Condutividade hidráulica e sorvidade em áreas sob diferentes sistemas de uso e manejo

Autores

Pereira, A.A. (UEPG) ; Thomaz, E.L. (UNICENTRO)

Resumo

A compreensão do movimento da água através do solo é de grande relevância para adequada utilização, gestão e proteção dos recursos naturais. Desta forma, este trabalho objetiva mensurar os parâmetros hidráulicos do solo em áreas sob diferentes sistemas de uso e manejo. Este trabalho foi realizado em três áreas cultivadas com feijão, uma pastagem extensiva e uma área de floresta. Realizaram-se 18 ensaios de infiltração em cada área, sendo nove sem aplicação de tensão e nove com tensão de cinco centímetros de água. As áreas com baixo grau de revolvimento e elevado acúmulo de matéria orgânica contribuíram para valores elevados de condutividade hidráulica sem aplicação de tensão. Plantio convencional e pastagem extensiva apresentaram os menores valores de condutividade e não apresentaram diferença significativa entre as diferentes tensões. Independente do tempo de manejo os sistemas conservacionistas contribuem para a melhoria dos parâmetros hidráulicos do solo.

Palavras chaves

infiltração; parâmetros hidráulicos; manejo do solo

Introdução

A compreensão do movimento da água através do solo é de grande relevância para adequada utilização, gestão e proteção dos recursos naturais (Herrada et al., 2014). Por ser um importante indicador de estruturação, agregação e transformação do solo a infiltração é o principal processo estudado nesta dinâmica (Marchini, 2015). Sorvidade (S) e condutividade hidráulica (K) são parâmetros relacionados ao processo de infiltração. A sorvidade representa a capacidade do solo em absorver água por capilaridade na ausência de efeitos gravitacionais, e predomina nos primeiros momentos da infiltração, já a condutividade hidráulica do solo representa a facilidade com que um fluido é transportado em seu interior, e tem seu pico quando saturado (Borges et al., 1999). Por ser um processo físico complexo é difícil caracterizar com precisão a infiltração em condições isotrópicas e heterogêneas comumente encontradas em terras manejadas. Variando não só entre as formas de manejo, mas também durante o ciclo de uma mesma cultura, devido a vários fatores, como a compactação do solo, regime de umidade, etc (Chowdary et al., 2006). Muitos trabalhos têm discutido métodos para determinação/simulação destes parâmetros em campo e em laboratório, além da relação/dependência destes com parâmetros físicos e químicos do solo (Thony et al., 1991; Angulo-Jaramillo et al., 2000; Antonino et a., 2001; Mesquita e Moraes 2004; Raoof et al., 2009; Balfour, 2014; Herrada et al., 2014; entre outros), mas sem obter resultados significativos. De acordo com Mesquita & Moraes (2004) que estudaram a dependência da condutividade hidráulica em relação a algumas propriedades físicas do solo, esta propriedade depende da forma, quantidade, tamanho e distribuição dos poros, mas não pode ser obtida diretamente através da correlação com os parâmetros físicos usualmente utilizados como densidade, porosidade, macroporosidade ou microporosidade. Apesar da grande quantidade de trabalhos relacionados a esta temática, pouco vem sendo discutido sobre a relação/influência do manejo sobre estas propriedades. Desta forma, este trabalho objetiva mensurar os parâmetros hidráulicos do solo em áreas sob diferentes sistemas de uso e manejo. O que fornecerá subsídios para a compreensão dos processos de degradação físico- hídrica do solo, além de contribuir para ajustes nas técnicas de manejo nas áreas avaliadas.

Material e métodos

Localização e características da área de estudo Este trabalho foi realizado na bacia hidrográfica do Arroio Palmeirinha, município de Reserva – PR. A bacia localiza-se entre as coordenadas 24°31’28”S e 24°33’21”S; e 50°53’50”W e 50°56’16”W (Folha SG.22-X-A-IV-1) e apresenta área total de 774 ha. Dentre as principais formas de uso na bacia, o manejo com pastagens extensivas de baixa tecnologia predomina, ocupando cerca de 54% (420,74 ha) da área total. As áreas de floresta e vegetação natural somam 19% (144,63 ha), áreas agrícolas 16% (120,53 ha) e em menor proporção, a silvicultura com 11% (88 ha) (Pereira, 2013). Foram escolhidas cinco áreas para realização deste estudo, sendo: uma área de pastagem extensiva, três áreas cultivadas com feijão preto (Phaseolus Vulgaris L.) com diferentes sistemas de manejo – PC – Plantio convencional; C – Coivara e PR – Plantio reduzido; e uma com floresta. A pastagem foi escolhida por ocupar a maior área da bacia, a escolha da cultura do feijão se deu por ser esta a principal cultura praticada no município, com produção de aproximadamente 28.200 toneladas, tornando-o o terceiro maior produtor do estado do Paraná e o décimo maior do país, com participação de 0,73% do total nacional (Salvador 2011). A área de floresta foi utilizada como área controle. As áreas encontram-se em altitude variando entre 780 e 820 metros com clima Subtropical úmido (Mineropar, 2007) com verões frescos, geadas severas no inverno, sem estação seca, sendo que as temperaturas dos meses mais quentes são inferiores a 22º C e dos meses mais frios inferiores a 18º C (ITCG, 2008). Os solos das áreas foram caracterizados como Argissolos vermelho-amarelo eutrófico (Embrapa, 2013), de textura médio argilosa com 44% ± 2 de areia, 22% ± 3 de silte e 34% ± 3% de argila e horizonte A com 0,25 m de profundidade em média. Condutividade Hidráulica e Sorvidade Os ensaios de infiltração foram realizados utilizando-se um infiltrômetro de tensão a disco com diâmetro de 20 cm. Foram realizados 18 ensaios em cada área, sendo nove sem aplicação de tensão (h0) e nove com tensão de cinco centímetros de água (h-5). A condutividade hidráulica não saturada foi estimada aplicando-se a Eq. 1, descrita por Gardner (1958). K(h)=K_sat exp⁡(αh) (1) Sendo: K(h) - condutividade hidráulica não saturada (cm h-1), Ksat - condutividade hidráulica saturada (cm h-1), h - tensão aplicada pelo infiltrômetro (cm), α - é uma constante dependente da vazão e da tensão aplicada pelo infiltrômetro (cm-1). Para obtenção da condutividade hidráulica saturada utilizou-se a Eq. 2, descrita também por Gardner (1958). Q(h_n )=πr² K_sat exp⁡(αh_n ) (1+4/πrα) (2) Onde: Q(hn) volume do fluxo de água do infiltrômetro sob determinada tensão (cm³ h-1), r: raio do disco (cm), hn: tensão exercida pelo infiltrômetro (cm), Ksat : condutividade hidráulica saturada (cm h-1). A sorvidade foi estimada aplicando a Eq. 3, descrita pro Philip (1957). I=S√t+At (3) Sendo: S – Sorvidade (cm s-1/2), I – Infiltração acumulada (cm), t – tempo (s), A – constante de ajuste. Utilizou-se o software Bioestat para análise estatística. Em princípio realizou-se análise descritiva (média, desvio padrão, coeficiente de variação) e avaliação da distribuição dos dados. Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA), utilizando-se delineamento inteiramente casualizado. A comparação de médias foi feita pelo teste Tukey, a 5%.

Resultado e discussão

O manejo do solo condiciona diversos parâmetros do solo (Yimer et al., 2008). As áreas de C e PR apresentaram condutividade hidráulica saturada (K0) elevada e superior às demais. Plantio convencional e Pastagem Extensiva apresentaram os menores valores de condutividade em ambas às tensões aplicadas, PC e PE também não apresentaram diferença significativa da condutividade hidráulica nas diferentes tensões (Figura 1). Silva et al. (2012) estudando as características físico-hídricas de Argissolos sob sistemas conservacionistas de manejo encontraram valores médios de 7,84 cm h-1 de condutividade hidráulica, valores estes muito próximos dos encontrados nas áreas C e PR. Figura 1. Condutividade hidráulica nas diferentes áreas e tensões aplicadas As áreas C e PR por terem baixo grau de revolvimento do solo e elevado acúmulo de matéria orgânica, têm sua estrutura preservada, com presença de macroporos contínuos e estáveis o que contribui para valores elevados de condutividade hidráulica sem aplicação de tensão (h0). A sorvidade foi elevada na área PE, reduzindo na sequência C>PR>FT>PC (Figura 2). Por ser um parâmetro associado ao movimento capilar da água a sorvidade tende a ter maior representatividade em áreas de maior compactação e resistência mecânica, já que, estas características reduzem o tamanho dos poros e ampliam o movimento capilar. Borges et al. (1999) verificou que a sorvidade é tão importante quanto a condutividade hidráulica para caracterizar o processo de infiltração. Figura 2. Sorvidade nas diferentes áreas e tensões aplicadas A formação de camadas compactadas influenciadas pelo manejo intenso e agressivo (áreas PC e PE) diminui o tamanho dos poros, o que reduz sua permeabilidade e aumenta a retenção de água e seu movimento por capilaridade, reduzindo significativamente a condutividade hidráulica saturada, mas ampliando a condutividade hidráulica não saturada (k-5) e a sorvidade (Sauer et al., 1990). Souza et al. (2008) que estudaram a variabilidade espacial da condutividade hidráulica e da sorvidade observaram variabilidade significativa dos fluxos de infiltração como efeito da heterogeneidade local; e aferiram que esta variabilidade, deve estar mais associada com os fatores estruturais do solo que com os texturais, uma vez que em uma mesma classe textural existe variabilidade elevada na infiltração. Não se encontrou relação entre os valores de condutividade hidráulica e sorvidade nas áreas avaliadas, discordando do exposto por Souza et al. (2008) que observaram que as faixas de solo com altos valores de condutividade hidráulica eram também as que apresentavam elevados valores de sorvidade. Esta diferença pode ser atrelada as características texturais dos solos estudados: médio argilosa (neste estudo) e franco-arenosa (Souza et al., 2008). Desta forma observa-se que as práticas conservacionistas, independentes do tempo de manejo, vêm contribuindo para a melhoria dos parâmetros hidráulicos do solo, tornando estes superiores aos valores da área de floresta. Estes dados corroboram com Silva et al. (2005) que estudaram atributos físico-hídricos em Argissolo vermelho no Rio Grande do Sul e verificaram que os sistemas conservacionistas os quais têm como premissa o não revolvimento ou a mínima mobilização do solo, bem como a manutenção dos resíduos culturais na superfície ou sua incorporação apenas parcial, podem contribuir para uma melhor condição físico-hídrica do solo.

Condutividade hidráulica nas diferentes áreas e tensões aplicadas


Sorvidade nas diferentes áreas e tensões aplicadas

Considerações Finais

1. As diferentes formas de uso e manejo apresentaram diferenças significativas nas taxas de condutividade hidráulica e sorvidade. 2. Independente do tempo de manejo os sistemas conservacionistas (coivara e plantio reduzido) contribuem para o aumento da condutividade hidráulica na bacia hidrográfica do Arroio Palmeirinha. 3. Por ser um parâmetro associado ao movimento capilar da água a sorvidade tende a ter maior representatividade em áreas de maior compactação e resistência mecânica, caso da área de pastagem extensiva.

Agradecimentos

Agradecemos a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES) pela concessão de bolsa estudos ao primeiro autor.

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