dpad Média Média + dpad
(c)
Figura 13 – Variação do Intervalo Hídrico Ótimo, em função da densidade do solo, com diferentes valores críticos para capacidade de campo (a), porosidade de aeração (b) e resistência à penetração (c) e faixa de valores de densidade do solo.
47
Com o aumento do valor da θ, ocorre uma diminuição tanto nos valores
críticos de RP como nos valores de porosidade de aeração (PA). O primeiro
efeito é extremamente desejável, pois, facilita o processo de penetração das
raízes no solo (Taylor et al., 1966), porém, a diminuição na PA para níveis
inferiores a 10% (0,1 m3m-3) passa a prejudicar as trocas gasosas e a
respiração radicular (Grable & Siemer, 1968).
Com o propósito de visualizar a distribuição espacial para os valores de
RP e PA, procedeu-se a interpolação por krigagem. Para isso, foram
construídos semivariogramas experimentais para essas variáveis, a partir de
valores medidos. Estes semivariogramas experimentais apresentaram estrutura
de dependência espacial, que foi descrita por meio de um modelo esférico, com
alcance da ordem de 15 metros. As superfícies de valores destas variáveis são
mostradas na Figura 14.
Grande parte da área apresenta problemas de aeração quando a
umidade do solo atinge valores correspondentes à CC (14b), porém, com o
secamento do solo até a umidade no PMP, a resistência mecânica à
penetração passa a limitar o crescimento radicular em praticamente toda área
estudada (14c). Essa distribuição demonstra que, para essa condição de solo,
esses dois extremos não podem ser adotados como limites em que são
mínimas as restrições físicas para o desenvolvimento vegetal.
48
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
0,242 0,235 0,228 0,221 0,214 0,207 0,200
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
0,150 0,135 0,120 0,105 0,090 0,075 0,060
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
9,2 8,7 8,2 7,7 7,2 6,7 6,2
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1
Figura 14 – Distribuição espacial dos valores de porosidade de aeração no PMP (a) e na CC (b) e valores de resistência mecânica à penetração no PMP (c) e na CC (d) na área em estudo.
(a)
(b)
(c)
(d)
49
Os valores de densidade do solo determinados na área estudada,
apresentaram um coeficiente de variação de 5,1%, variando de 1,11 a
1,47 Mg m-3, conforme mostrado na Tabela 1. A variação dos valores de ds
proporciona uma ampla variação nas condições estruturais e na dinâmica da
água no solo. Para valores de densidade do solo acima do valor crítico de
1,42 Mg m-3, as condições físicas do solo são altamente restritivas ao
desenvolvimento vegetal, independentemente da umidade do solo, seja pela
reduzida aeração ou pela excessiva resistência do solo à penetração. Na
Figura 15, são mostrados os limites superior e inferior do IHO, em diferentes
locais amostrados, com valores de densidade correspondentes ao valor mínimo
observado (1,11 Mg m-3); quartil inferior (1,32 Mg m-3); valor médio
(1,37 Mg m-3); quartil superior (1,41 Mg m-3) e máximo (1,47 Mg m-3), conforme
mostrado na Tabela 1, além dos valores de densidade correspondentes ao
limite crítico em que a θAR10% passa a substituir o valor de θCC (1,35 Mg m-3); e
que θPMP passa a ser substituída pelo valor de θRP (1,15 Mg m-3); assim como
o valor de densidade do solo crítica, caracterizado pelo intervalo hídrico ótimo
nulo (1,42 Mg m-3). Além disso, na Figura 15 também estão descritas as
distribuições de umidade do solo medida na camada de 0 a 0,20 metros de
profundidade para cada um dos 80 pontos da área em estudo no período
compreendido entre os dias do ano 131 a 192.
50
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191Dias do ano
m3 m
-3
ds 1.11 Mg m-3
0,437 m3 m-3
0,325 m3 m-3
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191Dias do ano
m3 m
-3
ds 1,15 Mg m-3
0,339 m3 m-3
0,446 m3 m-3
(a) (b)
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191
Dias do ano
m3 m
-3
ds 1.32 Mg m-3
0,456 m3 m-3
0,345 m3 m-3
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191
Dias do ano
m3 m
-3
ds 1,35 Mg m-3
0,418 m3 m-3
0,473 m3 m-3
(c) (d)
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191
Dias do ano
m3 m
-3
0,471 m3 m-3
0,423 m3 m-3
ds 1.36 Mg m-3
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191
Dias do ano
m3 m
-3
0,445 m3 m-30,456 m3 m-3
ds 1.41 Mg m-3
(e) (f)
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191
Dias do ano
m3
m-3
0,453 m3 m-3
ds 1.42 Mg m-3
0.28
0.33
0.38
0.43
0.48
0.53
131 141 151 161 171 181 191Dias do ano
m3 m
-3
ds 1.47 Mg m-3
0,474 m3 m-3
0,437 m3 m-3
(g) (h)
Figura 15 – Variação temporal da umidade (m3 m-3) para as densidades de 1,11
Mg m-3 (a); 1,23 Mg m-3 (b); 1,29 Mg m-3 (c); 1,31 Mg m-3 (d); 1,37 Mg m-3 (e); 1,40 Mg m-3 (f); 1,42 Mg m-3 (g) e 1,47 Mg m-3 (h).
51
Na Figura 15a, o local em que o solo apresentou menor valor de ds,
praticamente não ocorreram problemas quanto à aeração em condições de
umidades mais elevadas, e restrição quanto ao crescimento radicular com
aumento da RP em função do secamento do solo. Isso pode ser compreendido
pela grande amplitude do IHO, que nesse caso tem seus limites superior e
inferior determinados pela CC e pelo PMP. Com o aumento da densidade do
solo, é possível observar um estreitamento do IHO, sendo que, quando a ds
atinge o valor crítico de 1,42 Mg m-3 (Figura 15g), independente da umidade do
solo, as condições físicas são altamente desfavoráveis para o desenvolvimento
vegetal.
O limite superior do IHO apresenta diminuição para densidades
superiores a 1,35 Mg m-3, isso ocorre em função da substituição da θCC pela
θAR10% que apresenta uma função inversa em relação à variável ds. O limite
inferior do IHO apresenta um comportamento de crescimento com o aumento
da ds, isso porque independente da variável limitante, tanto a θPMP como a θRP
apresentam uma relação direta com a variável ds, conforme discutido
anteriormente.
Observa-se, na Figura 15, que maiores valores ds apresentam estreita
faixa de amplitude do IHO e possivelmente maiores restrições físicas do solo
associados à reduzida aeração e excessiva resistência do solo à penetração,
especialmente quando a densidade do solo se aproxima do valor crítico (dsc =
1,42 Mg m-3) caracterizada pelo IHO nulo.
4.4 – Produtividade, distribuição espacial e análise de correlações
A resposta de uma cultura às condições onde ela se desenvolve pode
ser avaliada por meio de sua produtividade. O potencial produtivo de uma
cultura pode ser admitido como uma combinação de características genéticas
da planta e de características do solo. Com isso, a busca por um entendimento
das respostas das plantas à condição estrutural do solo atinge grande
complexidade. As complexas interações entre planta e solo tornam difícil
estabelecer uma correlação entre a variável produtividade com as variáveis do
solo separadamente.
52
Nesse trabalho, optou-se por analisar a produtividade da cultura por
meio da variável produtividade relativa, uma vez que não foi objetivo do
presente estudo quantificar essa variável e sim buscar uma melhor
compreensão da distribuição espacial da variável produtividade na área
estudada. Para calcular a produtividade relativa, os dados de produtividade em
cada um dos pontos estudados foram divididos pelo maior valor de
produtividade obtido na área, com isso, a grandeza da produtividade relativa
atinge valores iguais ou inferiores à unidade.
A análise descritiva da variável produtividade relativa é apresentada na
Tabela 6. Nessa Tabela também é apresentada a análise descritiva para a
variável intervalo hídrico ótimo (IHO).
Tabela 6 – Estatística descritiva dos valores de produtividade relativa da
cultura do feijoeiro e valores de intervalo hídrico ótimo Estatísticas Produtividade relativa IHO
Número 80 80 Média 0,587 0,042 Mediana 0,568 0,041 d 0,075* 0,092* Mínimo 0,352 0 Máximo 1 0,113 Q. inferior 0,474 0,017 Q. superior 0,692 0,063 Amplitude interquartil 0,217 0,046 Desvio-padrão 0,131 0,029 Assimetria 0,400 0,207 Curtose -0,045 -0,781 CV (%) 22,33 71,53 L. Inferior 0,148 -0,052 L. Superior 1,018 0,132 *-distribuição normal pelo teste de K-S, no nível de 5% de probabilidade
As variáveis produtividade relativa e intervalo hídrico ótimo (IHO),
mostradas na Tabela 6, apresentaram valores de média e mediana muito
próximos em cada distribuição. Isto sinaliza para a simetria das distribuições
dos dados. A normalidade da distribuição dos dados destas variáveis foi
assegurada pelo teste de K-S por meio da estatística d, ao nível de
probabilidade de 5%, conforme mostrado na Tabela 6. Além disso, os valores
de assimetria e curtose próximos de zero revelaram a simetria da distribuição
dos dados de produtividade relativa e IHO. Com isso, essas distribuições
53
puderam ser caracterizadas como mesocúrticas. O valor do coeficiente de
variação (CV) para a distribuição dos dados de produtividade pode ser
caracterizado como de média variação. Para a variável IHO, o valor elevado de
CV (71,53%) ocorre porque neste solo os valores desta variável apresentaram
valores muito reduzidos, com variação entre 0 e 0,113 m3.m-3 (valores de
máximo e mínimo, Tabela 6), e média da ordem de 0,042 m3.m-3. Assim, o
coeficiente de variação tende a assumir valores elevados.
A comparação dos valores de mínimo e máximo de cada distribuição
com os respectivos valores de limite inferior e limite superior, revelou a
ausência de valores atípicos para estas distribuições (Tabela 6).
Na Figura 16, são mostrados os gráficos “box-plot” dos valores de
produtividade relativa da cultura e valores de intervalo hídrico ótimo. Foi
utilizada a mediana como medida de posição, identificou-se também os quartis
inferior e superior e os valores extremos (mínimo e máximo). Pode-se observar
que a distribuição dos valores de produtividade e de IHO apresentaram
considerável simetria, assim como evidenciado pelos valores de assimetria
próximos de zero para ambas as variáveis (Tabela 6).
Prod relativa0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1 Mediana 25%-75% Min-Max
IHO
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12 Mediana 25%-75% Min-Max
Figura 16 – Gráfico “box-plot” para a distribuição dos valores de produtividade
relativa da cultura do feijoeiro e valores de intervalo hídrico ótimo.
Após descrição das variáveis produtividade relativa e IHO por meio da
estatística descritiva e análise exploratória dos dados, buscou-se uma melhor
descrição dessas variáveis por meio da análise de distribuição espacial. Para
isso, foram construídos semivariogramas experimentais em função dos valores
54
medidos para cada variável. Além disso, em função das complexas interações
entre as propriedades físicas do solo e o comportamento vegetal, buscou-se
avaliar também a distribuição espacial da variável densidade do solo.
O semivariograma experimental para a variável produtividade relativa
apresentou estrutura de dependência espacial, a qual foi descrita por meio de
um modelo esférico, com alcance de 11,5 metros (Figura 17), conforme os
resultados obtidos por Guimarães, (2007) em estudos desenvolvidos nessa
mesma área.
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0 5 10 15 20
h - m
(h)
semivariograma experimental
sph (Co=0,003; Co+C= 0,019; a=11.5)
Figura 17 – Semivariograma experimental para os valores de produtividade
relativa da cultura do feijoeiro.
A distribuição espacial da variável intervalo hídrico ótimo apresentou
alcance igual ao obtido para a variável produtividade relativa, porém, o modelo
exponencial apresentou melhor ajuste à distribuição de valores medidos para
essa variável (Figura 18).
55
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0 5 10 15 20 25
h - m
(h)
semivariograma experimental
exp (Co=0,27; Co+C=0,53; a=11,5)
Figura 18 – Semivariograma experimental para valores de intervalo hídrico
ótimo (IHO)
A variável densidade do solo (ds) também demonstrou estrutura de
dependência espacial, conforme mostrado na Figura 19, evidenciando que,
tanto a variável ds, como as variáveis produtividade relativa e IHO não
ocorreram de maneira aleatória no espaço.
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0 2 4 6 8 10 12 14 16
h - m
(h)
semivariograma experimental
sph (Co=0,0018;Co+C=0,0052; a=7)
Figura 19 – Semivariograma experimental para valores de densidade do solo
56
Dentre as três variáveis estudadas espacialmente, a variável ds (Figura
19) foi a que apresentou menor alcance (7 metros), além de fraca estrutura de
dependência espacial. Esta variável é um indicador da condição estrutural do
solo, intimamente relacionada com a macro estrutura. Como a macro estrutura
é fortemente variável no espaço, comumente a variável ds não apresenta
estrutura de dependência espacial ou apresenta estrutura de dependência
espacial fraca com pequeno alcance.
A produtividade relativa (Figura 17) e o IHO (Figura 18) apresentaram
estrutura de dependência espacial melhor definida, com alcance de 11,5
metros.
Com o propósito de visualizar a distribuição espacial para os valores de
produtividade relativa, IHO e ds, procedeu-se a interpolação por krigagem, a
partir de valores medidos e utilizando-se os modelos ajustados aos
semivariogramas experimentais. As superfícies de valores dessas variáveis são
apresentadas nas Figuras 20, 21 e 22.
A distribuição espacial da variável produtividade relativa apresentou
maiores valores na porção inferior da Figura 20 ao longo de toda direção X. Na
região central da Figura 20 apresentaram-se os menores valores de
produtividade relativa, seguindo até o canto superior esquerdo desta mesma
Figura. O pico de produção (produtividade relativa = 1) foi alcançado na
coordenada 31,5 e 1,5 metros para X e Y, respectivamente.
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
0,91 0,83 0,75 0,67 0,59 0,51 0,43 0,35
Figura 20 – Distribuição espacial dos valores de produtividade relativa.
57
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção Y
- m
0,072 0,063 0,054 0,045 0,036 0,027 0,018 0,009 0
Figura 21 – Distribuição espacial dos valores de intervalo hídrico ótimo
1.5 4.5 7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 34.5 37.5 40.5 43.5 46.5
Direção X - m
1.5
4.5
7.5
10.5
13.5
Direção - Y
m
1,47 1,44 1,40 1,36 1,32 1,28 1,24 1,20
Figura 22 – Distribuição espacial dos valores de densidade do solo.
Nas Figuras 21 e 22, pode-se observar que a distribuição espacial dos
valores de IHO está intimamente associada à distribuição espacial dos valores
de ds, segundo uma relação inversa. Destaca-se na Figura 22 que as regiões
com maiores os valores de ds (acima de 1,4 Mg m-3) correspondem às regiões
com menores valores de IHO (Figura 21). Observa-se inclusive que a região
localizada no canto inferior direito da Figura 22 com valores de ds acima da
densidade crítica corresponde à região que apresenta IHO nulo (Figura 21).
A comparação dessas Figuras com a Figura 20, que mostra a
distribuição espacial dos valores de produtividade relativa permite visualizar
que a correlação espacial entre produtividade relativa e IHO, se existente, pode
ser considerada fraca. De fato, o semivariograma experimental cruzado entre
58
essas duas variáveis, não permitiu o ajuste de um modelo que permitisse a
descrição desta correlação espacial.
Apesar disso, a observação das superfícies de valores de
produtividade relativa e de IHO para valores da direção x entre 1,5 e 40 metros
revela que a correlação espacial entre essas duas variáveis se manifesta em
linhas gerais. A região com coordenadas x entre 40 e 45 metros, apresentando
os maiores valores de ds promoveu a ocorrência de valores de IHO próximos
de zero, gerou uma descontinuidade no processo que correlaciona
produtividade relativa com IHO. Por outro lado, isto reflete a necessidade de
identificar, para o sistema em questão, com suas especificidades
características de solo e de manejo, bem como para esta cultura, os valores
limites de porosidade de aeração e de resistência à penetração que sejam
adequados para caracterizar o IHO, visto a influencia destas duas variáveis na
amplitude do IHO. Destaca-se que valores diferentes dos adotados como
limitantes para porosidade de aeração e resistência à penetração poderiam
gerar IHO diferentes de zero para valores de ds superiores à densidade crítica
obtida (1,42 Mg m-3).
Além disto, deve-se considerar que a amostragem de solo para a
determinação dos valores de resistência à penetração média e de umidade,
nos diferentes potenciais, foi realizada na camada de 5 a 10 cm de
profundidade. Observações locais permitiram constatar que grande parte do
sistema radicular das plantas concentrou-se nas camadas mais superficiais.
Provavelmente, a camada de solo que abrange os 5 centímetros superficiais,
na qual grande parte do sistema radicular concentrou-se, foi suficiente para
sustentar razoável desenvolvimento vegetal e conseqüentemente razoável
produtividade da cultura, mesmo nos pontos onde foram identificados elevados
valores de ds e consequentemente baixos valores de IHO, na camada
amostrada (5 a 10 cm).
A reduzida habilidade do IHO em descrever a distribuição dos valores
de produtividade relativa pode estar, em grande extensão, relacionada ao fato
de que a faixa de valores de densidade do solo identificados no campo revela
uma forte concentração de valores em torno do valor crítico de ds.
Evidentemente, a amplitude reduzida de valores, a qual expressa o alto nível
59
de compactação do sistema, torna difícil a identificação de uma relação causa
conseqüência entre as variáveis IHO e produtividade relativa.
Finalmente, pode-se observar que, apesar dessas limitações, as
regiões com menores valores de produtividade relativa estão relacionadas com
IHO estreitos e que o oposto também é verdadeiro, em razoável extensão.
Assim, embora as imperfeições do processo tenham limitado a identificação de
correlações bem definidas entre essas variáveis, evidencia-se o grande
potencial de aplicação dos recursos utilizados para estudos desta natureza.
Necessário se faz a adequação destes procedimentos às especificidades dos
sistemas agrícolas em estudo.
60
5. CONCLUSÕES
Os resultados demonstraram que o aumento da densidade do solo
influenciou negativamente na amplitude do intervalo hídrico ótimo. O IHO
tornou-se nulo para densidade de 1,42 Mg m-3, considerando os limites
estabelecidos.
Com a diminuição da amplitude do IHO, aumenta a ocorrência de
valores de umidade do solo fora dos limites impostos por este índice.
A resistência do solo à penetração foi a principal variável a restringir a
magnitude do intervalo hídrico ótimo, passando a substituir a θPMP como limite
inferior do mesmo, a partir da densidade de 1,15 Mg m-3.
A análise espacial revelou que as variáveis porosidade de aeração,
resistência do solo à penetração, produtividade relativa, intervalo hídrico ótimo
e densidade do solo apresentaram estrutura de dependência espacial com
alcances de 15 metros para as variáveis porosidade de aeração e resistência à
penetração, 11,5 metros para as variáveis produtividade relativa e IHO e 7
metros para a variável densidade do solo.
61
6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
ARAÚJO, M. A.; INOUE, T. T.; TORMENA, C. A. Qualidade física do solo avaliada pelo intervalo ótimo de potencial da água no solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais… Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. ARAÚJO, M.A., TORMENA, C.A. and SILVA, A.P. Physical properties of a dystrophic Red Latosol (Oxisol) under crop cultivation and native forest. Revista Brasileira de Ciências do Solo, Vinosa, v .28, n.2, p.337-345, 2004. BAVER, L. D.; GARDNER, W. H.; GARDNER, W. R. Soil physics. 4. ed. New York: J. Wiley, 498 p, 1972. BENJAMIN, J. G.; NIELSEN, D. C.; VIGIL, M. F. Quantifying effects of soil conditions on plant growth and crop production. Geoderma, Amsterdam, v. 116, p. 137-148, 2003. BETZ, C.L.; ALLMARAS, R.R.; COPELAND, S.M.; RANDALL, G.W. Least limiting water range: traffic and long-term tillage influences in a Webster soil. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 62, p. 1384-1393, 1998. BEUTLER, A. N.; CENTURION, J. F.; ROQUE, C. G.; SILVA, A. P. Intervalo hídrico ótimo versus produção de grãos de soja em Latossolos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais...Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. BRADY, N.C., Natureza e propriedades dos solos. Rio de Janeiro: Freitas Bastos, 1989, 7ª ed, 878 p. BUSSCHER, W.J. Adjustment of flat-tipped penetrometer resistance data to a commom water content. Trans. ASAER, St. Joseph, v. 33, p. 519-524, 1990. CAVALIERI, K. M. V.; TORMENA, C. A.; VIDIGAL FILHO, P. S.; SILVA, A. P. Influência de sistemas de preparo nas propriedades físicas de um Latossolo Vermelho distrófico. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE MANEJO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA, 15., 2004, Santa Maria. Anais... Santa Maria: UFSM: SBCS, 2004. CD-ROM. COSTA NETO, P.L.O. Estatística. São Paulo: Edgard Blücher, 1990, 10ª ed. São Paulo, 264p. DEXTER, A.R. & YOUNGS, I.M. Soil physic toward 2000. Soil and Tillage Research, Amsterdam, v. 24, p. 101-106, 1992. EHLERS, W. W.; KOPKE, F.; HESSE; F.; BOHM, W. Penetration resistance and growth root of oats in tilled and untilled loess soil. Soil and Tillage Research, Amsterdam, v. 3, p. 261-275, 1983.
62
EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solo. Rio de Janeiro, 1999. 412p. EMBRAPA. Manual de métodos de análise de solo. Centro Nacional de Pesquisa de Solo. 2ª ed. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212p. EMBRAPA. Serviço Nacional de Levantamento e Conservação de Solos. Manual de métodos de análise de solos. Rio de Janeiro, 1979. Pagina irregular. GAMERO, C.A. Efeito dos tipos de preparo sobre características do solo e da cultura do milho (Zea mays – L). 1985. 102 f. Tese (Doutorado)–Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1985. GONÇALVES, A. C. A.; TRINTINALHA, M. A.; TORMENA, C. A.; REZENDE, R.; FOLEGATTI, M. V. Distribuição espacial do armazenamento de água no solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 33, 2004, São Pedro. Anais... São Paulo: 2004. CD-ROM. GONÇALVES, A.C.A. Variabilidade especial de propriedades físicas do solo para fins de manejo da irrigação. 1997. 118 f. Tese (Doutorado)–Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1997. GRABLE, A.R. & SIEMER, E.G. Effects of bulk density, aggregate size, and soil water suction on oxygen diffusion, redox potential and elongation of corn roots. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 32, p. 180-186, 1968. GRIS, C. F.; GOMES, L. L.; CORRÊA, J. B. D.; MELASIPO, G. M. V. Efeitos da compactação do solo em um Latossolo Vermelho distroférrico típico na cultura do milho. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais... Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. GUIMARÃES, R.M.L. Distribuição espacial de variáveis físico-hídricas em um Nitossolo Vermelho e correlação com o desenvolvimento do feijoeiro. 2007. 79 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) Universidade Estadual de Maringá, Maringá. HERRICK JE, JONES TL (2002) A dynamic cone penetrometer for measuring soil penetration resistance. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 66, p. 1320-1324. HOAD, S.P.; RUSSEL, G.; LUCAS, M.E.; BINGHAM, I.J. The management of wheat, barley, and oat root systems. Advances in Agronomy, Neward, 2001. IMHOFF, S.; DA SILVA, A.P.; DIAS JÚNIOR, M.S. & TORMENA, C.A. Quantificação de pressões críticas para o crescimento de plantas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v. 25, p. 11-18, 2001.
63
IMHOFF, S.; SILVA, A.P.; TORMENA, C.A. Aplicações da curva de resistência no controle da qualidade física de um solo sob pastagem. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, v.35, p.1493-1500, 2000. KAISER, D. R.; STRECK, C. A.; REINERT, D. J.; REICHERT, J. M.; SANTI, G.; KUNZ, M. Compactação do solo e suas relações no desenvolvimento radicular e produtividade do feijoeiro. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais... Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. KAY, B.D. Rates of changes of soil structure under different cropping systems. Advances in Soil Science, v.12, p. 1-51, 1989. KAY, B.D.; SILVA, A.P. & BALDOCK, J.A. Sensivity of soil structure to changes in organic carbon content: predictions using pedotransfer functions. Canadian Journal Soil Science, Ottawa, v. 77, p. 655-667, 1997. KIEHL, E.J. Manual de edafologia: Relações solo-planta. São Paulo: Ceres, 1979. 262p. KRANZ, W.M. População de plantas In: FUNDAÇÃO INSTITUTO AGRONÔMICO DO PARANÁ. O feijão no Paraná. Londrina, 1989. p.115-25. (Circular, 63) LEÃO, T. P.; SILVA, A. P.; MACEDO, M. C. M.; IMHOFF, S.; EUCLIDES, V. P. B. Intervalo hídrico ótimo na avaliação de sistemas de pastejo contínuo e rotacionado. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v.28, n.3, p.415-423, 2004. LETEY, J. Relationship between soil physical properties and crop production. Advances in Soil Sciences, New York, v. 1, p. 277-294, 1985. LIBARDI, P. L. Dinâmica da água no solo. 2. ed. Piracicaba: USP, ESALQ, Departamento de Ciências Exatas, 2000. 509 p. LIBARDI, P.L.; MANFRON, P.A.; MORAES, S.O. et al. Variabilidade da umidade gravimétrica de um solo hidromórfico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v.20, p. 197-212, 1996. MACHADO, J.L. Qualidade física dos solos em distintos sistemas de uso e manejo quantificada pelo índice S. 2006. 45 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia)–Universidade Estadual de Maringá, Maringá. MEROTTO JR., A.; MUNDSTOCK, C.M. Wheat root growth as affected by soil strength. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, v.23, n.2, 197-202, 1999. NIELSEN, D.R.; BIGGAR, W.; ERB, K.T. Spatial variability or field-mesuared soil-water properties. Hilgardia, Oakland, v.42, n.7, p.251-259, 1973.
64
OBERHAUSER, A. G.; BARROS, N. F.; COSTA, L. M.; SILVA, S. R. Crescimento da soja influenciado pelo volume de solo livre de compactação e pela adubação. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais... Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. REEVE, M.J.; CARTER, A.D. Water release characteristic. In: SMITH, K.A. & MULLINS, C.E. (Ed). Soil analysis. New York: Marcel Dekker, 1991. cap 3, p. 111-160. REICHARDT, K.; TIMM, L. C. Solo, planta e atmosfera: conceitos, processos e aplicações. Barueri: Manole, 2004. 477 p. RIBEIRO, G. J. T.; CORRÊA, J. B. D.; LEITE, G. M. V.; GROSS, M. R.; MOURA, F. P.; SOARES, A. A. Compactação e sua influência no desenvolvimento e produção de arroz, em três classes de solos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Anais... Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. RICHARDS, L.A. & WEAVER, L.R. Fifteen atmosphere percentage as related to the permanent wilting point. Soil Science, v. 56, p. 331-339, 1944. ROSS, P.J.; WILLIANS, J. & BRISTOW, K.L. Equations for extending water-retention curves to drynees. Soil Science of American Journal, Madison, v. 55, p. 923-927, 1991. SHARMA, P.K. & BHUSHAN, L. Physical characterization of a soil amended with organic residues in a rice-wheat cropping system using a single value soil physical index. Soil and Tillage Research, Amsterdam, v. 60, p. 143-152, 2001. SILVA, A. P.; KAY, D. B.; PERFECT, E. Characterization of the least limiting water range of soils. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 58, p. 1775-1781, 1994. SILVA, A. P.; TORMENA, C. A.; IMHOFF, S. D. C.; LEÃO, T. P. Intervalo hídrico ótimo: origem, evolução e aplicações em estudos de qualidade física do solo. In: REUNIÃO BRASILEIRA DE MANEJO E CONSERVAÇÃO DO SOLO E DA ÁGUA, 14., 2002, Cuiabá. OS (DES)CAMINHOS DO USO DA ÁGUA NA AGRICULTURA BRASILEIRA. Cuiabá: UFMT: SBCS, 2002a. p. 479. SILVA, A.P. & KAY, B.D. Estimating the least limiting water range of soils from properties and management. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 61, p. 877-883, 1997. SILVA, A.P. & KAY, B.D. The sensitivity of shoot growth of corn to the least limiting water range of soils. Plant Soil, v. 184, p. 323-329, 1996. SILVA, A.P.; KAY, B.D. & PERFECT, E. Characterization of the least limiting water range. Soil Science Society of American Journal, Madison, v. 58, p. 1775-1781, 1994.
65
SILVA, S. R.; BARROS, N. F.; NOVAIS, R. F.; PEREIRA, P. R. G. Eficiência nutricional de potássio e crescimento de eucalipto influenciados pela compactação do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, MG, v. 26, p. 1001-1010, 2002b. SILVA, V.R. da. Propriedades físicas e hídricas em solos sob diferentes estados de compactação. 2003. 171 f. Tese (Doutorado)–Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2003. SMITH, C.W.; JOHNSTON, M.A.; LORENTZ, S. The effect of soil compaction and soil physical properties on the mechanical resistance of South African forestry soils. Geoderma, Amsterdam, v. 78, p. 93-111, 1997. STIRZAKER, R.J. Processing tomato response to soil compaction and fumigation. Australian Journal of Experimental Agriculture, Canberra, v. 37, p. 477-483, 1997. STONE, L.F.; GUIMARÃES, C.M.; MOREIRA, J.A.A. Compactação do solo na cultura do feijoeiro - I: efeitos nas propriedades físico-hídricas do solo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.6, p. 207-212, 2002. STAT SOFT. Statistica for windows. [Eletronic manual index], v. 4.3. Tulsa, 1993. STRECK, C. A.; REINERT, D. J.; REICHERT, J. M.; KAISER, D. R. Efeitos da compactação induzida por tráfego na produtividade da cultura da soja. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Solo: alicerce dos sistemas de produção. Anais… Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. TAYLOR, H. M.; ROBERSON, G. M.; PARKER, JUNIOR, J. J. Soil strength-root penetration relations for medium-to coarse-textured soil materials. Soil Science, Baltimore, v. 102, p. 18-22, 1966. TOPP, G.C.; GALGANOV, Y.T.; WIRES, K.C.; CULLEY, J.L.B. Non limiting water range (NLWR): an approach for assessing soil structure. Technical report no 2 - Soil Quality Evaluation Program. Agriculture and Agri-Food Canada. 36p, 1994. TOPP, G.C.; ZEBTCHUK, W. The determination of soil water desorption curve for soils cores. Canadian Journal Soil Science, Ottawa, v. 59, n. 1, p. 19-26, 1979. TORMENA, C. A. Caracterização e avaliação do intervalo hídrico ótimo de um Latossolo Roxo. 1998. 106 f. Tese (Doutorado)–Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1998. TORMENA, C. A.; SILVA, A. P.; GONÇALVES, A. C. A.; FOLEGATTI, M. V. Intervalo ótimo de potencial da água no solo: um conceito para avaliação da
66
qualidade física do solo e manejo da água na agricultura irrigada. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 3, p. 286-292, 1999. TORMENA, C. A.; SILVA, A. P.; LIBARDI, P. L. Caracterização do intervalo hídrico ótimo de um Latossolo Roxo sob plantio direto. Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, MG, v. 22, p. 573-581, 1998. TORMENA, C. A.; VIDIGAL FILHO, P. S.; SILVA, A. P.; JÚNIOR, R. S. O. Qualidade física do solo e produtividade da cultura de mandioca num Latossolo Vermelho distrófico sob diferentes sistemas de preparo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 29., 2003, Ribeirão Preto. Solo: alicerce dos sistemas de produção. Anais... Botucatu: UNESP, 2003. CD-ROM. TRINTINALHA, M. A. Utilização da TDR para avaliação da distribuição espacial e estabilidade temporal do armazenamento de água em um Nitossolo Vermelho distroférrico. 2005. 110 f. Tese (Doutorado)–Universidade Estadual de Maringá, Maringá, 2005. VAN GENUCHTEN, M.T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsatured soils. Soil Science Society American Journal, Madison, v. 44, p. 892-898, 1980. VAZ, C. M. P., & HOPMANS J. W. Simultaneous measurement of soil penetration resistance an water content with a combined penetrometer- TDR moisture probe. Soil Science Society American Journal, Madison, v.65, p. 4-12, 2001. VAZ, C. M. P., BASSOI, L. H., HOPMANS, J. W. Contribution of water content and bulk density to field soil penetration resistance as measured by a combined cone penetrometer – TDR probe. Soil and Tillage Research, Amsterdam, v. 60, p. 35-42, 2001. VEIHMEYER, F.J.; HENDRICKSON, A.H. The moisture equivalent as a measure of the field capacity of soil. Soil Science, Baltimore, v.32, p.181-193, 1931. VIEIRA, S.R.; HATFIELD, J.L.; NIELSEN, D.R. et al. Geoestatistical theory and application to variability of some agronomical properties. Hilgardia, Oakland, v.51, n.3, p. 1-75. 1983. WARRICK, A.W.; NIELSEN, D.R. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: Hillel, D. (Ed.). Applications of Soil Physics, New York: Academic Press, 1980. WU, L.; FENG, G.; LETEY, J.; FERGUSON, L.; MITCHELL, J.; McCULLOUGH-SANDEN, B. & MARKEGARD, G. Soil management effects on the nonlimiting water range. Geoderma, Amsterdam, v. 114, p. 401-414, 2003.
67
ZOU, C.; SANDS, R.; BUCHAN, G.; HUDSON, I. Least limiting water range: a potential indicator of physical quality of forest soils. Australian Journal of Soil Research, Otawa, v.38, p. 947-958, 2000.