DIMENSIONAMENTO DE TERRAÇOS: AVALIAÇÃO DA INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO COM DIFERENTES EQUIPAMENTOS NO SISTEMA DE PLANTIO DIRETO.

Transcrição

1 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 1 DIMENSIONAMENTO DE TERRAÇOS: AVALIAÇÃO DA INFILTRAÇÃO DE ÁGUA NO SOLO COM DIFERENTES EQUIPAMENTOS NO SISTEMA DE PLANTIO DIRETO. POTT, C. A. 1 & De MARIA, I. C. 2 ; Instituto Agronômico, Caixa postal 28, CEP , Campinas, SP. 1 Estudante de Mestrado, bolsista da Fapesp, pott@barao.iac.br 2 Pesquisadora Científica, bolsista do CNPq, icdmaria@iac.br RESUMO Os valores da infiltração básica de água no solo (VIB) são necessários no dimensionamento de projetos de terraceamento e, no entanto, dependem do método empregado em sua determinação. O objetivo deste trabalho foi determinar a VIB através de dois métodos (simulador de chuva e permeâmetro IAC), em três tipos de solo com sistema de plantio direto, calculando-se o coeficiente de enxurrada e a altura de terraços. Os ensaios foram realizados nos municípios de Campinas, Campos Novos Paulista e Pindorama, no Estado de São Paulo, entre setembro e novembro de Nos três solos estudados, os valores de VIB foram significativamente menores com o simulador de chuva em relação aos valores com permeâmetro. Palavras-chave: terraceamento, permeâmetro IAC, simulador de chuva, plantio direto. ABSTRAT Water infiltration rate values (WIR) are required to estimate terraces dimensions. These values however depend on the measurement method. This paper had the objective of measure WIR values with a rainfall simulator and a constant head permeameter and compute runoff coefficient and terraces dimensions, in three different soils under no tillage. The WIR values obtained with permeameter were significantly higher in contrast to those obtained with rainfall simulator values in all conditions tested. Key-works: terraces, IAC permeameter, rainfall simulator, no tillage. INTRODUÇÃO A água da chuva exerce ação erosiva sobre o solo mediante o impacto da gota de chuva (Bertoni & Lombardi Neto, 1990). Parte desta água infiltra no solo e outra escorre sob a forma de enxurrada, ocasionando erosão, com intensidade variável, dependendo do tipo de solo e do tipo de manejo utilizado. No estudo e dimensionamento de projetos agrícolas de conservação do solo e da água, valores corretos de velocidade básica de infiltração são fundamentais e deveriam ser determinados preferencialmente sob condições de precipitação, que consideram a energia cinética da gota da chuva e a formação do encrostamento superficial, que pode ocorrer em condições de chuva natural (Alves Sobrinho, 1997). Medições da infiltração de água no solo com métodos que não consideram o selamento superficial podem resultar em valores altos de infiltração (Sidiras & Roth, 1987), superestimando a velocidade de infiltração, gerando projetos conservacionistas subdimensionados, podendo trazer prejuízos irreversíveis devido ao rompimento do sistema de terraços. Em um sistema de terraceamento é importante definir o destino da enxurrada que os terraços recolhem (Lombardi et al., 1994). Nos terraços em nível, a seção transversal dos terraços deve suportar todo o volume de enxurrada esperado, permitindo o seu armazenamento. Este volume de enxurrada produzido é função da chuva, do solo e do manejo do solo. No sistema de plantio direto, em função da cobertura vegetal e da agregação do solo superficial, a infiltração de água é maior e o volume de enxurrada é reduzido,

2 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 2 permitindo espaçamentos maiores e dimensões menores, representando economia na sua construção e facilidade no manejo das culturas. A efetiva redução da enxurrada e o adequado dimensionamento dos terraços no plantio direto são, ainda, objeto de discussões, necessitando mais resultados de pesquisa. O objetivo deste trabalho foi medir valores de velocidade de infiltração básica (VIB), calculando valores para o coeficiente de enxurrada e para a altura dos terraços, utilizando dois equipamentos para determinação da infiltração de água em três tipos de solo sob plantio direto. MATERIAL E MÉTODOS 1) Determinação de VIB com os diferentes equipamentos Os ensaios de campo foram realizados no período de setembro a novembro de 2000, antes do plantio da cultura de verão, em três locais no Estado de São Paulo, representando três tipos de solo: (a) Campinas (SP), em um solo Latossolo Vermelho, eutrófico, textura argilosa, com declividade média de 6 %. O sistema de plantio direto foi instalado na área em 1996, seguindo uma sucessão de culturas de soja/aveia. Para um período de retorno de 10 anos, a precipitação máxima diária é de 105 mm; (b) Campos Novos Paulista (SP), em um solo Latossolo Vermelho, distrófico, A moderado, textura média, com declividade média de 4 %. O sistema de plantio direto foi instalado na área em 1995, seguindo uma sucessão de culturas de soja no verão e milho no outono/inverno. Para um período de retorno de 10 anos, a precipitação máxima diária é de 112 mm; (c) Pindorama (SP), em um solo Argissolo Vermelho Amarelo, distrófico, textura arenosa/média, com declividade média de 8 %. O sistema de plantio direto foi instalado na área em 1995, seguindo uma rotação de culturas de milho/feijão/milheto. Para o período de retorno de 10 anos, a precipitação máxima diária é de 113 mm. Os ensaios, em cada um dos três tipos de solo, constaram de dois tratamentos de determinação da velocidade de infiltração básica: simulador de chuva IAC (infiltrômetro de aspersão) e permeâmetro IAC. O delineamento experimental utilizado foi blocos ao acaso, com 10 repetições para cada experimento. Cada repetição do permeâmetro foi constituída da média de três determinações de infiltração. Para verificar o efeito do tipo de solo na velocidade de infiltração básica foi realizada uma análise conjunta dos ensaios. Utilizou-se teste de Tukey para comparação de médias. O simulador de chuva utilizado foi desenvolvido no Instituto Agronômico (IAC), com mecanismo formador de gotas com bico Veejet e pressão de trabalho de 13 psi. Utilizando parcelas com dimensões de 0,60 x 0,70 m, mediu-se a infiltração de água no solo pela diferença entre a quantidade de chuva aplicada e o escoamento superficial coletado. Foram aplicadas chuvas com intensidade de 113 mm/h e coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) igual a 92 %. O permeâmetro de carga constante utilizado foi o modelo desenvolvido no Instituto Agronômico (IAC). Este aparelho tem como princípio fornecer água ao solo com carga hidráulica controlada e, além da determinação da velocidade básica de infiltração, permite calcular a condutividade saturada no campo e a sortividade. As avaliações foram realizadas numa profundidade de 10 cm, com uma carga hidráulica de 6 cm, sendo que os orifícios foram abertos utilizando-se um trado de 6,5 cm de diâmetro. 2) Cálculo do dimensionamento de terraços

3 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 3 O espaçamento entre terraços foi calculado utilizando-se a metodologia de Lombardi Neto et al. (1989), que considera os fatores erosividade do solo, declividade do terreno e uso e manejo do solo. Para o dimensionamento de terraços foram utilizadas duas metodologias, uma que leva em consideração o coeficiente de enxurrada e outra que leva em consideração os valores da VIB obtidos no campo. 2.1) Dimensionamento de terraços com base no coeficiente de enxurrada Para o dimensionamento de terraços, quando não se têm valores VIB, o volume da enxurrada é dado pela equação de Lombardi Neto et al. (1994): V = A x h x c onde (1) V = é o volume máximo de enxurrada em m³; A = é a área entre terraços em m²; h = é a chuva diária máxima para o período de retorno de 10 anos em metros; c = é o coeficiente de enxurrada, ou seja, a relação entre as quantidades de enxurrada e a quantidade de chuva. O valor de c é geralmente obtido em tabelas, mas pode ser calculado para uma situação específica como, por exemplo, para o sistema de plantio direto. Utilizando-se os dados obtidos pelo simulador de chuva foram calculados os valores de c para os três solos estudados. A altura do canal do terraço (H) foi calculada com a equação (Pruski, 1993): (1000 V St Sm) H, onde: (2) 500( St Sm) H = altura de água acumulada no canal do terraço (m); V = é o volume máximo de enxurrada em m³; St = declividade do terreno (m m -1 ); Sm = Declividade da parede montante do terraço (m m -1 ). 2.2) Dimensionamento de terraços com base na VIB medida em campo Para o dimensionamento dos terraços considerando-se valores de velocidade de infiltração básica medidos no campo, utilizaram-se as equações sugeridas por Pruski et al. (1996) com auxilio do programa computacional Terraço for Windows, versão 1.0. Os valores da lâmina de escorrimento são dados por: LES PT Ia I Ev, sendo: (3) LES = escorrimento máximo na superfície (mm); PT = Precipitação total (mm); Ia = abstrações iniciais (mm); I = infiltração acumulada (mm); Ev = evaporação (mm). A precipitação total foi obtida pela equação: ( im t) PT, onde: (4) 60 im = intensidade de precipitação média (mm/h); t = duração da chuva com intensidade im. Para obtenção do im, utilizou-se a relação entre intensidade, duração e freqüência da precipitação através da equação: ( K T a) im, onde: (5) ( t b) c T = período de retorno das chuvas (anos);

4 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 4 K, a, b, c são parâmetros relativos à estação pluviográfica. Tais parâmetros foram determinados utilizando-se o programa computacional Plúvio 1.3 (Pruski & Silva, 1999). Os valores das abstrações iniciais (Ia) foram obtidos pela equação: 100 Ia 50,8 1, onde: (6) CN CN é o número-curva, que define o complexo hidrológico solo-vegetação. Para o cálculo da infiltração acumulada, utilizou-se a equação: ( VIB t inf) I, onde: (7) 60 tinf é a duração da infiltração (min), calculado por: t inf t tia, onde: (8) tia é o tempo de inicio das abstrações, calculado por: ( Ia 60) tia (9) im A altura do canal do terraço (H) foi calculada com a equação (Pruski, 1993): ( LES E St Sm) H, onde: (10) 500( St Sm) H = altura de água acumulada no canal do terraço (m); LES = escorrimento máximo na superfície (mm); E = Espaçamento entre terraços (m) St = declividade do terreno (m m -1 ); Sm = Declividade da parede montante do terraço (m m -1 ). RESULTADOS E DISCUSSÃO 1) Valores de VIB obtidos no campo com os diferentes equipamentos Os resultados de velocidade de infiltração básica (VIB), nos três tipos de solo, medidos com o simulador de chuva e com o permeâmetro encontram-se na Tabela 1. Os valores de VIB determinados com o simulador de chuva, foram significativamente menores do que os valores de VIB com o permeâmetro para os três solos estudados. Tabela 1. Valores de velocidade de infiltração básica (VIB), medidos com simulador de chuva e com e permeâmetro em três tipos de solos. Equipamento média (b) mm h Simulador de chuva 61,2 a A* 85,8 a A 61,4 a A Permeâmetro 169,3 b A 127,7 b B 111,2 b B (a) Campinas, SP; (b) Campos Novos Paulista, SP; (c) Pindorama, SP * Médias seguidas de letra minúscula igual na coluna e letra maiúscula igual na linha não apresentam diferença significativa teste de Tukey (P=0,05).

5 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 5 Da mesma forma, outros trabalhos já mostraram menores taxas de infiltração utilizandose simuladores de chuva em relação a outros métodos (Sidiras & Roth, 1987; Brito et al., 1996). Mesmo com a presença de palha na superfície nas condições deste estudo, onde o manejo foi o plantio direto, os resultados sugerem que o impacto das gotas de chuva resulta em selamento da superfície do solo, reduzindo a infiltração. Houve, ainda, interação significativa entre os tratamentos e os solos, indicando que o tipo de equipamento se comportou diferentemente nos solos estudados. Com o simulador de chuva a mais alta infiltração foi no média e com o permeâmetro no argilosa. 2) Dimensionamento de terraços Para o dimensionamento do canal e da altura máxima de água (H) nos terraços calculou-se, inicialmente, o espaçamento entre terraços (Lombardi Neto et al., 1989), com a aplicação dos dados da Tabela 2, para os três tipos de solo em estudo. Tabela 2. Dados para o cálculo da altura máxima de água no terraço (H) nos diferentes solos. Descrição média (b) St (m m -1 ) 0,06 0,04 0,08 Sm (m m -1 ) 0,231 0,231 0,231 Espaçamento de terraços Índice-K 1,25 1,25 1,10 Declividade D (%) Uso do solo-u Manejo do solo-m Espaçamento vertical (m) 2,39 1,89 2,49 Espaçamento horizontal (m) 39,9 47,3 31,1 (a) Campinas, SP; (b) Campos Novos Paulista, SP; (c) Pindorama, SP. St = declividade do terreno (m m -1 ) e Sm=declividade da parede montante do terraço (m m -1 ) 2.1) Dimensionamento de terraços com base no coeficiente de enxurrada: Os valores dos coeficientes de enxurrada calculados (c calc ) pela relação entre as quantidades de enxurrada e a quantidade de chuva aplicada pelo simulador de chuva, nos três tipos de solos (médias de 10 repetições) são apresentados na Tabela 3. Na mesma Tabela são apresentados os valores de coeficiente de enxurrada (c tab ) que devem ser empregados, segundo Lombardi Neto et al. (1994), de acordo com o tipo de solo, declividade e uso e manejo do solo, a partir dos dados da Tabela 2. Verificou-se que os valores do coeficiente de enxurrada calculados a partir dos dados obtidos com o simulador de chuva foram maiores que os valores determinados por tabela (Lombardi Neto et al., 1994), sendo a maior diferença para o argilosa. Maiores valores de c resultam em maior volume de enxurrada e, conseqüentemente, maior altura do terraço (Tabela 3), calculada pelas equações 1 e 2. Assim, obteve-se valores da altura do terraço 26,4, 7,4 e 12,8 % maior utilizando-se o coeficiente de enxurrada calculado (c calc ) em relação ao coeficiente de enxurrada tabelado (c tab ), respectivamente, para os solos Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho-Amarelo textura arenosa/média. As diferenças apresentadas sugerem que os valores tabelados de coeficiente de enxurrada, com ajustes para o argilosa, são adequados para utilização em projetos de conservação do solo no sistema plantio direto.

6 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 6 Tabela 3. Valores do coeficiente de enxurrada (c) e da altura máxima de água no terraço (H), utilizando valores de c tabelado e calculado para os diferentes solos. Descrição média (b) c tab * 0,30 0,20 0,40 c calc 0,46 0,24 0,46 H (c tab *), cm 35,0 27,0 40,0 H (c calc ), cm 43,0 29,0 44,0 (a) Campinas, SP; (b) Campos Novos Paulista, SP; (c) Pindorama, SP. * Lombardi Neto et al. (1994) 2.2) Dimensionamento de terraços com base em valores de VIB do campo: Conhecendo-se os valores de velocidade de infiltração básica, utilizou-se as equações de 3 a 10 (Pruski, 1993 e Pruski et al., 1996) para o dimensionamento dos terraços. Foram utilizados os valores de velocidade de infiltração básica determinados com simulador de chuva e com permeâmetro IAC (Tabela 1), os parâmetros declividade do terreno, declividade da parede montante do terraço e o espaçamento entre terraços (Tabela 2) para calcular a lâmina máxima de escorrimento (LES) e a altura máxima de água no terraço (H), para os três tipos de solo. Na Tabela 4 encontram-se os valores calculados de LES e H, para o simulador de chuva e para o permeâmetro, nos três tipos de solo. Verificaram-se valores mais baixos de LES em todos os solos estudados quando utilizado o permeâmetro para determinação da VIB. Os valores de H para o permeâmetro foram de 3,7, 8,7 e 12,3 cm de altura, para os solos Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho-Amarelo textura arenosa/média, respectivamente, os quais representam 15,1, 52,7 e 52,3 % da altura dos terraços obtidos com valores de VIB obtidos com o simulador de chuva. No Latossolo Vermelho textura argilosa, onde houve a maior diferença entre os valores de VIB obtidos com os dois equipamentos (Tabela 1), o valor de H com o permeâmetro foi de apenas 15,1% em relação ao H calculado com os dados obtidos com o simulador de chuva. Tabela 4. Lâmina máxima de escorrimento na superfície (LES) e altura máxima de água no terraço (H), calculadas para os dois equipamentos nos três tipos de solo. Equipamento Parâmetro calculado Latossolo textura média (b) Simulador de chuva LES (mm) 15,9 8,5 15,2 H (cm) 24,4 16,5 23,2 Permeâmetro LES (mm) 0,4 2,4 4,2 H (cm) 3,7 8,7 12,3 (a) Campinas, SP; (b) Campos Novos Paulista, SP; (c) Pindorama, SP Os menores valores de H obtidos a partir dos dados do permeâmetro resultam em terraços com seção transversal muito pequena, armazenando um pequeno volume de enxurrada. No planejamento de um sistema de terraceamento para o plantio direto isso pode significar a possibilidade de aumento no espaçamento entre terraços, aumentando-se o valor da altura de água acumulada no canal do terraço. Os dados obtidos com o simulador de

7 Goiânia (GO), 03 a 06 de maio de 2001 Pag 7 chuva, que leva em consideração o impacto da gota de chuva sobre a superfície do solo, entretanto, indicaram que, durante chuvas intensas forma-se uma lâmina de escorrimento maior que a prevista com o permeâmetro. Nessas condições os terraços estariam subdimensionados, resultando em problemas de rompimento de camalhões, concentração de fluxo de enxurrada e, até, perdas de solo, mesmo em sistema de plantio direto. Os dados obtidos evidenciam, também, que em determinados solos as diferenças entre equipamentos na obtenção de valores de VIB pode ser muito acentuada. Assim, quando se determinam os valores de VIB no campo com um determinado método, pode-se gerar projetos de conservação do solo sub ou superdimensionados. CONCLUSÕES Os valores de velocidade de infiltração básica dependem do método empregado na sua determinação. Independentemente do tipo de solo, valores de VIB medidos com permeâmetro determinam menores valores de lâmina de escorrimento superficial e de altura máxima de água nos terraços, subestimando o dimensionamento de sistemas de terraceamento em projetos de conservação do solo e da água em plantio direto. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES SOBRINHO, T. Desenvolvimento de um infiltrômetro de aspersão portátil. Viçosa. UVF. Tese (Doutorado), 85p BERTONI, J. & LOMBARDI NETO, F. Conservação do Solo. Piracicaba: Livroceres, 355 p BRITO, L. T.; LOUREIRO, B. T.; DENICULI, W.; RAMOS, M.M. SOARES, J. M. Influência do método na determinação da velocidade de infiltração. R. bras. Ci. Solo, 20: , LOMBARDI NETO, F. Dimensionamento do canal do terraço. LOMBARDI NETO, F. & BELLINAZZI JÚNIOR, R. (coord). Simpósio sobre terraceamento agrícola. Campinas, SP. fundação Cargill. p LOMBARDI NETO, F.; BELLINAZZI JÚNIOR, R.; LEPSH, F.; OLIVEIRA, J. B. de; BERTOLINI, D.; GALETI, P. A.; DRUGOWICH, M. I. Terraceamento Agrícola. 1ª edição, 2ª impressão. Campinas, CATI, 38 p (Boletim técnico, 206) PRUSKI, F. F. Desenvolvimento de metodologia para o dimensionamento de canais de terraço. Viçosa, MG, UFV, 97 p. Tese (Doutorado), PRUSKI, F. F; SILVA, J. M. A. da; CALIJURI, M. L.; BHERING, E. M. Terraços for Windows. Viçosa, MG:UFV, Departamento de Engenharia Agrícola, PRUSKI, F. F. & SILVA, D. D. de. Plúvio 1.3 Manual do Usuário SIDIRAS, N. & ROTH, C. H. Infiltration measurements with double-ring infiltrometers and a rainfall simulator under different surface conditions on an Oxisol. Soil & Tillage Research, 9: , 1987.