Variabilidade espacial da macroporosidade do solo em área irrigada, antes do preparo e após colheita, sob dois sistemas de preparo

Transcrição

1 Acta Scentarum 20(3): , ISSN Varabldade espacal da macroporosdade do solo em área rrgada, antes do preparo e após colheta, sob dos sstemas de preparo José de Deus Vana da ta 1 *, Antôno Carlos Andrade Gonçalves 1 e Sdney Rosa Vera 2 1 Departamento de Agronoma, Unversdade Estadual de rngá, Av. Colombo, 5790, , rngá-paraná, Brazl. 2 Insttuto Agronômco de Campnas, C.P. 28, , Campnas-São Paulo, Brazl. *Author for correspondence. RESUMO. No segundo semestre de 1995, no Centro Técnco de Irrgação da UEM, em rngá (PR), foram estudadas as modfcações ocorrdas na macroporosdade entre amostragens coletadas antes do preparo do solo e após a colheta da cultura de fejão, em área rrgada por pvô-central. Duas parcelas foram submetdas à aração e à escarfcação. Constatou-se tendênca de redução dos valores da macroporosdade ao longo do tempo, para a parcela sob aração, assocada a um aumento do valor médo da densdade do solo. O contráro ocorreu na parcela sob escarfcação, uma vez que esse tratamento deu orgem a um aumento de 83 do valor médo da macroporosdade, o que promoveu melhor aeração, melhores condções de desenvolvmento radcular e, sobretudo, melhores condções de nfltração de água no perfl. A estrutura de dependênca espacal, ncalmente, gual para as duas parcelas, não fo alterada pelos dos sstemas de preparo, exceto pelo fato de que a escarfcação promoveu aumento do efeto pepta em relação ao patamar do semvarograma. A varação em pequenas dstâncas promovda por este sstema de preparo está assocada a esse fato. Palavras-chave: geoestatístca, rrgação, macroporosdade, preparo do solo, varabldade espacal. ABSTRACT. Spatal varablty of sol macroporosty n rrgated area before sol preparaton and after crop harvest usng conventonal tllage and chselng. In the second semester of 1995, at the Techncal Center of Irrgaton of Unversdade Estadual de rngá, n rngá, State of Paraná, Brazl, macroporosty changes between samples collected before sol preparaton and after bean crop harvest n two central-pvot-system rrgated plots, one submtted to conventonal tllage and the other to chsel plow, were nvestgated. The conventonal tllage reduced the macroporosty value, but ncreased the sol densty average value n the perod studed. On the other hand, the chselng system ncreased macroporosty average to 83, whch mproved aeraton, roots development and water nfltraton condtons. The ntally smlar spatal structural dependence of both plots was not modfed, except for the fact that chsel plowng reduced the structural nuggets; of the expermental semvarograms, whose range remaned the same for both treatments. Key words: geostatstcs, rrgaton, macroporosty, sol tllage, spatal varablty. A macroporosdade e a capacdade de água dsponível são os mas mportantes aspectos da estrutura do solo (Thomasson, 1978). A macroporosdade reflete a habldade de o solo acetar e transmtr o excedente das águas de precptação e rrgação, permtndo, anda, trocas gasosas entre a rzosfera e a atmosfera. A capacdade de água dsponível é a reserva hídrca que suporta o desenvolvmento das plantas durante os períodos onde a transpração potencal excede a precptação. Thomasson (1978) enfatza que essas duas propredades são nterdependentes e podem qualfcar a estrutura de um solo. Deve-se ressaltar que valores de macroporosdade nferores a 5 denotam uma condção de pouca movmentação de gases e água no perfl do solo, conferndo, aos solos assm classfcados, uma baxa capacdade de redstrbução de água. Em área rrgada por pvô-central, o acúmulo de água na extremdade é uma lmtação, segundo Heermann e Hen (1968). O fluxo saturado de água no solo ocorre predomnantemente na porção de

2 308 Da ta et al. poros denomnada macroporosdade e, assm, meddas que possbltem o aumento desta fração de poros são altamente desejáves. Nesse sentdo, o sstema de preparo escolhdo deve levar em conta esta necessdade. É desejável, também, que esse aumento na macroporosdade se mantenha durante o cclo da cultura vsando ntensfcar a drenagem nterna do solo, uma vez que em áreas rrgadas a umdade do solo geralmente é mantda na faxa crítca para a compactação mecânca. A estatístca permte a descrção de uma propredade, sem consderar a posção espacal dos valores. Como a ação dos sstemas de preparo não é unforme em toda a área, torna-se mportante avalar também a dstrbução espacal dos valores das propredades do solo. A geoestatístca tem como base o semvarograma (Vera, 1995) e permte a descrção da dependênca espacal das propredades (Webster e Olver, 1990). Este trabalho teve como objetvo comparar a ação de dos sstemas de preparo, aração e escarfcação, sobre a macroporosdade no horzonte superfcal de uma terra roxa estruturada, em área rrgada por pvôcentral, antes e depos do cclo da cultura de fejão. teral e métodos No Centro de Trenamento em Irrgação, da UEM, em duas parcelas com dmensões de 12 x 40m de uma área com Terra Roxa Estruturada, foram retradas amostras nalteradas segundo espaçamento de 4 x 4m, na profunddade de 0,20 m. Determnou-se para cada amostra a densdade do solo e o conteúdo de água com base em volume para as tensões de saturação, 0,003 e 0,006 MPa, em mesa de tensão, e a 1,5 MPa, em câmara de Rchards. A macroporosdade fo tomada como gual à dferença entre o conteúdo de água na saturação e a 0,006 MPa. A capacdade de água dsponível fo tomada como gual ao conteúdo de água entre a macroporosdade e o conteúdo de água retdo a 1,5 MPa (Embrapa, 1979). Segundo proposta de Thomasson (1978), os valores de macroporosdade e de água dsponível foram agrupados em classes com o objetvo de se obter uma classfcação estrutural do solo, medante os tratamentos aplcados. Para a macroporosdade, a classe enquadrou valores menores que 5, a classe, valores entre 5 e 10, e a classe, valores entre 10 e 15. Quanto à capacdade de água dsponível, valores nferores a 10 consttuíram a classe, entre 10 e 15 a classe e entre 15 e 20, a classe (Thomasson, 1978). Fo realzada uma amostragem antes do preparo do solo e outra amostragem após a colheta da cultura de fejão, conduzda em toda a área rrgada pelo pvô, dentro da qual foram demarcadas as parcelas expermentas. Quanto ao preparo prmáro do solo, uma parcela fo submetda à aração com arado fxo de três dscos de 26. Na outra, fo usado um escarfcador de 7 hastes espaçadas de 0,25 m. Os dos mplementos foram regulados para moblzar o solo até 0,30 m. Os dados obtdos foram analsados e comparados entre s fazendo-se uso da estatístca descrtva e análse exploratóra. O tratamento estatístco dos dados expermentas comumente não leva em conta a possível exstênca de uma correlação espacal entre as propredades do solo ou planta. Entretanto, esta correlação espacal pode ser avalada por meo da geoestatístca. O semvarograma expermental descreve a estrutura espacal da propredade em estudo e pode ser usado para avalar o efeto de dferentes tratamentos sobre este padrão de dependênca. Também permte a estmatva de valores em locas não amostrados, por meo de krgeagem. Assm, a dependênca espacal da macroporosdade fo analsada por meo das ferramentas da geoestatístca onde o semvarograma assume papel fundamental na estmatva da dependênca espacal entre amostras, prncpalmente quando a prospecção envolve duas dreções (Slva,1988). O semvarograma é estmado por: N(h) * 1 2 γ ( h) = [ z( x ) z( x + h) ], (01) 2N(h) = 1 onde N(h) é o número de pares expermentas de dados separados pelo vetor h e z representa os valores meddos para propredades do solo ou parâmetros da cultura. O semvarograma normalmente é representado pelo gráfco de γ (h) versus h. A partr do ajuste de um modelo matemátco aos dados expermentas, são defndos os parâmetros do semvarograma, a saber: a) efeto pepta, C o, que é o valor de γ quando h = 0; b) quando h aumenta, γ(h) freqüentemente aumenta até uma dstânca a, chamada de alcance da dependênca espacal, a partr da qual γ(h) permanece aproxmadamente constante; c) o valor de γ(h) neste ponto é chamado de patamar C 2, e aproxma-se da varânca dos dados, se ela exste, e d) C 1 é calculado pela dferença entre C 2 e C o. Assm, amostras separadas por dstâncas menores do que o alcance são correlaconadas espacalmente, enquanto aquelas separadas por dstâncas maores não o são, uma vez que o semvarograma, sendo gual à varânca dos dados, mplca varação aleatóra. O alcance também defne o rao máxmo para nterpolação por krgeagem (Souza, 1992).

3 croporosdade do solo em área rrgada 309 O cálculo do semvarograma expermental, γ (h) versus h, calculado usando a equação (1), mostra uma sére de pontos dscretos de γ (h) correspondendo a cada valor de h, e para o qual uma função contínua deve ser ajustada. O ajuste de um modelo teórco ao semvarograma expermental é um dos aspectos mas mportantes das aplcações da teora das varáves regonalzadas e pode ser uma das maores fontes de ambgüdade e polêmca nessas aplcações. Todos os cálculos de geoestatístca dependem do valor do modelo do semvarograma para cada dstânca especfcada (Vera et al., 1981). Neste trabalho, todos os semvarogramas foram ajustados pelo modelo esférco, conforme a segunte equação: γ (h) = C o +C 1 [3/2 (h/a) - 1/2 (h/a) 3 ], γ (h) = C o + C 1, para 0<h < a (2) para h>a O modelo esférco é obtdo seleconando-se os valores do efeto pepta, C o, e do patamar, C o + C 1, depos passando-se uma reta que ntercepte o exo y em C o e seja tangente aos prmeros pontos próxmos de h = 0. Essa reta cruzará o patamar à dstânca a'= 2/3 a. Assm, o alcance será a = 3 a'/2. O modelo esférco é lnear até aproxmadamente 1/3 do alcance. Outra ferramenta da geoestatístca utlzada fo o escalonamento do semvarograma. Em estudos de varabldade do solo, normalmente defronta-se com um grande número de semvarogramas expermentas para serem nterpretados, na maora das vezes envolvendo dferentes propredades do solo, quase sempre avaladas em dferentes profunddades, undades de medda e com dferentes magntudes de varação. Em função dsto, torna-se dfícl, e ao mesmo tempo necessáro, agrupar os dados de manera a permtr e facltar conclusões geras sobre os mesmos (Souza, 1992). A técnca consste em reunr város semvarogramas em uma função únca, com base na segunte equação (Vera et al., 1991): * sc γ (h) γ =, (3) α onde va de 1 até o número de varáves meddas, e α é o fator de escalonamento, que neste trabalho fo adotado como o valor da respectva varânca dos dados, o que permtu que os semvarogramas expermentas se aglutnassem em uma únca função. Assm, os valores de γ sc (h) calculados para város semvarogramas devem se ajustar a uma únca função, desde que eles sejam escalonados entre s, ou seja, os processos nfluencadores dos város semvarogramas escalonados devem ser semelhantes ou estar de alguma forma assocados. Além de facltar a nterpretação de város semvarogramas, ao reun-los em um só, a técnca de escalonamento tem sdo recomendada também pelo fato de que os valores nterpolados por krgeagem com base nos modelos de semvarogramas escalonados são dêntcos àqueles nterpolados com base nos modelos ndvduas, pos os ponderadores usados na nterpolação não mudam em ambos os casos (Souza, 1992). Resultados e dscussão A Tabela 1 mostra alguns parâmetros estatístcos para a macroporosdade nas condções estudadas. O teste de Kolmogorov-Smrnov (K-S) permte consderar todas as dstrbuções como normas, em nível de 5. Verfca-se que a macroporosdade na parcela escarfcada antes do preparo de solo era 74 menor que o valor da macroporosdade na parcela arada, na mesma stuação, mostrando que as parcelas eram heterogêneas quanto aos valores médos de macroporosdade. Após a colheta, houve um ncremento de 83 da macroporosdade na parcela escarfcada e uma redução de 16 na parcela arada. As dferenças entre médas são sgnfcatvas no nível de 5 na parcela arada, na stuação antes do preparo e após colheta. Para a parcela escarfcada, as dferenças entre médas são sgnfcatvas ao nível de 1. Os dados após colheta, no entanto, apresentam altos valores da estatístca d, ndcando desvo da normaldade, o que é expresso também pelo afastamento relatvo entre méda e medana. Tabela 1. Alguns parâmetros estatístcos da varável macroporosdade do solo na parcela que recebeu aração e escarfcação amostrada antes do preparo de solo e após colheta Parâmetros Tratamentos Estatístcos Aração Escarfcação Antes do preparo Após a colheta Antes do preparo Após a colheta Méda 00,050 a 00,042 b 00,037 A 00,068 B Medana 00,050 00,035 00,036 00,059 cv, 38,9 42,9 39,4 57,6 d 00,089 00,169 00,097 00,140 d crítco a 5 = 0,200 (Campos, 1983); letras mnúsculas dferentes, sgnfcam dferenças sgnfcatvas no nível de 5; letras maúsculas dferentes, sgnfcam dferenças sgnfcatvas no nível de 1

4 310 Da ta et al. Para as duas parcelas, na stuação antes do preparo e após a colheta, os valores de macroporosdade são mostrados nas Fguras 1a e 1b, que representam os valores da macroporosdade nas parcelas expermentas, respetando o número de ordem de cada amostra no espaço, entretanto, sem georeferencá-los. croporosdade (m 3 /m 3 ) 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 (a) Número de ordem araap arapc para aração nas duas amostragens estão na Fgura 3a. Este sstema pouco atuou na profunddade de 0,20m, porém, a dferença entre médas é sgnfcatva no nível de 5. Este sstema de preparo moblza maor volume de solo. Caracterza-se também por aumentar o índce de compressbldade do solo tornando-o mas suscetível ao tráfego, o que justfca a redução dos valores de macroporosdade. A dspersão em torno da méda pratcamente não se alterou. Na parcela sob escarfcação, conforme mostrado na Fgura 3b, as mudanças foram substancas. Esse sstema de preparo promoveu aumento dos valores de macroporosdade, gerando médas dferentes no nível de 1. A dspersão dos dados aumentou. De fato, o sstema não atuou unformemente em toda a superfíce. Caracterzou-se por promover o máxmo de moblzação do solo nas lnhas defndas pela passagem das hastes, efeto que se reduzu na dreção das entre-lnhas. croporosdade (m 3 /m 3 ) 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 (b) escap escpc Número de ordem γ(h)/s 2 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 araap Esf(0,69;0,38;10) escap Fgura 1. croporosdade na aração (a), amostrada antes do preparo (araap) e amostrada após a colheta (arapc) e na escarfcação (b), amostrada antes do preparo (escap) e amostrada após a colheta (escpc) Tanto a aração como a escarfcação aumentaram o coefcente de varação. Entretanto, o preparo vertcal do solo proporconou ncremento de 46 no coefcente de varação contra apenas 4 de ncremento na parcela arada. Isso mostra que a escarfcação, que revolve parcalmente o solo, proporconou maor heterogenedade da propredade macroporosdade, comparatvamente à aração. Estes resultados coadunam com aqueles apresentados por Souza (1992), onde a escarfcação promoveu maor heterogenedade nas concentrações de fósforo e potásso no solo. Na Fgura 2, são mostrados os semvarogramas expermentas escalonados pelas varâncas amostras, para as duas parcelas, antes do preparo. Como os semvarogramas expermentas mostraram comportamento muto semelhante dos pontos dentro de um alcance que pode ser admtdo como únco, gual a 10m, optou-se por ajustar um únco modelo a ambos. Este resultado mostra claramente que, para esta propredade, as duas parcelas apresentaram estrutura de dependênca espacal semelhante antes do preparo de solo, apesar de apresentarem médas lgeramente dferentes. Os dados 0, Dstânca (m) Fgura 2. Semvarogramas escalonados pela varânca amostral para a macroporosdade amostrada antes do preparo de solo nas parcelas sob (araap) aração e sob escarfcação (escap) γ(h)/s 2 γ(h)/s 2 1,4 1,2 1,0 0,8 (a) 0,6 araap 0,4 Esf(0,69;0,38;10) arapc 0,2 Esf(0,57;0,47;10) 0, ,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 (b) Dstânca (m) 0, Dstânca (m) escap Esf(0,69;0,38;10) escpc Esf(0,62;0,3;10) Fgura 3. Semvarogramas escalonados pela varânca amostral e modelos ajustados, na parcela que recebeu aração (a) e escarfcação (b) para os valores de macroporosdade amostrados antes do preparo de solo e após a colheta

5 croporosdade do solo em área rrgada 311 A ocorrênca dos altos valores fez com que a dstrbução de freqüêncas se ajustasse melhor a lognormal, segundo o teste de K-S, no nível de 5. O padrão de valores de macroporosdade, promovdo pela escarfcação, é atrbuído à ação partcular do mplemento que, além de atenuar os efetos da carga mposta ao solo pelo trator, manteve ou ncrementou a contnudade do sstema poroso que fo suscetível ao tráfego (Culley e Larson, 1987) e que é de fundamental mportânca para o rápdo fluxo de água no perfl do solo (Beven e German, 1982). Ratfcando anda o resultado encontrado, Thomasson (1978) frsa que, quando a macroporosdade do solo está entre 0,05 e 0,10 m 3 /m 3, a contnudade do sstema poroso é tão ou mas mportante que o seu volume. Nesse sentdo, as Fguras 4, 5, 6 e 7 mostram a classfcação estrutural do solo, segundo Thomasson (1978), medante os tratamentos estudados. classe estrutural aração antes do preparo Fgura 4. Classfcação estrutural do solo em termos de Capacdade de água dsponível () e croporosdade () no tratamento que recebeu aração, na condção antes do preparo classe estrutural aração após a colheta Fgura 5. Classfcação estrutural do solo em termos de Capacdade de água dsponível () e croporosdade () no tratamento que recebeu aração, na condção após colheta classe estrutural escarfcação antes do preparo Fgura 6. Classfcação estrutural do solo em termos de Capacdade de água dsponível () e croporosdade ()no tratamento que recebeu escarfcação, na condção antes do preparo classe estrututal escarfcação após a colheta Fgura 7. Classfcação estrutural do solo em termos de Capacdade de água dsponível () e croporosdade () no tratamento que recebeu escarfcação, na condção após colheta Verfca-se que, apesar de os valores de macroporosdade e capacdade de água dsponível, em méda, denotarem uma condção estrutural do solo, o tratamento escarfcação conseguu equlbrar a condção estrutural do solo, prncpalmente, no tocante à macroporosdade. Cabe ressaltar que o efeto benéfco promovdo pelas hastes do escarfcador se manteve durante todo o cclo da cultura, já que a produtvdade na parcela que recebeu escarfcação fo maor. Na Tabela 2, são mostrados os parâmetros dos modelos esfércos ajustados aos semvarogramas expermentas, escalonados pela varânca amostral, nas quatro condções estudadas. São mostrados também a varânca amostral e o percentual do patamar referente ao efeto pepta. Tabela 2. Parâmetros dos modelos ajustados aos semvarogramas expermentas Tratamentos Stuação modelo C o (*1) C 1 (*2) C 2 (*3) (a) alcance S 2(*4) C o /C 2 (*5) Aração Antes do preparo esférco 0,69 0,38 1, , Aração Após a colheta esférco 0,57 0,47 1, , Escarfcação Antes do preparo esférco 0,69 0,38 1, , Escarfcação Após a colheta esférco 0,62 0,30 0, , (*1) - efeto pepta; (*2) - sll (C 2 - C o); (*3) - patamar; (*4) - varânca; (*5) - relação entre efeto pepta e patamar

6 312 Da ta et al. Os semvarogramas escalonados pela varânca amostral (s 2 ) permtem constatar que a macroporosdade antes do preparo apresentou estrutura de varabldade no espaço, com alcance da ordem de 10 m. A escarfcação não modfcou este alcance, atuando apenas no sentdo de promover um crescmento do efeto pepta em relação ao patamar, como decorrênca do aumento da varação da propredade em dstâncas nferores à adotada como espaçamento. Na parcela sob aração, a redução dos valores de macroporosdade fo acompanhada de crescmento da méda dos valores de densdade do solo, de 1,37 para 1,39Mg/m 3. Na parcela sob escarfcação, o aumento da macroporosdade fo acompanhada de redução da méda dos valores da densdade do solo, de 1,42 para 1,34Mg/m 3, após a colheta. A aração não alterou os valores de macroporosdade na regão amostrada e, consderando os valores médos de densdade do solo, esteve assocada a um aumento do nível de compactação. A escarfcação promoveu ncremento da ordem de 83 nos valores médos da macroporosdade, o que provavelmente se manteve no decorrer do cclo da cultura. A estrutura de dependênca espacal, ncalmente gual para as duas parcelas, não fo substancalmente alterada pelos dos sstemas de preparo, exceto pelo fato de que a escarfcação promoveu aumento do efeto pepta em relação ao patamar do semvarograma. A varação em pequenas dstâncas promovda por este sstema de preparo está assocada a este fato. A ação da escarfcação fo benéfca, na área rrgada, permtndo melhor aeração, penetração das raízes e movmento vertcal da água, o que é mportante, prncpalmente, na extremdade da área rrgada pelo pvô-central. Referêncas bblográfcas Beven, K.P.; German, P. cropores and water flow n sols. Wat. Resour. Res., 18: , Campos, H. Estatístca expermental não-paramétrca. Praccaba: Escola Superor de Agrcultura Luz de Queroz, p. Culley, J.L.B.; Larson, W.E. Susceptbly to compresson of a clay loam haplaquol. Sol Sc. Soc. Am. J., 44: , EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (Embrapa). Servço Naconal de Levantamento e Conservação de Solos. nual de métodos de análse do Solo. Ro de Janero: Heermann, D.F.; Hen, P.R. Performance characterstcs of self-propeled center-pvot sprnkler system. Trans. ASAE, 11(1):11-14, Slva, A.P. Varabldade espacal de atrbutos físcos do solo. Praccaba, (Doctoral Thess n Sol and Plant Nutrton) - Escola Superor de Agrcultura Luz de Queroz, Unversdade de São Paulo. Souza, L.S. Varabldade espacal do solo em sstemas de manejo. Porto Alegre, (Doctoral Thess n Sol Scences) - Faculdade de Agronoma, Unversdade Federal do Ro Grande do Sul. Thomasson, A.J. Towards an objectve classfcaton of sol structure. J. Sol Sc., 29:38-46, Vera, S.R; Nelsen, D.R; Bggar, J.M. Spatal varablty of feld-measured nfltraton rate. Sol Sc. Soc. Am. J., 45: , Vera, S.R.; Lombard Neto, F.; Burrows, I.T. peamento da chuva máxma provável para o Estado de São Paulo. Rev. Bras. Cênca do Solo, 15(11):93-98, Vera, S.R. Uso da geoestatístca em estudos de varabldade espacal. In: Curso de atualzação em conservação do solo. Campnas: IAC, p. Webster, R.; Olver, M.A. Statstcal methods n sol and land resource survey. Oxford: Oxford Unversty Press, p. Receved on October 21, Accepted on February 25, 1998.