1 Irriga, Botucatu, v. 07, n. 1, p , janeiro-abril, 2002

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1 1 Irriga, Botucatu, v. 07,. 1, p , jaeiro-abril, 2002 ISSN INFILTRAÇÃO DE ÁGUA EM UM LATOSSOLO ROXO MUITO ARGILOSO EM DOIS SISTEMAS DE MANEJO Mário Artemio Urchei Carlos Ricardo Fietz Embrapa Agropecuária Oeste, Caixa Postal 661, Dourados, MS e 1 RESUMO Este trabalho objetivou caracterizar a ifiltração de água em um latossolo roxo muito argiloso em dois sistemas de maejo (preparo covecioal - PC e platio direto - PD) e avaliar a adequação das equações de Horto e Kostiakov-Lewis para a estimativa da taxa de ifiltração básica. O trabalho foi desevolvido a área experimetal da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados, MS, durate os aos de 1994 e Em cada um dos sistemas foram realizados 25 testes de ifiltração pelo método do ifiltrômetro de duplo cilidro. Cosiderou-se como taxa de ifiltração básica observada a média aritmética dos valores lidos após 120 miutos, equato sua estimativa foi feita pelas equações de Horto e de Kostiakov-Lewis. A taxa de ifiltração básica, os dois sistemas de maejo, ajustou-se à distribuição ormal, de acordo com o teste de Kolmogorov-Smirov, sem difereça etre as médias de 92,2 e 92,8mm h -1 (Tukey, 5%), para os sistemas PC e PD, respectivamete, cosideradas muito altas. Esses valores apresetaram alta variabilidade os dois sistemas, com coeficietes de variação de 78,6% para o PC e 83,5% para o PD. Apesar de as duas equações terem apresetado bom ajuste, os ídices estatísticos evideciaram que a equação de Kostiakov-Lewis é mais adequada para estimar a taxa de ifiltração básica o latossolo roxo estudado. UNITERMOS: Equações de ifiltração, platio direto, preparo covecioal. URCHEI, M. A., FIETZ, C.R. WATER INFILTRATION IN AN OXISOL UNDER TWO CROPPING SYSTEMS 2 ABSTRACT This work aimed to characterize water ifiltratio ad evaluate the adequacy of Horto ad Kostiachov-Lewis s equatios to estimate basic ifiltratio rate i a Oxisol uder covetioal tillage (CT) ad o tillage (NT). The work was carried out over 1994 ad 1995 i a experimetal area of Embrapa Agropecuaria Oeste i Dourados city, Mato Grosso do Sul State, Brazil. For each system 25 ifiltratio tests were performed by the double rig ifiltrometer method. Basic ifiltratio rates DOI:

2 Urchei e Fietz 2 were the average of ifiltratio measured after 120 mi of addig water o the soil surface. Estimatio of basic ifiltratio rates has bee performed by usig Horto ad Kostiakov-Lewis s equatios. Basic ifiltratio rates i both systems followed ormal distributio accordig to Kolmogorov-Smirov s test. Average values for basic ifiltratio were 92.2 ad 92.8 mm h -1 for CT ad NT systems, respectively. No sigificatly differet meas have bee observed (P<0.05). The variatio coefficiets were 78.6% for CT ad 83.5% for NT. I spite of two equatios good adequacy, statistical idexes showed that Kostiakov-Lewis s equatio has bee more fitted to estimate basic ifiltratio rates for the studied Oxisol. KEYWORDS: Ifiltratio equatios, o tillage, covetioal tillage.

3 3 Ifiltração de água... 3 INTRODUÇÃO O termo ifiltração é utilizado para caracterizar a etrada de água o solo através da iterface solo-atmosfera (Reichardt, 1987; Libardi, 1995). Durate uma recarga (chuva ou irrigação), parte da água pode ifiltrar, movimetado-se verticalmete, de cima para baixo, equato parte pode escorrer pela superfície do solo. Ao logo desse processo, a água distribui-se o iterior do solo, sedo que o movimeto o setido vertical descedete é regido, pricipalmete, pelos poteciais matricial e gravitacioal (Clemmes, 1983). No iício da ifiltração, quado o solo aida está relativamete seco, o gradiete de potecial é elevado, sedo o potecial mátrico o mais importate. Com o passar do tempo, o gradiete total passa a igualar-se ao gravitacioal, que é relativamete pequeo em relação ao iício do processo. Por esse motivo, a ifiltração é um processo desacelerado, ou seja, rápido o iício e dimiuido com o passar do tempo (Reichardt, 1987). Cotudo, em solos com graulometria areosa, o potecial mátrico é irrelevate, sedo o gravitacioal o pricipal compoete das forças que goveram a ifiltração vertical (Germa, 1983). A taxa de ifiltração é o volume de água que atravessa a uidade de área da superfície do solo por uidade de tempo, a qual tede a decrescer com o tempo, atigido um valor fial costate, deomiado taxa de ifiltração básica. A magitude da taxa de ifiltração básica é de grade importâcia para a escolha, o dimesioameto e o maejo de sistemas de irrigação e dre- pesa em agricultura irrigada. Neste trabalho avaliamos a taxa de ifiltração básica pelo método dos cilidros cocêtricos, por ser um equipameto acessível, de baixo custo e largamete utilizado a avaliação de áreas para implatação de projetos de irrigação, o que permite compará-lo com outros resultados já dispoíveis. No etato, um dos icoveietes desse método, além das limitações já discutidas ateriormete, é que os testes são relativamete demorados, podedo ultrapassar três horas em um úico poto, dificultado um úmero maior de repetições, o que seria recomedável para uma agem. Em virtude da atureza do processo, das características da água, do método utilizado para sua determiação e do tipo e maejo do solo, a taxa de ifiltração apreseta grade variabilidade. No que se refere à água, sua qualidade e temperatura são as pricipais fotes de variação. Com relação ao método do ifiltrômetro de duplo cilidro, que é um dos mais utilizados, as dimesões dos cilidros, a profudidade de istalação o solo e a altura da lâmia de água o seu iterior são os fatores mais importates de variação da ifiltração. Esse método, geralmete, superestima a taxa de ifiltração, em virtude de mater uma carga hidráulica sobre a superfície do solo. A textura, a estrutura, a mieralogia, a umidade iicial e o maejo da camada superficial são as pricipais causas da variabilidade da ifiltração em fução do solo. Especificamete sobre o maejo da camada superficial, sistemas com meor revolvimeto e que matém uma cobertura morta, como o sistema platio direto, geralmete, apresetam maiores taxas de ifiltração de água, pois evitam o selameto superfical decorrete do impacto das gotas de chuva (Derpsch et al., 1991). Como os atributos físicos e a água o solo apresetam uma diâmica diferete o sistema platio direto, as iformações obtidas em sistemas de maejo do solo com revolvimeto ão podem ser aplicadas diretamete o sistema platio direto. Além disso, é ecessário se cohecer o comportameto desses sistemas ao logo do tempo, uma vez que iformações potuais em sempre podem caracterizar corretamete sua diâmica, sobretudo quado se cohecidas (Clemmes, 1983). O presete trabalho objetivou caracterizar a de ifiltração de água de um Latossolo Roxo muito argiloso em dois sistemas de maejo, avaliado as equações de Horto e Kostiakov- Lewis para a estimativa da taxa de ifiltração básica. 4 MATERIAL E MÉTODOS

4 Urchei e Fietz 4 melhor estimativa da taxa de ifiltração básica. Em decorrêcia das dificuldades operacioais para sua medição e da variabilidade ierete ao processo, várias equações têm sido propostas para estimativa e represetação matemática da ifiltração, sedo a de Philip, Gree-Ampt, Kostiakov, Soil Coservatio Service, Horto e Collis-George as mais Os testes de ifiltração foram realizados um Latossolo Roxo epieutrófico muito argiloso (Quadro 1), localizado a área experimetal da Embrapa Agropecuária Oeste, em Dourados, MS, com de latitude sul, de logitude oeste e 452m de altitude média, os sistemas de maejo preparo covecioal (PC) e platio direto (PD). Quadro 1. Valores médios de algus atributos físicos de um Latossolo Roxo (LR) de Dourados, MS, as camadas 0-0,15 e 0,15-0,30m, o sistema preparo covecioal (PC) e platio direto (PD). Sistema Camada (m) Areia Silte Argila Desidade do solo Desidade de partículas % g/cm PC 0-0,15 17,84 b* 23,44 a 58,72 b 1,40 a* 2,86 a PD 18,96 a 19,96 b 61,08 a 1,39 a 2,87 a PC 0,15-0,30 17,12 b 21,88 a 61,00 b 1,37 a 2,92 a PD 18,20 a 19,24 b 62,56 a 1,34 a 2,88 a *Médias seguidas de mesma letra, em cada colua, ão diferem etre si (Tukey, 5%). No sistema de maejo PC a área foi preparada com gradagem pesada + iveladora, cultivada com a sucessão trigo/soja, equato o PD a sucessão utilizada foi milho/aveia/soja, desde Em cada um dos sistemas realizaram-se 25 testes de ifiltração pelo método do ifiltrômetro de duplo cilidro (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, 1979). Os cilidros possuíam para mater uma lâmia de água costate, em toro de 0,05m acima de ível do solo. As taxas de ifiltração foram determiadas os tempos de 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240 e 270 miutos. No sistema PC os testes realizaram-se os meses de agosto e setembro de 1994, equato o sistema PD os mesmos ocorreram em abril de Para a avaliação da variabilidade dos dados, utilizouse a aálise descritiva, equato as médias foram comparadas pelo teste Tukey (5%), segudo delieameto iteiramete casualizado, com 25 repetições. Visado a padroização dos resultados, além de procurar valores mais represetativos, adotou-se o critério de se cosiderar como taxa de possuíam diâmetro de 0,195 e 0,395m, com 0,22m de altura. A determiação das taxas de ifiltração de água foi feita com um taque reservatório apresetado visor lateral e sistema de bóia regularizadora da carga hidráulica o iterior do cilidro meor (Camargo et al., 1986). Para o desevolvimeto dos testes, os cilidros foram cravados o solo até 0,10m de profudidade, sedo o equipameto regulado EF i1 i1 / ( Oi O) / ( Oi Pi ) ( Oi O) (5) ode O i e P i represetam, respectivamete, os valores observados e estimados, o úmero de observações e O a média aritmética das observações. Na situação ideal em que os valores estimados pelo modelo são exatamete iguais aos valores observados, teríamos CMR = 0 e CA = EF = 1. i1

5 5 Ifiltração de água... ifiltração básica a média aritmética dos valores após 120 miutos, uma vez que em todas as repetições a estabilização ocorreu ates desse tempo. A estimativa da taxa de ifiltração básica foi feita pelas equações de Horto e Kostiakov-Lewis, através, respectivamete, das expressões (1) e (2): i = aexp(-bt) + k o (1) i = at + k o (2) ode i = taxa de ifiltração istatâea (mm h -1 ); T = tempo de ifiltração (h); a, b e são costates que depedem do solo e k o a taxa de ifiltração básica estimada (mm h -1 ). Os parâmetros empíricos foram estimados, miimizado-se a soma dos quadrados dos desvios em relação aos valores observados. A qualidade do ajuste das equações foi avaliada através de regressões lieares etre valores estimados e observados, jutamete com os respectivos coeficietes de correlação e pelos seguites ídices estatísticos: coeficiete de massa residual (CMR), coeficiete de ajuste (CA) e eficiêcia (EF), coforme Zacharias et al. (1996): CMR O P O (3) CA i i1 i1 2 ( i O) / i1 i1 i i1 2 O ( P O) (4) globalmete, as taxas de ifiltração obtidas pelos ifiltrômetros de duplo cilidro foram muitas vezes superiores àquelas estimadas pelo simulador de chuva, sugerido cautela a utilização desses resultados. De acordo com o critério de Warrick & Nielse (1980), os valores da taxa e ifiltração básica apresetaram alta variabilidade os i i 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os dados de taxa de ifiltração básica (Quadro 2) ajustaram-se à distribuição ormal os sistemas preparo covecioal (PC) e platio direto (PD), apresetado valores de máxima divergêcia do teste de Kolmogorov-Smirov iferiores ao ível crítico (Quadro 3). Araújo Filho & Ribeiro (1996) também ecotra- ram distribuição ormal para os valores da taxa de ifiltração básica em cambissolos argilosos e muito argilosos do baixio de Irecê (BA). No etato, algus trabalhos têm ecotrado distribuição logormal para dados de taxa de ifiltração básica (Wilso & Luxmoore, 1988), o que sugere a ecessidade de se cohecer o tipo de distribuição desse atributo para uma adequada e correta aálise de variâcia. A aálise dos dados evideciou valores ão sigificativos de F etre os dois sistemas de maejo, ão ocorredo difereça etre as médias de 92,2 e 92,8mm h -1, respectivamete, para os sistemas PC e PD, valores cosiderados muito altos (Berardo, 1989). Derpsch et al. (1991), estudado o efeito de diferetes métodos de preparo os atributos físicos de um latossolo roxo, verificaram que quado a taxa de ifiltração foi estimada por ifiltrômetros de duplo cilidro, os maiores valores ocorreram o sistema PC e os meores o PD. Cotrariamete, quado a ifiltração era avaliada por simulador de chuva, os resultados eram opostos, ficado o PD com as maiores taxas e o PC com as meores. Etretato, deve-se destacar que, dois dois sistemas de maejo (CV52%), com coeficietes de variação de 78,6 e 83,5% para os sistemas PC e PD, respectivamete (Quadro 2). No sistema PC a amplitude total de variação foi de 248mm h -1, sedo de 315mm h -1 o sistema PD (Quadro 3). Quadro 2. Taxas de ifiltração básica (mm h -1 ) de um latossolo roxo muito argiloso, os sistemas de maejo preparo covecioal e platio direto. Dourados, MS, 2000.

6 Urchei e Fietz 6 Repetições Sistema de maejo Preparo covecioal Platio direto mm h Média 92,2 92,8

7 7 Ifiltração de água... Quadro 3. Estatística descritiva dos valores de taxa de ifiltração básica (mm h -1 ) de um latossolo roxo muito argiloso, os sistemas de maejo preparo covecioal (PC) e platio direto (PD). Dourados, MS, Sistema de maejo Média Mediaa CV ** Míimo Máximo Iferior Quartil Superior Assimetria Curtose D *** PC 92,2a * 54,0 78,6 13,0 261,0 35,0 139,0 0,90-0,18 0,22 PD 92,8a 68,0 83,5 13,0 328,0 36,0 107,0 1,62 2,60 0,21 * Médias seguidas de mesma letra ão diferem etre si (Tukey, 5%). ** Coeficiete de variação (%). *** Valores de máxima divergêcia do teste de Kolmogorov-Smirov para distribuição ormal. O ível crítico em 5% de sigificâcia é 0,26.

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9 7 Ifiltração de água... -a- -b- Preparo covecioal - Horto Platio direto - Horto 160 Valores estimados (H) H = 23, ,1234*O r = 0,895 Valores estimados (H) H = 2, ,2367*O r = 0,905 Valores observados (O) Valores observados (O) -c- -d- Preparo covecioal - Kostiakov Platio direto - Kostiakov Valores estimados (H) K = 8, ,077*O r = 0,965 Valores estimados (H) K = 8, ,0346*O r = 0,974 Valores observados (O) Valores observados (O) Figura 1. Gráficos das regressões etre valores de taxa de ifiltração básica medidos e estimados pelas equações de Horto e Kostiakov-Lewis em dois sistemas de maejo. Em virtude da grade variabilidade e das limitações do método dos ifiltrômetros, a adoção de um valor médio da taxa de ifiltração básica para o dimesioameto de projetos de irrigação e de dreagem deve ser feita criteriosamete, pois o mesmo pode ão represetar a codição efetiva da dual (CMR), verifica-se que tato a equação de Horto como a de Kostiakov-Lewis superestimaram a taxa de ifiltração básica, os dois sistemas de maejo, comportameto idicado pelos valores egativos do ídice CMR (Quadro 4). Este ídice estatístico também

10 Urchei e Fietz 8 área, o que poderá implicar em distorções a cocepção e operação do projeto, levado a problemas de atureza técica, ecoômica e ambietal. As equações de Horto e Kostiakov-Lewis apresetaram boa estimativa para a taxa de ifiltração básica os dois sistemas de maejo, o que pode ser verificado pelos altos coeficietes de correlação das regressões etre os valores estimados e observados (Figura 1). Cotudo, a equação que melhor estimou a taxa de ifiltração básica foi a de Kostiakov-Lewis, ode os coeficietes de correlação foram de 0,965 o preparo covecioal (PC) e 0,974 o platio direto (PD). Aalisado-se o coeficiete de massa resicilidro. Araújo Filho & Ribeiro (1996) cocluíram que as equações de Philip, Kostiakov e do Soil Coservatio Service apresetaram ajuste similar, quado comparadas aos dados obtidos por meio do ifiltrômetro de duplo cofirma o melhor ajuste da equação de Kostiakov-Lewis, com desvios egativos mais próximos de zero. O coeficiete de ajuste (CA) e eficiêcia (EF) foram também maiores a equação Kostiakov-Lewis, os sistemas PC e PD. Os valores desses ídices mais próximos da uidade ratificam esta equação como mais adequada para estimar a taxa de ifiltração básica o latossolo roxo estudado. Clemmes (1983), comparado diferetes equações, também verificou que a de Kostiakov, jutamete com a do Soil Coservatio Service, tiveram melhor ajuste a estimativa da ifiltração acumulada obtida a partir do método do ifiltrômetro com um cilidro. Neste trabalho, as equações de Horto e Kostiakov-Lewis ão apresetaram difereças a estimativa da taxa de ifiltração básica etre os sistemas de maejo. Quadro 4. Ídices estatísticos obtidos da estimativa da taxa de ifiltração básica (equações de Horto e Kostiakov-Lewis) comparada com valores medidos pelo método do ifiltrômetro de duplo cilidro, em dois sistemas de maejo. Sistema de maejo Equação Ídices estatísticos CMR CA EF Horto -0,428 0,516 0,315 Preparo covecioal Kostiakov-Lewis -0,171 0,771 0,858 Platio direto Horto -0,278 0,466 0,334 Kostiakov-Lewis -0,123 0,869 0,918 6 CONCLUSÕES 1. As taxas médias de ifiltração básica do Latossolo Roxo estudado foram de 92,2 e 92,8mm h -1, para os sistemas preparo covecioal (PC) e platio direto (PD), respectivamete, cosideradas muito altas. Esses valores apresetaram alta variabilidade, com coeficietes de variação de 78,6% para o PC e 83,5% para o PD. 2. Apesar de as equações de Horto e Kostiakov-Lewis apresetarem bom ajuste, os BERNARDO, S. Maual de irrigação. 5.ed. Viçosa: Uiversidade Federal de Viçosa- Impresa Uiversitária, p. CAMARGO, O.A. et al. Métodos de aálise química, mieralógica e física de solos do Istituto Agroômico de Campias. Bol. Téc. Ist. Agro. (Campias),.106, p.1-94, CLEMMENS, A.J. Ifiltratio equatios for border irrigatio models. I: NATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN INFILTRATION, 1983, Chicago.

11 9 Ifiltração de água... ídices estatísticos evideciaram que a equação de Kostiakov-Lewis é mais adequada para a estima tiva da taxa de ifiltração básica o Latossolo Roxo estudado. 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAÚJO FILHO, J.C.; RIBEIRO, M.R. Ifiltração da água em cambissolos do Baixio de Irecê (BA). Rev. Bras. Ciêc. Solo, Campias, v.20, p , GERMANN, P.F. Slug approach to ifiltratio ito soil with macropores. I: NATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN INFILTRATION, 1983, Chicago. Proceedigs... St. Joseph: America Society of Agricultural Egieers, p LIBARDI, P. Diâmica da água o solo. Piracicaba: Ed. do Autor, p. REICHARDT, K. A água em sistemas agrícolas. São Paulo: Maole, p. WARRICK, A.W.; NIELSEN, D.R. Spatial variability of soil physical properties i the field. Proceedi gs... St.Joseph: America Society of Agricultural Egieers, p DERPSCH, R. et al. Cotrole da erosão o Paraá, Brasil: sistemas de cobertura do solo, platio direto e preparo coservacioista do solo. Eschbor: GTZ; Lodria: IAPAR, p. (GTZ. Soderpublikatio, 245). EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA. Serviço Nacioal de Levatameto e Coservação de Solos. Maual de métodos de aálise de solo. Rio de Jaeiro, Não pagiado. I: HILLEL, D. Applicatios of soil physics. New York: Academic Press, cap.3, p WILSON,G.V.; LUXMOORE, R. J. Ifiltratio, macroporosity, ad mesoporosity distributios o two forested watersheds. Soil Sci. Am., v.52, p , ZACHARIAS, S. et al. Robust quatitative techiques for validatig pesticide trasport models. Tras. ASAE (Am. Soc. Agric. Eg.), St. Joseph, v. 39, p , 1996.