II SIMPÓSIO DE CIÊNCIA DO SOLO: interfaces, desafios e inovações. Impacto das operações mecanizadas na compactação do solo: prevenção e recuperação

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1 II SIMPÓSIO DE CIÊNCIA DO SOLO: interfaces, desafios e inovações 10/05/ h30min Impacto das operações mecanizadas na compactação do solo: prevenção e recuperação Moacir de Souza Dias Junior, Ph.D Professor Titular Departamento de Ciência do Solo Universidade Federal de Lavras msouzadj@dcs.ufla.br

2 Introdução O problema da degradação dos solos não ocorre só no Brasil. Estima-se que o total de solos degradados no mundo é de 2 bilhões de hectares (área do tamanho dos Estados Unidos e Canadá juntos). O avanço da catástrofe é de 20 milhões de hectares por ano. (

3 Introdução 33% dos solos do mundo estão degradados. Na América Latina 50% dos solos (FAO, 2015). Principais problemas: Erosão, salinização, compactação, acidificação, contaminação, poluição, perda de carbono orgânico e desequilíbrio de nutrientes (FAO, 2015). Compactação 80% devido ao manejo inadequado 16% pisoteio animal (Oldeman, 1992). Recuperação natural???? anos compactação superficial (Dickerson, 1976; Jakolbsen, 1991) anos compactação profunda (Greacen & Sands, 1991).

4 Área do Brasil = ,049 km 2 (IBGE, 2015). 32,51% agricultável = km 2 (

5 Introdução - Brasil Até a década de 60 o setor florestal era pouco expressivo na economia brasileira e caracterizava-se por ser uma exploração predatória dos recursos florestais (Valverde, 1995). A partir da década de 90, a colheita florestal passou a ser tecnologicamente avançada. Importação de maquinários da Europa e Estados Unidos. Feller Bunchers, os Harvesters, os Skidders e Forwarders (Malinovski et al., 2002; Fernandes & Souza, 2003; Altoé, 2008).

6 Introdução - Brasil Feller Büncher Harvester kg 59 kpa kg 47,7 kpa Skidder Forwarder kg 61,86 kpa kg 92 a 152 kpa O uso destes equipamentos podem promover degradação da estrutura do solo, devido ao aumento da frequencia do tráfego causando compactação do solo (Dias Junior et al., 2007).

7 Solo não compactado Ar Água Sólidos Compactação do solo redução de volume expulsão de ar dos poros do solo. Ar Água Sólidos Adensamento redução de volume expulsão de água dos poros do solo. Água Sólidos Manejo inadequado.

8 Pressões estáticas aplicadas na superfície do solo Trator de pneus: kpa Trator de esteiras: kpa Skidder de esteiras: kpa Skidder de pneus: kpa Forwarder: 85 - > 125 kpa (Allmaras et al., 1988; Seixas, 1999). Implementos de preparo: 100 kpa (Hillel, 1982) Subsolador: 550 kpa (Hillel, 1982) Pisoteio Humano: 190 kpa (Lull, 1959) Gado: 330 kpa (Lull, 1959)

9 Pressões dinâmicas aplicadas na superfície do solo Clambunk Pressão estática = 60 kpa (manual do fabricante) Declive: 0-10 Carga: 30 árvores Eixo frontal s m = 275 kpa 5 vezes Eixo traseiro s m = 460 kpa 8 vezes Declive: 0-10 Carga: 95 árvores Eixo dianteiro s m = 399 kpa 7 vezes Eixo traseiro s m = kpa 19 vezes (Araujo Junior& Dias Junior, 2010)

10 A compactação do solo pode ocorrer na área toda

11 Compactação em lugares específicos Foto: S.R. Silva

12 Compactação em lugares específicos Foto: S.R. Silva

13 A compactação do solo tem sido identificada como o principal processo causador da degradação física do solo (Canillas & Salokhe, 2002, Horn et al., 2003). Redução da produtividade Portanto, é importante destacar as propriedades físicas usadas para identificar a compactação dos solos

14 Propriedades físicas usadas para identificar a compactação do solo Densidade do solo e resistência mecânica (Glab & Kuling, 2008; Severiano et al., 2008). Porosidade total, tamanho e continuidade de poros (Servadio et al., 2001; Glab & Kuling, 2008). Infiltração e redistribuição de água (Ishaq et al., 2001). Condutividade hidráulica (Silva et al., 2006). Pressão de pré-consolidação (Silva et al., 2007; Dias Junior et al., 2007; Araujo Junior et al., 2008).

15 Aumenta a densidade do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al., 2001). Projeto Ds antes Fe+S Fe+S H+F M+F F+C M+M Área do tráfego Proc. Mg m -3 Estação Seca (aumento %) Buriti 1, Dourado 0, Média - 5% - - S. Leonardo 1, Estação Chuvosa (aumento %) Imbaúbas 1, Água Suja 1, Cajá Ba. 1, Fe+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; Fe + S 66 = Feller Büncher e Skidder Média 18% pneus largos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F = Manual e Forwarder; F+C = Feller Büncher e Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de Processamento.

16 Reduz a porosidade total (Servadio et al., 2001). Projeto PT antes Fe+S Fe+S H+F M+F F+C M+M Área tráfego Proc. (%) Estação Seca (redução %) Buriti Média - 4% - - Dourado S. Leonardo Estação Chuvosa (redução %) Imbaúbas Água Suja Cajá Fe+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; Fe + S 66 = Feller Büncher e Skidder pneus largos; H+F = Harvester e Forwarder; Média M+F 16% = Manual e Forwarder; F+C = Feller Büncher e Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de Processamento.

17 V (m 3 m -3 ) Reduz a porosidade total e a macroporosidade 0,67 0,60 0,30 0,37 0,39 0,21 30% 5% 11 % Valmet 785 (Gontijo, 2007)

18 R P (MPa) Aumenta a resistência mecânica do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al.,2001) MPa Buriti S.Leonardo Grota Sem Tráfego Tráfego Limite para o desenvolvimento do sistema radicular

19 Reduz a aeração do solo (Gysi, 2001).

20 Aumenta a energia necessária para o preparo (Stone, 1987). Foto: S. Fonseca

21 Altera a estrutura do solo e o lugar onde as raízes desenvolvem Sem tráfego Tráfego Tráfego Foto: F.P. Leite

22 Reduz a infiltração de água (Defossez & Richard, 2002). Projeto TI antes F+S H+F M+F tráfego (mm/hr) % de redução Buriti Dourado S. Leonardo Imbaúbas Aeroporto F+S = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F = Manual e Forwarder. Fonte: F.P. Leite

23 Reduz a drenagem interna e a redistribuição da água (Hillel, 1982). Reduz a água disponível (Ishaq et al., 2001). Sucção, kpa AD Latossolo Não compactado Compactado Umidade, kg kg -1

24 Aumenta o escorrimento superficial (Defossez & Richard, 2002); e o risco de erosão (Dias Junior, 2000). Foto: F.P. Leite

25 Foto: J.M. Lima

26 Restringe a penetração de raízes devido a pressão de crescimento das raízes ser insuficiente para vencer a resistência mecânica do solo (Veen, 1982). GC = 95% GC = 95% GC = 95% Dose = 0 mg dm -3 Dose = 0 mg dm -3 Dose = 0 mg dm -3 Foto: S. Fonseca -3 - GC = 65% GC = 72% GC = 65% Foto: N. Curi

27 O preparo de solos compactados resulta em aumento de energia e dos custos

28 PREVENIR a compactação do solo é importante

29 A prevenção da compactação do solo Modelagem da Capacidade de Suporte de Carga do Solo Ensaio de Compressão Uniaxial

30 Metodologia para obtenção dos Modelos de Capacidade de Suporte de Carga (pressão de pré-consolidação em função da umidade)

31 Ensaio de Compressão Uniaxial Amostras indeformadas coletadas em anéis de 6,4 cm de diâmetro e 2,54 cm de altura usando o amostrador de Uhland Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires

32 Amostragem Ensaio de compressão uniaxial

33 Ensaio de Compressão Uniaxial Modelos de Capacidade de Suporte de Carga As amostras indeformadas devem ser inicialmente saturadas em uma bandeja com água até 2/3 da altura da amostra por 24 h e secas ao ar no laboratório até uma determinada umidade volumétrica ou equilibradas a uma determinada sucção e então usadas no ensaio de compressão uniaxial Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires Fotos: P. S. M. Pais

34 Avaliação dos impactos das operações mecanizadas Os ensaios de compressão uniaxial realizados com amostras indeformadas coletadas com umidades nas quais as operações mecanizadas foram realizadas.

35 Ensaio de Compressão Uniaxial Consolidômetro (Boart Longyear) Amostras indeformadas Pressões aplicadas: 25, 50, 100, 200, 400, 800 e kpa Amostras parcialmente saturadas Aplicação de cada pressão: até que 90% da deformação máxima seja alcançada (Taylor, 1948)

36 Curva de compressão do solo Densidade do Solo Curva de Compressão Secundária Deformações Elásticas s p Curva de Compressão Virgem Deformações Plásticas Log Pressão Aplicada

37 Curvas de compressão do solo para diferentes umidades Densidade do Solo, Mg m Curva de compressão Secundária U, kg kg s p Curva de compressão virgem Pressão, kpa

38 Modelo de Capacidade de Suporte de Carga s p = 10 (2,87-3,96 ) R 2 = 0.94** s p (kpa) ,0 0,1 0,2 0,3 (m 3 m -3 )

39 Possibilidades de usos dos modelos capacidade de suporte de carga do solo

40 Determinar a pressão máxima a ser aplicada ao solo para evitar que a compactação ocorra s p = 10 (2,87-3,96 ) R 2 = 0.94** Modelo de Capacidade de Suporte de Carga s p (kpa) 400 s p = 300 kpa s p = 120 kpa ɵ = 0,14 m 3 m -3 0,0 0,1 0,2 0,3 (m 3 m -3 )

41 Identificar a classe de solo mais resistente ou mais suscetível à compactação (m 3 m -3 ) LV: 10-12,5 cm - MG LVA: 10-12,5 cm: MG PA: 5-10,0 cm: BA Classe de solo mais suscetível à compactação: PA - BA s p (kpa) Classe de solo mais resistente à compactação: LV MG ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

42 Identificar o horizonte mais restritivo ao desenvolvimento do sistema radicular s p = 10 ( ) R 2 = 0.91** 600 sp = 10 ( ) R 2 = 0.80** s p (kpa) PA Horiz. A Horiz. B Horizonte B Mais restritivo ao desenvolvimento do sistema radicular 0 0,0 0,1 0,2 0,3 U (m (kg 3 mkg -3 ) -1 )

43 Apesar do desenvolvimento desta teoria ainda existiam muitas perguntas sobre o processo de compactação do solo

44 Perguntas... 1) As operações mecanizadas causam ou não compactação do solo? 2) O número de passadas influencia na compactação do solo? 3) Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior compactação do solo? 4) O resíduo florestal influencia na compactação do solo? 5) Como identificar a classe de solo mais suscetível à compactação? 6) Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? 7) Como saber se existe recuperação natural da estrutura do solo?

45 As operações mecanizadas causam ou não compactação? Capacidade de Suporte de Carga Intervalo de Confiança 95% Critérios (Dias Junior et al., 2005) s p (kpa) ) 1) 1) 2) Região onde já ocorreu a compactação do solo Região onde existe tendência em ocorrer a compactação do solo 100 3) 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 U (kg kg -1 ) (m 3 m -3 ) 3) Região onde não há compactação do solo

46 O número de passadas influencia na compactação do solo? Autocarregável Modelo de Capacidade de Suporte de Carga Intervalo de Confiança 95% Autocarregável 3 passadas (n = 5) Pressão de Preconsolidação (kpa) Estação Chuvosa 2008 Colheita com Harvester Resíduo casca e galho Compactado: 0% 100 LV 0-3 cm 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Umidade Volumétrica (m 3 m -3 )

47 O número de passadas influencia na compactação do solo? Autocarregável Modelo de Capacidade de Suporte de Carga Intervalo de Confiança 95% Autocarregável 7 passadas (n = 5) Pressão de Preconsolidação (kpa) Estação Chuvosa 2008 Colheita com Harvester Resíduo casca e galho Compactado: 80% 100 LV 0-3 cm 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Umidade Volumétrica (m 3 m -3 )

48 Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior compactação do solo? Feller Büncher Skidder Harvester Forwarder

49 Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior compactação do solo? LVA 10-12,5 cm Seca Estação Chuvosa (%) Feller e Skidder Harvester e Forwarder Feller Büncher (modelo 2618 com esteira) e Skidder (modelo 460 com pneus 30.5L.32), 2 Harvester (modelo 1270 com pneus 700x26.5) e Forwarder (modelo 1710 com pneus (750x26.5).

50 O resíduo florestal influencia na compactação do solo? Sem resíduos 2 passadas Forwarder 8 passadas Forwarder Foto: A.R. Silva

51 O resíduo florestal influencia na compactação do solo? Galhada Galhada (G) Foto: A.R. Silva

52 O resíduo florestal influencia na compactação do solo? Galhada e Casca Foto: A.R. Silva

53 O resíduo florestal influencia na compactação do solo? Latossolo Vermelho Condições de disposição de resíduos Camada cm Calhada e casca Galhada Solo sem resíduo % de amostras compactadas 2 passadas de um Forwarder de pneus passadas de um Forwarder de pneus (Silva, 2006)

54 Como identificar a classe de solo mais suscetível à compactação? Classe de solo Feller Buncher Skidder Garra Traçadora PVA LVA 90% 80% 80% 30% 50% 60% O PVA sofreu maior compactação do que o LVA PVA s p = e (5,42-2,59 ) R 2 = 0,93** n = 15 Dsi = 1,48 Mg m -3 LVA s p = e (6,66-8,01 ) R 2 = 0,94** (n = 15) Dsi = 1,52 Mg m -3 Feller Buncher Feller Buncher Pressão de Pré-consolidação (kpa) cm 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Skidder Garra Traçadora Umidade Volumétrica (m 3 m -3 )

55 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Feller Pressão de Preconsolidação (kpa) smodelo p = 10 ( Capacidade 3,04-5,54 U ) Suporte R 2 = Carga 0,91** Intervalo de confiança 95% Feller 1996 Argissolo Amarelo Horiz. A 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (m 3 (kg m -3 ) kg -1 ) Compactado: 11%

56 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Feller Pressão de Preconsolidação (kpa) s p = 10 ( 2,99-3,44 U ) R 2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Feller 1996 Argissolo Amarelo Horiz. B 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (kg kg -1 ) Compactado: 0%

57 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Pressão de Preconsolidação (kpa) Modelo s p = 10 Capacidade ( 3,04-5,54 Suporte U ) R 2 Carga = 0,91** Intervalo de confiança 95% Processador 1996 Argissolo Amarelo Horiz. A Compactado: 44% 0 0,0 0,1 0,2 0,3 Processador (m 3 m -3 ) Umidade (kg kg -1 )

58 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Processador Pressão de Preconsolidação (kpa) s p = 10 ( 2,99-3,44 U ) R 2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Processador 1996 Argissolo Amarelo Horiz. B 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (kg kg -1 ) Compactado: 0%

59 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Forwarder Pressão de Preconsolidação (kpa) smodelo p = 10 ( Capacidade 3,04-5,54 U ) Suporte R 2 = 0,91** Carga Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Argissolo Amarelo Horiz. A 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (m 3 (kg m -3 kg ) -1 ) Compactado: 63%

60 Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo? Forwarder Pressão de Preconsolidação (kpa) s p = 10 ( 2,99-3,44 U ) R 2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Argissolo Amarelo Horiz. B 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (kg kg -1 ) Compactado: 4%

61 A operação crítica da colheita do eucalipto FORWARDER Medir as pressões de pré-consolidação durante um ciclo do eucalipto Recuperação natural da estrutura do solo

62 Recuperação natural da estrutura do solo Ciclos de secagem e umedecimento Incorporação de matéria orgânica Atividades biológicas - Macrofauna: > 2 mm - Mesofauna: mm - Microfauna: < 0.2 mm Recuperação natural???? anos compactação superficial anos compactação profunda F. Moreira, 2009

63 Como saber se existe recuperação natural da estrutura do solo? Forwarder Pressão de Preconsolidação (kpa) smodelo p = 10 (2,88 Capacidade - 3,95 U) RSuporte 2 = 0,86** Carga (n = 76) Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Forwarder 1998 Forwarder 2000 Forwarder 2002 Forwarder 2004 b c a Argissolo Amarelo Horiz. A % 22% 11% 4% 7% 37% 74% 85% 92% 93% 0% 4% 4% 4% 0% 0,0 0,1 0,2 0,3 a b c Compactado Umidade (m 3 (kg m -3 kg ) -1 )

64 Como saber se existe recuperação natural da estrutura do solo? Forwarder Pressão de Preconsolidação (kpa) smodelo p = 10 (2,88 Capacidade - 3,95 U) Suporte R 2 = 0,86** Carga (n = 76) Intervalo de confiança 95% Forwarder Após a colheita Forwarder Antes da colheita Forwarder Após a colheita b c a Argissolo Amarelo Horiz. A Após colheita Antes colheita Após colheita a b c 63% 37% 0% 0,0 0,1 0,2 0,3 Umidade (m 3 m(kg -3 ) kg -1 ) 7% 93% 0% 67% 33% 0% Compactado

65 Mapas de isolinhas Finalidade de estimar: A capacidade de suporte de carga (logística de operações) A suscetibilidade à compactação Resistência ao preparo (Gontijo, 2007)

66 Considerações Finais A pressão de pré-consolidação deve ser a máxima pressão a ser aplicada ao solo para que a degradação de sua estrutura seja evitada. Os modelos de capacidade de suporte de carga predizem a máxima pressão que o solo pode suportar sem sofrer compactação e, portanto, degradação da estrutura do solo em função da pressão de pré-consolidação e da umidade. Espera-se que em estudos futuros de degradação da estrutura do solo, os modelos de capacidade de suporte de carga possam ser utilizados como uma ferramenta preventiva da compactação do solo.

67 Muito obrigado!