Krigagem indicativa na determinação da propabalidade de ocorrência de níveis críticos de compactação do solo

Transcrição

1 Krigagem indicativa na determinação da propabalidade de ocorrência de níveis críticos de compactação do solo 1 Claudiane Otilia Paes 1, Diego Augusto de Campos Moraes 2, Joyce Reissler 3, Rodrigo Lilla Manzione 4 Geógrafa, Mestranda em Agronomia Irrigação e Drenagem, Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Engenharia Rural. Fazenda Lageado Portaria I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. claudianepaes@hotmail.com 2 Tecnológo em Informática, Doutorando em Agronomia Irrigação e Drenagem, Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Ciências do Solo. Fazenda Lageado Portaria I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. diegomoraes45@gmail.com 3 Bióloga, Mestranda em Agronomia Irrigação e Drenagem, Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu FCA/UNESP - Departamento de Engenharia Rural. Fazenda Lageado Portaria I: Rua José Barbosa de Barros, nº 1780, Botucatu/SP. joyce_reissler@hotmail.com 4 Engenheiro Agronômo, Professor Doutor, Universidade Estadual Paulista UNESP/ Campus de Ourinhos. Av. Vitalina Marcusso, Ourinhos SP, manzione@ourinhos.unesp.br Resumo: Os atributos do são complexos de serem modelados, devido á sua alta variabilidade, sendo necessário o uso de técnicas mais complexas de mapeamento. A partir disto a geoestatistica, por levar em consideração a dependência espacial entre os dados, torna-se um método eficiente na análise e predição de fenômenos ligados aos solos, como a compactação dos solos, sendo possível, com uso de métodos geoestatisticos, mapear seu comportamento espacial. A krigagem indicativa trata-se de um método de apresentação dos resultados por probabilidade, indicando as chances de determinado fenômeno estar ocorrendo na área de estudo. Assim o objetivo deste trabalho foi o mapeamento da compactação de área de influência na recarga do Sistema Aquifero Guarani, a partir de métodos geoestatisticos.neste estudo verificamos que a utilização de valores médios de compactação podem mascarar áreas com problemas de compactação. Palavras chave: Resistência à penetração, krigagem indicativa, solos agrícolas Kriging in determining the probability occurrence of critical levels of soil compaction Abstract: The attributes are complex to model, due to its high variability, it is necessary to use more complex techniques for mapping. Geostatistics becomes an efficient method for analyzing and predicting phenomena related to soils, such as soil compaction, map their spatial behavior. The kriging is a method to present the results of probability, indicating the likelihood of a particular phenomenon occurring in a study area. The aim of this study was to map the compression an influent area for the recharge of the Guarani Aquifer System. From geostatistical methods, this study showed that the use of averages can mask areas of compaction with compaction problems. Keywords: Penetration resistance, indicative kriging, agricultural soils. 1. Introdução A geoestatistica apresenta-se como uma importante ferramenta para análises ambientais. A geoestatística envolve em suas análises a predição de fenômenos espaciais ou temporais, sendo uma forma de quantificar a ocorrência de alguma variável,verificando a dependência espacial entre os dados da amostra. A grande diferença da geoestatística, em relação às outras formulações matemáticas de análise de dados é justamente a relação da variação espacial. Esse tipo de analise torna-se mais interessante já que oferece um sentido físico ao estudo e não puramente matemático. Sendo assim, não se trata apenas de análise numérica, pois leva em consideração a variação espacial dos dados buscando predizer valores, além de fornecer uma melhor representação da realidade baseado na dependência espacial entre amostras. Na análise de atributos do solo deve-se utilizar métodos que considerem a dependência espacial entre as amostras. Para Teixera et al. (2009), o fato da grande maioria das propriedades do solo III Simpósio de Geoestatística em Ciências 1

2 apresentarem dependência espacial, significa que a variável localizada em um determinado local possui uma relação com ela mesma até uma determinada distância. Desta forma as observações não podem ser consideradas independentes, e análises baseada apenas métodos que não consideram a continuidade espacial do fenômeno em estudo tornam-se inadequadas, sendo a análise geoestátistica a mais indicada. A geoestatística trata-se de uma ferramenta para subsidiar o tratamento de informações da estrutura dos solos, por permitir a descrição da distribuição espacial dos valores de seus atributos a partir da modelagem da continuidade espacial (Gonçalves et al., 2009) e ser capaz de analisar tanto a dependência espacial, através de variogramas, como interpolar atributos do solo através da krigagem (SOUZA et al., 2006). Na geoestatística, as analises são obtidas através de interpolação, sendo a krigagem, um método de interpolação que fornece em geral, estimativas não tendenciosas e com variância mínima (LANDIM, 2003), e que reúne diversos tipos de métodos de estimação. Dentre esses métodos, a krigagem indicativa, surge como um método de fácil compreensão da ocorrência do problema. Assim o objetivo deste trabalho foi avaliar os níveis de compactação do solo, em uma parcela de solo na Bacia do Ribeirão da Onça/Brotas-SP, que se situa sobre uma região de afloramento do Aquífero Guarani, através do método de krigagem indicativa. 2. Materiais e Métodos 2.1 Área de Estudo A área de estudo escolhida, trata-se de uma parcela de solo, situada na Bacia do Ribeirão da Onça, no Município de Brotas (SP), nas latitudes 22º10 e 22º15 e nas longitudes 47º55 e 48º00, correspondendo a uma área de aproximadamente ha (Figura 1). Essa parcela encontra-se ocupada por diferentes cultivos, como cana-de-açúcar, citros e eucalipto, cultivos que influenciam diretamente o comportamento dos atributos do solo. Os pontos coletados em foram de transecto, ao redor dos poços de monitoramento do nível freático, presentes na área. Figura 1. Localização da área de estudo na Bacia do Ribeirão da Onça, Brotas SP. 2.2 Krigagem Indicativa A krigagem indicativa consiste basicamente, de acordo com Landim e Sturaro (2002), na aplicação da krigagem ordinária para a variável transformada, ou seja, a variável resultante da aplicação da função não linear f(z) = 0 ou 1. Na krigagem ordinária básica, é realizada uma estimativa para determinar valores médios, em locais não amostrados, na krigagem indicativa, o processo é o mesmo, entretanto estas estimativas são baseadas em parâmetros de cortes, de um determinado nível, que vai indicar a probabilidade de um fenômeno ocorrer ou não, em um local estudado. III Simpósio de Geoestatística em Ciências 2

3 Ou seja os dados são transformados em indicadores com nível de corte ou como no caso desse estudo, nível de valor crítico, e a partir disto modela-se a probabilidade de uma variável resposta, estar dentro ou fora dos parâmetro estabelecidos, como explicado por Lima et al (2008),serão obtidos os mapas de probabilidade de ocorrência. Isto é definido pela seguinte expressão; 0 se i j( ) 1 se v v Trata-se assim de transformar os dados originais em indicadores, determinando que, os valores que estão acima de um determinado nível de corte em um (1), e os que estão abaixo em zero (0), Neste tipo de transformação, quanto mais perto de 1, maior a probabilidade de ocorrência, e quanto mais próximo de 0, menor a ocorrência, assim os maiores valores acima do nível de corte terão 100% de probabilidade de ocorrência e os maiores valores abaixo do nível de corte, 0% de probabilidade.de acordo com Landim e Sturaro (2002), o conceito da transformação indicativa é simples e amigável, visto que os variogramas indicativos são os mais fáceis de modelar e não necessitam do pressuposto de normalidade nos dados. Para este tipo de krigagem deve-se ajustar um variograma indicativo, que pode ser estimado pela função ; c c v v j j Onde; h = passo (lag) básico v C = nível de corte N = número de pares 1 i ( h, ) 2N N h i( x h, ) i( x, ) h i 1 2 Para quantificar o grau de dependência espacial foi calculado o Índice de Dependência Espacial (IDE) como proposto por Zimback (2001), sendo ou iguais a 75 %, dependência forte. 2.3 Medição da resistência à penetração Os dados de resistência do solo à penetração foram coletadas com um penetrômetro de precisão da marca FALKER, modelo Penetrolog PLG1020, os dados são obtidos por pressão em unidade de quilopascal. Os dados foram coletados em diferentes usos do solo, sendo áreas de cultivo de eucalipto rebrota, eucalipto plantio, citros e pastagem. A níveis de compactação foram definidos de acordo com KLEIN et al. (1998), que adoto 2000 kpa, como nível máximo aceitável de compactação, e foram analisados duas amostras de dados compactação média e compactação máxima, sendo assim todo valor menor que 2000 kpa foi considerado 0 e todo valor igual ou maior que 2000 kpa, foi considerado como 1. A partir dos dados coletados analisou-se compactação média, que trata-se da média de compactação registrada entre a superfície até 60 cm de profundidade, em um determinado ponto, e compactação máxima, que trata-se do valor máximo encontrado também neste intervalo de profundidade. 3. Resultados e Discussões 3.1. Análise descritiva Observa-se que a compactação média dos solos da bacia está abaixo do nível critico de 2000 Kpa adotado para este trabalho (Klein et al., 1998). Entretanto, o valor referente à compactação máxima mostra-se acima do esperado. Ao verificar os valores de máximo e mínimo percebemos como a média é generalizante para o conjunto. Isso deve-se ao fato do solo apresentar grande variabilidade. Ao analisar a dispersão dos dados, observa-se que há um alto desvio padrão que, se acrescentado a média, eleva os valores acima do valor critico adotado e a variância dos dados se apresenta bem elevada, podendo significar falta de correlação entre os dados ou falta de dados na amostra. Como trata-se de um estudo acerca de atributos do solo, deve-se levar em consideração a grande variabilidade que se encontra por natureza neste tipo de análise. 3.2 Análise espacial A analise espacial foi realizida através da variografia, gerandos os variogramas observados nas figuras 2 e 3, na tabela 1 encontram-se os valores de construção do variograma. III Simpósio de Geoestatística em Ciências 3

4 Figura 2. Variograma para modelagem indicativa da compactação média Figura 3. Variograma para modelagem indicativa da compactação máxima. Tabela 1. Parâmetros de ajuste dos variogramas Variável Modelo A (m) Co+C Co IDE (%) CM Esférico 552 0,212 0, Cmax Gaussiano ,28 0, A 0 : Valor do alcance obtido; C 0 : Efeito Pepita; C 0 +C: Patamar; IDE: Índice de Dependência Espacial. Para os dados de compactação média (CM) foi ajustado um modelo esférico. Para melhor representação da distribuição espacial dos dados, os valores de efeito pepita e patamar foram baixos, respectivamente, 0,212 e 0,017. Se levarmos em conta que os dados variam de 0 a 1, os valores se apresentaram baixos, mostrando que há pouco da amostra sem ser explicado pelo variograma e pouca influência aleatória, refletida no IDE, que demonstrou forte dependência (92%). O valor de alcance da dependência da CM foi de 552 m. Para a compactação máxima (Cmax), o modelo que melhor demonstrou a distribuição foi o gaussiano, que o alcance foi de 1560 m. Os valores de efeito pepita foi de 0,14 e o patamar de 0,28 que, apesar de serem valores baixos, o IDE foi de 50%, demonstrando uma dependência moderada. 3.3 Mapeamento das variáveis Os mapas obtidos pelo processo de interpolação por krigagem indicativa para a compactação média e máxima encontram-se nas figuras 4 e 5. III Simpósio de Geoestatística em Ciências 4

5 Figura 4. Mapeamento para compactação média (CM) Figura 5. Mapeamento para compactação máxima (Cmáx) Na figura 5, podemos observar padrões semelhantes ao de compactação média (Figura 4), sendo que no extremo norte, nordeste e sudoeste da área mapeada apresentam grande probabilidade de nível crítico de compactação. Na região noroeste, a probabilidade está abaixo do nível de corte estabelecido. A partir do mapeamento da probabilidade de ocorrência de níveis críticos de compactação máxima, percebemos que praticamente todo lado leste está sujeito a compactação crítica, sendo que a sudeste e a noroeste, há 100% de probabilidade. A porção noroeste é que apresenta menor probabilidade de compactação crítica. 4. Conclusões Os mapas demonstraram que utilizar a média na determinação do comportamento da compactação, podem mascarar níveis críticos, como verificados na comparação com os dados de compactação máxima.. O mapeamento por krigagem indicativa evidenciou áreas com probabilidade de problemas de compactação, sendo assim um método eficiente para este tipo de análise. A modelagem geoestatística representou á área de estudo, sendo uma poderosa ferramenta para análise de dados de solos agrícolas. Referências Bibliográficas GONÇALVES, A. C.; GUIMARÃES, R. M.; BLAINSKI, E. ; TORMENA, C. A.; FOLEGATTI, M. V. Distribuição espacial de umidade do solo e da produtividade da cultura de feijão em um nitossolo. In: SIMPÓSIO DE GEOESTÁTISTICA APLICADA EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS,1. Anais... Botucatu, 2009, 4 p. KLEIN, V. A.; LIBARDI, P. L.; SILVA, A. P. Resistência mecânica do solo à penetração sob diferentes condições de densidade e teor de água. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.18, n.2, p ,1998. LANDIM, P. M. B.; STURARO, J. R. Krigagem indicativa aplicada à elaboração de mapas probabilísticos de riscos. Rio Claro: Unesp, p. Disponível em: < Acesso em: 29 ago LANDIM, P.M.B. Análise estatística de dados geológicos. 2º edição. São Paulo: UNESP, p. SOUZA, Z. M.; CAMPOS, M. C. C.; CAVALCANTE, I. H. L.; MARQUES JUNIOR, J. CESARIM, L. G.; SOUZA, S. R. Dependência espacial da resistência do solo a penetração e do teor de água do solo sob cultivo continuo de cana-de-açúcar. Revista Ciência Rural, v.36, n.1, p , III Simpósio de Geoestatística em Ciências 5

6 TEIXERA, D. B.; PANOSSO, A. R.; PEREIRA, G. T.; LA SCALA Jr., N. Comparação entre métodos de interpolação na determinação de propriedades físicas de um latossolo. In: SIMPÓSIO DE GEOESTÁTISTICA APLICADA EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS,1.Anais... Botucatu, 2009, 4p. ZIMBACK, C. R. L. Análise espacial de atributos químicos de solos para fins de mapeamento da fertilidade f. Tese (Livre-Docência em Levantamento do solo e Fotopedologia) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, III Simpósio de Geoestatística em Ciências 6